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1、连铸坯表面裂纹形成及防止 宋晔宋晔内容内容1 前言前言 2 铸坯表面纵裂纹铸坯表面纵裂纹 3 铸坯表面横裂纹铸坯表面横裂纹 4 铸坯表面星形裂纹铸坯表面星形裂纹 5 结论结论 1.前言 连铸坯质量概念：铸坯干净度（夹杂物数量、类型、尺寸、分布）铸坯表面质量（表面裂纹、夹渣、气孔）铸坯内部质量（内部裂纹、夹杂物，中心疏松、缩孔、偏析）铸坯形态缺陷（鼓肚、脱方）1.前言 铸坯裂纹是影响连铸机产量和铸坯铸坯裂纹是影响连铸机产量和铸坯质量的主要缺陷。据统计铸坯各类缺质量的主要缺陷。据统计铸坯各类缺陷中的陷中的50为裂纹。铸坯出现裂纹，为裂纹。铸坯出现裂纹，重者会导致漏钢和废品，轻者需进行重者会导致漏钢
2、和废品，轻者需进行精整。精整。2 铸坯表面纵裂纹2.1 板坯表面纵裂纹特征板坯表面纵裂纹特征 表表面面纵纵裂裂纹纹可可能能发发生生在在板板坯坯宽宽面面中中心心区区域域或或宽宽面面到到棱棱边边的的任任一一位位置置产产生生。图图21为为板板坯坯宽宽面面中中心心区区域域的的纵纵裂裂纹纹和和纵纵裂裂纹纹的的显微形貌。以显微形貌。以2501200mm（C=0.08%）板坯为例：）板坯为例：细小纵裂纹：宽度细小纵裂纹：宽度1-2mm，深度，深度3-4mm，长，长100mm左左 右。右。宽大纵裂纹：宽度宽大纵裂纹：宽度10-20mm，深度，深度20-30mm，长度有，长度有 几米，严峻时会贯穿板坯而报废几米
3、，严峻时会贯穿板坯而报废2 铸坯表面纵裂纹l综合分析表明纵裂纹有以下特征：综合分析表明纵裂纹有以下特征：l（1）产生纵裂纹的表面常伴有凹陷（产生纵裂纹的表面常伴有凹陷（depression），），纵纵 l 裂纹的严峻性与表面凹陷相对应。裂纹的严峻性与表面凹陷相对应。l（2）裂纹沿树枝晶干方向扩展。裂纹沿树枝晶干方向扩展。l（3）裂纹内发觉有硅、钙、铝等元素的夹杂物。裂纹内发觉有硅、钙、铝等元素的夹杂物。l（4）在裂纹四周发觉有在裂纹四周发觉有P，S，Mn的偏析的偏析l（5）在裂纹边缘出现有确定的脱碳层，说明裂纹是在在裂纹边缘出现有确定的脱碳层，说明裂纹是在高高l 温下形成扩展的。温下形成扩展的
4、。2 铸坯表面纵裂纹 图2-1 板坯表面纵裂纹形貌 2 铸坯表面纵裂纹2.2 表面纵裂纹产生的缘由表面纵裂纹产生的缘由 板坯横断面低倍检验指出，纵裂纹起源于激冷层薄弱处（约板坯横断面低倍检验指出，纵裂纹起源于激冷层薄弱处（约2-3mm）。）。结晶器的模拟试验指出，纵裂纹起源于结晶的弯月面区（几十毫结晶器的模拟试验指出，纵裂纹起源于结晶的弯月面区（几十毫 米到米到150mm）周边坯壳厚度薄弱处。这说明纵裂纹起源于结晶器）周边坯壳厚度薄弱处。这说明纵裂纹起源于结晶器 的弯月面区初生凝固壳厚度的不匀整性。由于受力的作用：的弯月面区初生凝固壳厚度的不匀整性。由于受力的作用：（1）板坯凝固壳四周温度不匀
