包晶鋼連鑄專題

包晶鋼連鑄一．包晶反應(yīng)碳為0.09%?0.53%的鐵碳合金都有包晶反應(yīng)的發(fā)生；同素異晶轉(zhuǎn)變Lq.53+昌D-g—]7由體心立方結(jié)構(gòu)的鐵素體變?yōu)槊嫘牧⒎浇Y(jié)構(gòu)的奧氏體相。晶格的致密度由68%，增大到74%，體積收縮。同素異晶轉(zhuǎn)變二．包晶相變機(jī)制凝固理論認(rèn)為，包晶相變分為3個(gè)階段：包晶反應(yīng)階段（L+6f丫），包晶轉(zhuǎn)變階段（6—?Y）,直接凝固階段（」Y）。包晶反應(yīng)階段：奧氏體在液相與鐵素體相界面形核的過(guò)程。包晶轉(zhuǎn)變階段：固相原子擴(kuò)散溶解并生長(zhǎng)為包晶相的過(guò)程。直接凝固階段：液相直接在已存在的包晶相上生長(zhǎng)增厚的過(guò)程。這三個(gè)階段既有聯(lián)系又有區(qū)別，初生相與液相接觸的地方發(fā)生包晶反應(yīng)生成包晶相，凝固前沿包晶轉(zhuǎn)變和直接凝固二者都可生成包晶相且密不可分，但在無(wú)液相的全部凝固部分，包晶相的轉(zhuǎn)變?nèi)坑砂мD(zhuǎn)變而得。包晶反應(yīng)階段與直接凝固階段，均有液相參與，液相金屬的流動(dòng)性彌補(bǔ)了凝固前沿的收縮，不會(huì)導(dǎo)致裂紋。包晶轉(zhuǎn)變階段由體心立方晶格轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц瘢旅芏仍黾?，體積收縮，在沒(méi)有液相補(bǔ)充的情況下，會(huì)引起鑄件內(nèi)部收縮，從而誘發(fā)鑄件裂紋。三、包晶鋼裂紋成因分析凝固收縮補(bǔ)償理論將合金凝固過(guò)程分為準(zhǔn)液相區(qū)、可補(bǔ)縮區(qū)、不可補(bǔ)縮區(qū)和晶間搭橋區(qū)4個(gè)階段。準(zhǔn)液相區(qū)：合金凝固初期，枝晶間未形成連續(xù)的骨架，枝晶間液態(tài)金屬流動(dòng)性好?？裳a(bǔ)縮區(qū)：固相分?jǐn)?shù)達(dá)到一定數(shù)值，各枝晶間形成連續(xù)骨架，經(jīng)過(guò)合金的零強(qiáng)度溫度（ZST）后，合金開(kāi)始具備強(qiáng)度。不可補(bǔ)縮區(qū)：隨固相分?jǐn)?shù)的增大，枝晶間的液態(tài)金屬流動(dòng)性逐漸降低，經(jīng)液相零補(bǔ)縮溫度（LIT）后，枝晶間的液態(tài)金屬不能相互流動(dòng)。隨溫度的降低達(dá)到合金的零塑性溫度（ZDT）。晶間搭橋區(qū)：合金的強(qiáng)度和塑性分別達(dá)到ZST和ZDT后，開(kāi)始從零升高。是由于晶間搭橋的形成使晶間強(qiáng)度提高及晶粒參與變形而造成。從形成連續(xù)骨架起，這一凝固階段稱為準(zhǔn)固相區(qū)。在ZST和ZDT溫度附近，是裂紋敏感的溫度區(qū)間。在LIT以上，鑄坯的凝固收縮由液體流動(dòng)來(lái)補(bǔ)充，不會(huì)產(chǎn)生裂紋；在LIT以下，鑄坯的收縮變形的不到補(bǔ)充，當(dāng)實(shí)際變形超過(guò)材料允許變形鑄坯就產(chǎn)生裂紋。根據(jù)包晶相的生長(zhǎng)機(jī)制：包晶轉(zhuǎn)變階段由體心立方晶格轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫘牧⒎骄Ц?，致密度增加，體積收縮，得不到液相補(bǔ)充，當(dāng)實(shí)際變形超過(guò)材料允許變形鑄坯就產(chǎn)生裂紋。四、亞包晶鋼裂紋嚴(yán)重原因分析C含量在0.09%-0.17%范圍內(nèi)的鋼種稱為亞包晶鋼或凹陷鋼。原因分析1） 包晶鋼中初生相（6）的生成量越多，為包晶轉(zhuǎn)變提供的6相的量越多，其轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的收縮量越大，使鑄坯產(chǎn)生裂紋的傾向性越大。2） 亞包晶鋼較低碳鋼鑄坯裂紋嚴(yán)重的原因：雖然低碳鋼生成的6相量多，但是低碳鋼的包晶轉(zhuǎn)變溫度低于包晶反應(yīng)溫度，使的包晶轉(zhuǎn)變溫度避開(kāi)了鋼種的零強(qiáng)度和零塑性區(qū)，提高了鋼的允許變形量，從而減少了鑄坯裂紋的產(chǎn)生。此外，低碳鋼的包晶轉(zhuǎn)變是在組織全為6相后才進(jìn)行的。相對(duì)于亞包晶鋼而言，包晶轉(zhuǎn)變引起的收縮分布較均勻，坯殼多發(fā)生均勻收縮而不會(huì)引起鑄坯的裂紋。亞包晶鋼線收縮系數(shù)為9.8X10-5/°C,而C<0.09%時(shí)，6Fe線收縮約為?2X10-5/°C,線收縮量增加3.8倍。