連鑄坯缺陷(毛斌)

1、連鑄坯缺陷毛斌 譯自“” 3 2006 P20-25 唐福林 校 （中冶連鑄北京冶金技術研究院）已軋成的鋼材質量多數(shù)情況由最初的鑄坯質量決定。本文研究了連鑄坯一系列缺陷的形式、影響缺陷形成和發(fā)展的因素，以及它們在熱軋過程中的轉化。鑄坯斷面的畸變或它周邊個別區(qū)段幾何形狀的變化（圖1）可能是鑄坯受裂紋損傷的間接標志。除此之外，鑄坯斷面的畸變，即使它們不伴有裂紋，也會在后續(xù)加工中造成一系列困難。圖1 連鑄坯形狀的畸變?nèi)毕萑毕菝Q缺陷形式定量估計導致缺陷形成和發(fā)展的因素菱 變結晶器工作空間不適當?shù)男螤?；不適當?shù)亩卫鋮s；金屬流向結晶器的偏心澆注；在結晶器中不均勻潤滑。橢圓度鑄坯邊的凸度（凹度）結晶器工

2、作空間不適當形狀；不適當?shù)亩卫鋮s；支承系統(tǒng)損壞。彎曲（新月形）拉校機不適當校正；鑄坯不適當?shù)牡谌卫鋮s；扭 曲鑄坯不適當?shù)牡谌卫鋮s菱變是坯殼漸增扭曲的結果，它起源于結晶器內(nèi)且在離彎月面100150mm已顯現(xiàn)。與結晶器壁未接觸的鈍角區(qū)中的坯殼比在已接觸的銳角區(qū)中的以更低的速度凝固。這種情況在坯殼處于結晶器內(nèi)的所有時間過程中都保持著。所以在其他條件相同情況下，結晶器越長，鑄坯菱變越大。菱變在鑄坯處于二冷區(qū)的頭幾分鐘內(nèi)顯著增大。此后，當坯殼厚度沿橫斷面均勻之后，菱變擴大趨勢被終止了。在弱二冷下，坯殼從結晶器出來之后，菱變擴大被減緩了。這樣一來，在連鑄坯中菱變的形成乃是在熔融金屬液面附近形成的坯殼

3、不均勻厚度自動催化擴大的過程。橫截面形狀的畸變是在澆注過程中由于在某一棱角區(qū)中形成坯殼的接觸中斷而使結晶器內(nèi)散熱中斷情況下發(fā)生的。其起因可能是：不均勻的潤滑，或由于結晶器工作空間不適當?shù)男螤顚е屡鳉ず徒Y晶器接觸中斷或由于坯殼扭曲（不均勻二次冷卻、裝備工藝軸線的偏移）引發(fā)的變形。在近代連鑄裝置中，防止菱變發(fā)展的有效方法在結晶器下安裝支承輥（足輥），這些支承輥牢固地支撐結晶器機架。在弧形和圓形的YHPC上澆注的矩形坯的橫斷面，通常是梯形的，斷面的畸變是在彎曲澆鑄過程中鑄坯校直情況下發(fā)生的。圓坯橢圓度形成的原因類似于菱變形成的原因，其差別在于圓坯的橢圓度上澆注過程中可以改變?nèi)∠?。這是由于圓坯中沒有剛

4、性棱角。圓坯斷面同樣可以在彎曲在YHPC上在線情況下發(fā)生。鑄坯界面的凹度（凸度）的原因乃是鑄坯的不正確二次冷卻工況和/或不恰當?shù)闹蜗到y(tǒng)造成的。彎曲（新月形彎曲）是在鑄坯定尺切割之后冷卻工況失調(diào)（鑄坯第三次冷卻）和拉校裝置校正等工況下發(fā)生。鑄坯的扭曲由于拉校裝置不正確調(diào)整所致。在現(xiàn)代YHPC上，在遵守澆鑄工藝參數(shù)和相應的設備調(diào)整之后，畸變?nèi)毕莸陌l(fā)展不超過表1所列數(shù)據(jù)。表1 鑄坯形狀畸變?nèi)毕莸牧恐等?陷發(fā)展程度菱 變鑄坯界面凸度（凹度）彎曲（新月形）扭 曲1.52.5%1.52.0%5mm/每米0.8/米連鑄坯的典型表面缺陷如圖2所示。圖2 表面缺陷1橫向角裂；2縱向邊裂；3橫向裂紋；4縱裂；5