5、整而产生的收缩力。）板坯凝固壳四周温度不匀整而产生的收缩力。（2）板坯收缩由钢水静压力产生的鼓胀力。）板坯收缩由钢水静压力产生的鼓胀力。（3）宽度收缩受侧面约束产生的弯曲应力。）宽度收缩受侧面约束产生的弯曲应力。这些力的的综合作用在坯壳上，当张应力超过钢的高温允许的强度，这些力的的综合作用在坯壳上，当张应力超过钢的高温允许的强度，则就在坯壳薄弱处萌生裂纹，出结晶器后在二冷区接着扩展。则就在坯壳薄弱处萌生裂纹，出结晶器后在二冷区接着扩展。2 铸坯表面纵裂纹在结晶器弯月面区坯壳厚度生长不匀整的主要原在结晶器弯月面区坯壳厚度生长不匀整的主要原因是：因是：（1）包晶相变（）包晶相变（L+）收缩特征，气
6、隙过早形成，）收缩特征，气隙过早形成，导致坯壳生长不匀整。导致坯壳生长不匀整。（2）工艺因素影响结晶的坯壳生长不匀整。）工艺因素影响结晶的坯壳生长不匀整。明显要防止产生纵裂纹，就是要使结晶的弯月面初明显要防止产生纵裂纹，就是要使结晶的弯月面初生坯壳厚度匀整，避开坯壳产生应力梯度。要做到这点，生坯壳厚度匀整，避开坯壳产生应力梯度。要做到这点，对于包晶相变的收缩特征是由对于包晶相变的收缩特征是由Fe-C相图确定的，人为无相图确定的，人为无法变更，而重要的是精确限制影响结晶的初生坯壳生长法变更，而重要的是精确限制影响结晶的初生坯壳生长的工艺因素，来防止产生纵裂纹。的工艺因素，来防止产生纵裂纹。2 铸
7、坯表面纵裂纹2.3 影响表面纵裂纹产生的因素影响表面纵裂纹产生的因素（1）钢钢水成分水成分 S0.015%，纵纵裂裂纹纹增加（增加（图图2-2）；）；C=0.120.15%，纵纵裂裂纹产纹产生生严严峻（峻（图图2-3）图2-2 钢中S与裂纹指数的关系 2 铸坯表面纵裂纹图2-3 含碳量对板坯宽面纵裂纹的影响2 铸坯表面纵裂纹（2）拉速拉速l 拉速增加，纵裂纹指数增加（图拉速增加，纵裂纹指数增加（图2-4）；）；图2-4 拉速对纵裂纹的影响2 铸坯表面纵裂纹（3）爱护渣爱护渣 液渣层厚度液渣层厚度10mm，纵裂纹增加（图，纵裂纹增加（图2-5）。）。图2-5 液渣层厚度对纵裂纹的影响2 铸坯表面
8、纵裂纹（4）结晶器液面波动结晶器液面波动l 液面波动液面波动5mm，纵裂纹最少（图，纵裂纹最少（图2-6）；）；图2-6 结晶器液面波动对纵裂纹的影响 2 铸坯表面纵裂纹2.4.防止表面纵裂纹措施防止表面纵裂纹措施防止纵裂纹产生的根本措施，就是使结晶防止纵裂纹产生的根本措施，就是使结晶器弯月面区器弯月面区域坯壳生长厚度匀整。域坯壳生长厚度匀整。（1）结晶器初始坯壳匀整生长结晶器初始坯壳匀整生长合适结晶器锥度合适结晶器锥度调整结晶器水量和进出水温度，限制结晶调整结晶器水量和进出水温度，限制结晶器弯月面铜板温度为恒定值。器弯月面铜板温度为恒定值。2 铸坯表面纵裂纹（2）结晶器钢水流淌的合理性结晶器
9、钢水流淌的合理性 液面波动液面波动35mm 浸入式水口对中，防止偏流浸入式水口对中，防止偏流 合理的浸入式水口设计（合适的出口直径，倾合理的浸入式水口设计（合适的出口直径，倾角）角）合适的水口插入深度合适的水口插入深度（3）结晶器振动结晶器振动合适的频率和振幅合适的频率和振幅2 铸坯表面纵裂纹（4）出结晶器铸坯运行出结晶器铸坯运行 二次冷却匀整性二次冷却匀整性（5）调整钢水成分调整钢水成分 钢中碳含量避开包晶区，钢中碳含量避开包晶区，C向下线或上线限制向下线或上线限制钢中钢中S0.015%残余元素残余元素Cu、As、Zn限制限制900，避开脆性区（图，避开脆性区（图3-4）；）；合适二冷水量并