a）低碳鋼（C%<0.09%） b）亞包晶鋼（0.09%<C%<0.17%） c）過(guò)包晶鋼（0.17%<C%^0.5%）圖6不同鋼種的定向凝固縱截面示意圖3）亞包晶鋼較過(guò)包晶鋼鑄坯裂紋嚴(yán)重的原因：除生成的6量少以外，根據(jù)平衡相圖可知，包晶反應(yīng)(L+6―Y)后有剩余的液相：液相可直接轉(zhuǎn)變?yōu)閅，并且液相的流動(dòng)性可彌補(bǔ)凝固前沿的收縮。五、亞包晶鋼表面缺陷及對(duì)策-表面凹陷及縱裂形成的機(jī)理鑄坯在結(jié)晶器上部先凝固成坯殼，坯殼與結(jié)晶器銅壁過(guò)早脫離形成氣隙，導(dǎo)出的熱流最小，坯殼最薄，易于表面形成凹陷；凝固收縮和鋼水靜壓力不均衡作用，使薄的坯殼表面粗糙、折皺,嚴(yán)重時(shí)形成凹陷。凹陷部位冷卻和凝固比其他部位慢，組織粗化，在熱應(yīng)力和鋼水鼓脹力作用下，在凹陷處造成應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋。在二次冷卻區(qū)繼續(xù)擴(kuò)展。形成的基本條件：①初生坯殼厚度不均，在坯殼薄弱處產(chǎn)生局部應(yīng)力集中②鑄坯在快速凝固時(shí)的選份結(jié)晶和C、Mn、S、P等元素沿樹(shù)枝晶的偏析，致使晶粒間的結(jié)合力不均，在外部應(yīng)力超過(guò)其強(qiáng)度極限時(shí)，易于發(fā)生凹陷等質(zhì)量缺陷。影響因素及對(duì)策措施過(guò)熱度：高過(guò)熱度，在強(qiáng)制冷卻制度下能加重凹陷和縱裂(資料表明，澆注鋼水溫度每升高10°C，結(jié)晶器內(nèi)凝固坯殼厚度減少2mm)Mn/S比：提高鋼種Mn/S比，可減少縱裂發(fā)生率。臨界Mn/S比與S含量的關(guān)系：(w(Mn)/w<S))c,二L345Xw(S)讓竝臨界Mn/S比隨鋼中S含量下降而升高。確定MSC指數(shù)：MSC=(w(Mn)/w(S))/<l,345XMSC>1可獲得較好的防止裂紋效果。MSCV1，鋼的韌性降低且固相線溫度間距增大，裂紋敏感性增加。拉速：同一拉速條件下，鑄件內(nèi)弧比外弧更容易生成凹陷。拉速增加，因結(jié)晶器內(nèi)坯殼厚度不均勻，結(jié)晶器導(dǎo)出熱量并沒(méi)有隨拉速增加而上升，使得出結(jié)晶器時(shí)坯殼強(qiáng)度降低，如二冷強(qiáng)度大，進(jìn)一步加劇缺陷的嚴(yán)重程度。對(duì)弧形連鑄機(jī)，鑄坯低倍結(jié)構(gòu)具有不對(duì)稱性，內(nèi)弧柱狀晶比外弧要長(zhǎng)，即坯殼內(nèi)外弧表面所受的熱應(yīng)力有較大差距。穩(wěn)定拉速。保護(hù)渣：保護(hù)渣堿度高，其熔化溫度和結(jié)晶溫度較高，具有低的粘度能滿足弱冷的需求。結(jié)晶器：縱裂紋大多發(fā)生在浸入式水口出口周圍的鋼水劇烈運(yùn)動(dòng)區(qū)域，結(jié)晶器壁熱流不均是縱裂紋產(chǎn)生的有利環(huán)境。將結(jié)晶器水量減小，減輕坯殼過(guò)早收縮，減少初生坯殼受到的熱應(yīng)力作用，使鑄坯凹陷得到減輕。6）電磁攪拌：鋼水在電磁攪拌作用下角部彎月面鋼水輕微“轉(zhuǎn)動(dòng)”離開(kāi)銅壁表面，電磁攪拌過(guò)強(qiáng)會(huì)增加凹陷產(chǎn)生。六、亞包晶鋼內(nèi)部缺陷及對(duì)策-中心裂紋、中間裂紋、皮下裂紋6.1皮下裂紋1）形成機(jī)理：鑄坯表層溫度反復(fù)變化導(dǎo)致相變，沿兩相組織的邊界面擴(kuò)展而成。2）影響因素及對(duì)策措施二冷水的配比。中間裂紋1）形成機(jī)理：主要是由于二冷區(qū)冷卻不均勻，坯殼反復(fù)回溫（溫度回升超過(guò)100°C/m）；或由于對(duì)弧不好有關(guān)。當(dāng)鑄坯經(jīng)過(guò)二冷段進(jìn)入空冷區(qū)，鑄坯中心熱量向外傳遞，鑄坯表面溫度回升，坯殼受熱膨脹，在凝固前沿引起張力應(yīng)變，當(dāng)某一位置的張力應(yīng)變超過(guò)該處的極限變形值時(shí)，在固液交界面出現(xiàn)裂紋，并沿柱狀晶薄弱處繼續(xù)擴(kuò)展直到坯殼高溫強(qiáng)度能抵抗應(yīng)力為止。2）影響因素及對(duì)策措施主要是二次冷卻引起的。此外，澆注溫度高、拉速快、鑄坯柱狀晶發(fā)達(dá)時(shí)，也會(huì)助長(zhǎng)這種裂紋的發(fā)生。合理的二次冷卻制度，避免鑄坯表面溫度回升過(guò)快。低過(guò)熱度、低拉速澆注。中心裂紋1） 形成機(jī)理：是由于凝固末期鑄坯芯部的收縮造成的。當(dāng)鑄坯即將完全凝固時(shí)，