5、網(wǎng)狀和蜘蛛狀裂紋；6結晶器往復運動的振痕；7氣泡；8保護渣型夾雜物圓形、方形、矩形截面的連鑄坯主要的表面缺陷乃是一些裂紋，這些裂紋有“熱的”（結晶的）和“冷的”區(qū)分。結晶裂紋不橫穿枝晶軸；在裂紋的邊緣或端部富集一些偏析物。冷裂紋橫穿枝晶軸。鑄坯表面上的裂紋，其各個枝晶通常從一點成“蜘蛛狀”或“星狀”發(fā)散，歸入蜘蛛形裂紋，沿表面占優(yōu)勢的擴展的一簇網(wǎng)狀形裂紋歸入網(wǎng)狀裂紋。同時，另外一些裂紋橫穿枝晶軸，而稱為冷裂紋。這涉及到沿褶皺凹陷分布的橫裂紋。晶帶（注：我國習慣叫重接）供給結晶器的金屬中斷形成的缺陷。在去除氧化皮之后作鑄坯檢驗時確定表面上缺陷的存在。為確定細小的缺陷需通過“螺旋分離器”清理表面剝

6、去厚達2mm的表層。連鑄坯表面質量常常用熱酸洗從表面切出的試樣（“面皺”）的方法作檢驗。表面缺陷的定量估計：裂紋：縱向的和側面的裂紋長度與鑄坯長度之比，mm/m；橫向的裂紋總量和鑄坯表面積之比，條/m2 ；橫向角裂裂紋總量與鑄坯長度之比，條/m；網(wǎng)狀和蜘蛛狀裂紋裂紋總量與鑄坯表面積之比，條/m2；氣泡氣泡總量與鑄坯表面積之比，個/m2；保護渣型夾雜物夾雜物總量與鑄坯表面積之比，個/m2。影響表面缺陷發(fā)生和發(fā)展的因素列于表2。表2 影響表面缺陷發(fā)展的因素因 素裂 紋結晶器往復運動的振痕氣泡保護渣性夾雜物晶帶（重接）角部橫向縱向邊部橫向縱向星形和蛛蜘形鋼的成分鋼水溫度中間罐鋼液面鋼水注入結晶器結晶

7、器中鋼水的保護澆注速度二次冷卻工況結晶器錐度結晶器振動工況結晶器運動軌跡的破壞結晶器和支承系統(tǒng)不同結晶器工作空間的幾何形狀的破壞在校直區(qū)鑄坯溫度結晶器內(nèi)彎月面急劇振動鑄坯拉坯故障為了確定缺陷的最大允許尺寸，研究了斷面250320mm和2401710mm的連鑄坯表面細小缺陷在軋制過程中的轉化。在優(yōu)質鑄坯軋制（延伸率5.2）中，研究了如下缺陷的變化：保護渣性夾雜物；橫向夾層；縱向夾層；飛邊；淺的凹坑；深的凹坑；火焰清理；氣泡。直徑達3mm的保護渣性夾雜物在軋制過程中被碾碎。而留下條形槽且不會引起微觀結構的變化，或者形成深不超過0.15mm的細發(fā)紋；橫向剖面具有相對平滑壁和鈍端部的不規(guī)則型腔的形狀。

8、這些壁是非常弱氧化的具有微不足道脫碳的特征。直徑36mm的保護渣性夾雜物在金屬軋平過程中形成深達0.35mm的細小裂紋。缺陷形狀類似于上面所述的。它具有大的深度和脫碳程度及基于裂紋的分散的氧化皮斑點等特征。淺的橫向夾層（寬度與深度之比不小于51）在軋制過程中被轉變成一簇深不超過0.150.18mm的細小發(fā)紋?？v向夾層可能導致在被軋制的金屬上出現(xiàn)深2.0mm的粗的間斷裂紋。微觀結構以在缺陷周圍存在鐵的氧化物為特征，其壁具有撕裂的邊緣；裂紋充滿氧化皮并呈現(xiàn)相當大的脫碳層。深的凹坑（直徑與深度之比不大于21）在軋制過程中形成一簇深度為1.52.0mm的分叉裂紋，它們具有不平整邊緣并有許多氧化皮貼邊；