10、降低铸合适二冷水量并降低铸坯横向中心与边部温坯横向中心与边部温度差，尤其是避开角度差，尤其是避开角部温度过低。部温度过低。图3-4 矫直温度与横裂纹关系 3 铸坯表面横裂纹3.4 防止横裂纹措施防止横裂纹措施（1）接受高频率接受高频率,小振幅结晶器振动小振幅结晶器振动 为防止横裂纹为防止横裂纹,就要减浅振痕就要减浅振痕,则必需降低则必需降低,要降低要降低,则必需接受高频率则必需接受高频率(100400min-1),小振幅小振幅(5mm)的结晶器振动机构。的结晶器振动机构。（2）合适的二次冷却水量合适的二次冷却水量 依据钢种不同依据钢种不同,二冷配水量分布应使铸坯表面温度二冷配水量分布应使铸坯表
11、面温度分布匀整分布匀整,应尽量削减铸坯表面和边部温度差。接受动应尽量削减铸坯表面和边部温度差。接受动态二冷配水模型。态二冷配水模型。（3）合适铸坯轿直温度，以避开脆性区。合适铸坯轿直温度，以避开脆性区。4 铸坯表面星形裂纹 4 铸坯表面星形裂纹铸坯表面星形裂纹4.1铸坯表面星形（网状）裂纹特征铸坯表面星形（网状）裂纹特征 裂纹位于铸坯表面被裂纹位于铸坯表面被FeO覆盖，经酸洗后才能发觉。表面覆盖，经酸洗后才能发觉。表面裂纹分布无方向性，形貌呈网状（图裂纹分布无方向性，形貌呈网状（图4-1），裂纹深度），裂纹深度可达可达1-4mm，有的甚至达，有的甚至达20mm。金相视察表明，裂纹沿初生奥氏体晶
12、界扩展。裂纹中充溢金相视察表明，裂纹沿初生奥氏体晶界扩展。裂纹中充溢FeO，轧制成品板材表面裂纹走向不规则，成弥散分布，轧制成品板材表面裂纹走向不规则，成弥散分布，细若发丝，深度很浅，最深细若发丝，深度很浅，最深 达达1.1mm。必需进行人工。必需进行人工修复。修复。图4-1 铸坯表面的网状裂纹4 铸坯表面星形裂纹4.2铸坯表面星形裂纹产生缘由铸坯表面星形裂纹产生缘由 铸坯表面星形裂纹沿一次晶界分布，裂纹边界有脱铸坯表面星形裂纹沿一次晶界分布，裂纹边界有脱C现象，说明现象，说明是在结晶器内高温下（是在结晶器内高温下（1400C）坯壳奥氏体转变之前形成的。）坯壳奥氏体转变之前形成的。对于铸坯表面
13、星状裂纹形成的缘由，有不同的观点，大致有以下对于铸坯表面星状裂纹形成的缘由，有不同的观点，大致有以下看法：看法：（1）铜渗透和铜富集铜渗透和铜富集 铜渗透铜渗透 结晶器下部。铜板渣层裂开，发生固结晶器下部。铜板渣层裂开，发生固/固摩擦接触，固摩擦接触，Cu局部粘附在局部粘附在坯壳上，坯壳上，Cu熔点是熔点是1040，Cu熔化沿奥氏体晶界渗透，熔化沿奥氏体晶界渗透，晶界破晶界破坯而失去塑性，产生热脆现象。在裂纹里发觉有铜（坯而失去塑性，产生热脆现象。在裂纹里发觉有铜（Cu=1.6%），），也证明白这点。也证明白这点。铜富集铜富集 钢中含有钢中含有Cu=0.050.2%，高温铸坯由于，高温铸坯由于
14、Fe氧化，在氧化，在FeO皮下皮下形成含形成含Cu的富集相的富集相(70%Cu，15%Ni，10%Sn，5%Fe)熔点低，熔点低，形成液相沿晶界穿行，在高温时形成液相沿晶界穿行，在高温时(11001200)具有最大的裂纹具有最大的裂纹敏感性。敏感性。4 铸坯表面星形裂纹（2）表面凹陷和不规则褶皱（振痕）表面凹陷和不规则褶皱（振痕）板坯表面有凹陷和不规则振痕，清理后，发觉有的分布细小板坯表面有凹陷和不规则振痕，清理后，发觉有的分布细小裂纹，裂纹深度裂纹，裂纹深度2mm，发觉含有，发觉含有SiAlCaNa的氧化的氧化物。在轧材表面会遗传有像头发丝细小裂纹，有时还会发物。在轧材表面会遗传有像头发丝细
15、小裂纹，有时还会发觉有觉有Al2O3、SiO2、NaK类似于爱护渣。类似于爱护渣。（3）晶间硫化物脆性晶间硫化物脆性 树枝晶间富集树枝晶间富集S奥氏体晶界富集有（奥氏体晶界富集有（Fe,Mn）S(Mn 28-29%,Fe34-35%,S 36%),熔点熔点980-1000，晶界形成硫，晶界形成硫化物液体薄膜，化物液体薄膜，在外力作用下形成网状裂纹。在外力作用下形成网状裂纹。4 铸坯表面星形裂纹4.3 防止星形裂纹措施防止星形裂纹措施 （1）Cu-Ag,Cr-Zr-Cu结晶器铜板结晶器铜板+镀镀Ni或镀或镀Cr。（2）针对钢成分对裂纹的敏感性，将）针对钢成分对裂纹的敏感性，将C，S，Mn/S，N
16、 含量限制在合理范围。含量限制在合理范围。（3）浇注工艺参数的优化，合适的浇注温度，拉速，）浇注工艺参数的优化，合适的浇注温度，拉速，二冷水量。二冷水量。（4）合适的爱护渣性能。）合适的爱护渣性能。（5）连铸机设备状况（与防纵横裂纹措施相同）。）连铸机设备状况（与防纵横裂纹措施相同）。5结论（1）连铸坯产生裂纹主要确定于）连铸坯产生裂纹主要确定于:钢成分对裂纹敏感性、钢成分对裂纹敏感性、浇注工艺条件、连铸机设备状况。浇注工艺条件、连铸机设备状况。（2）带液芯连铸坯在连铸机内运行过程中受外力作用是）带液芯连铸坯在连铸机内运行过程中受外力作用是 坯壳产生裂纹的外因坯壳产生裂纹的外因,钢的高温力学行
17、为是产生裂纹钢的高温力学行为是产生裂纹 的内因的内因,而设备、工艺因素是产生裂纹的条件。而设备、工艺因素是产生裂纹的条件。（3）依据所浇钢种）依据所浇钢种,对连铸机设备的调整应符合钢凝固收对连铸机设备的调整应符合钢凝固收 缩规律缩规律,使其坯壳不受变形为原则使其坯壳不受变形为原则,对工艺参数的优化对工艺参数的优化,使其得到合理的铸坯凝固结构。这样使连铸坯不产使其得到合理的铸坯凝固结构。这样使连铸坯不产 生裂纹或限制裂纹不足以造成废品的所允许的范围生裂纹或限制裂纹不足以造成废品的所允许的范围 内。内。thank you thank you for your attention for your attention人有了学问，就会具备各种分析实力，明辨是非的实力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富学问，培育逻辑思维实力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培育文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的学问面。有很多书籍还能培育我们的道德情操，给我们巨大的精神力气，鼓舞我们前进。