9、脫碳沿缺陷至鐵素體結構。裂紋與表面成銳角定向。飛邊轉變成深0.81.5mm的粗的分叉裂紋；裂紋的邊緣是不平整的，且脫碳被顯示出來。粗糙的火焰清理在軋制過程中導致形成深0.51.0mm的裂紋。這種缺陷的特征乃是缺陷周圍區(qū)域的相當大的脫碳和氧化。小氣泡（直徑在2mm以下）轉變成深不大于0.15mm的細長的發(fā)紋。缺陷的壁是光滑的，且具有不顯著的氧化層和鈍端。已證實，直徑達6mm的保護渣性夾雜物、寬度與深度比不小于51的橫向夾層、小氣泡（直徑2mm以下）在斷面250320mm連鑄坯以大于5的延伸率軋制時，不會導致深度超過允許值的缺陷的形成?？v向夾層、直徑與深度之比為21及更小的凹坑、以及飛邊等在軋制前

10、必須清理。但是粗糙的火焰清理可能成為軋制金屬表面缺陷的來源，其深度超出允許值的限度。在斷面2401710mm連鑄坯軋制（延伸率在縱向為9.65、橫向為1.37、總和為13.23）之前，記下的缺陷有：裂口不大于0.5mm而深不大于10mm的細縱向裂紋；裂口0.51.0mm而深達15mm的分隔的橫向裂紋；裂口小于0.5mm而深達8mm的細小橫向裂紋群；直徑520mm的保護渣性夾雜物；波脊高度達56mm的結晶器往復運動產(chǎn)生的凹凸不平的振痕（折皺）。細長的縱向裂紋在軋薄時仍保持沿軋制主方向延伸的窄長鑄疤的形狀。鑄疤在板材上的延伸，超過在鑄坯上的裂紋長度（考慮在軋制時的延伸率），看來它取決于軋制中裂紋的

11、擴展。在板材上缺陷的深度。從0.1mm到0.6mm波動。沿裂紋壁發(fā)生點狀氧化、脫碳、呈現(xiàn)鐵素體的貼邊。分散的粗的橫向裂紋，在軋制過程中轉變成橫穿軋制主方向分布的鑄疤群。在板材上缺陷的深度是0.21.2mm。就缺陷看，顯現(xiàn)單側的點狀氧化和脫碳。沿結晶器振痕的細的橫向裂紋在軋制后形成一群沿軋制主方向取向的細小鑄疤，缺陷深度從0.1到1.0mm。按缺陷的部位看發(fā)生單側點狀氧化、深達0.5mm的表面脫碳。直徑620mm的保護渣性夾雜物在軋制后導致凹凸不平的單個鑄疤或者沿軋制主方向延伸的扁圓狀的保護渣坡道；缺陷的深度達到1.0mm。來源于直徑達5mm的保護渣性夾雜物的缺陷深度不超過0.3mm。按缺陷的部

12、位看，沒有顯現(xiàn)結構變化。來源于結晶器振動的振疤（折皺）在軋制后形成深0.3mm細小鑄疤。在橫斷面上缺陷仍是帶單側點狀氧化和脫碳的傾斜裂紋。這樣一來，來源于結晶器振動的凹凸不平的振痕、直徑達5mm的保護渣性夾雜物、裂口不大于0.5mm而深達10mm的細長縱向裂紋等不會導致在軋材上產(chǎn)生需要按OCT1463789修整的缺陷。在橫向和縱向試樣上顯示和檢驗。鑄坯內(nèi)部組織的缺陷（圖3）。借助對酸浸的試樣或硫印與分級的標準試樣加以比較來進行宏觀組織的評定。在某些情況下的軸向化學不均勻性用定量方法評定。為此，用鉆頭由軸向區(qū)、中間區(qū)和邊緣區(qū)鉆取分析用試樣。鉆頭的直徑在鑄坯邊長的510%的范圍內(nèi)。為了研究目的，利用逐層刨削軋坯，對每一層表面用光譜方法和X線照相法作分析。圖3 內(nèi)部缺陷1角部裂紋；2中間（柱狀晶）區(qū)裂紋；3中心裂紋；4中心偏析；5中心縮孔；6簇狀裂紋；7非金屬夾雜物；8皮下偏析帶；9軸向裂紋（網(wǎng)狀）；10氣泡在表3中列出影響鑄坯內(nèi)部組織缺陷的形成和發(fā)展的一些因素。表3 影響連鑄造坯內(nèi)部缺陷發(fā)展的一些因素因 素角部裂紋中間裂紋軸向區(qū)裂紋中心偏析中心縮孔中心裂紋氣泡邊緣點狀雜