异型坯主要质量缺陷及控制措施

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安徽冶金科技职业学院学报
2006 年第 2 期
内裂 纹。而 且，铸 坯 表 面 温 度 回 升 越 多，此 种 裂 纹 发生几率就越大。 1.3 采取措施
生产 实 践 表 明，钢 中 S、P 夹 杂 物 含 量、二 冷 设 备和二冷工艺是影响中心裂纹的主要因素。在采 取 下 列 改 进 措 施 后 ，中 心 裂 纹 发 生 率 明 显 降 低 。
总第 32 期
汤 寅 波 、邓 南 阳 ：异 型 坯 主 要 质 量 缺 陷 及 Βιβλιοθήκη Baidu 制 措 施
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细 小 裂 纹 后 ，其 他 皮 下 裂 纹 则 由 于 集 中 应 力 释 放 而 停止发展。
马钢异形坯连铸机生产的主要钢种 C 含量均 处 于 中 碳 亚 包 晶 钢 范 围 ，铸 坯 表 面 热 点 形 成 的 主 要 原因是δFe→γFe 的转变引 发 收 缩。当 一 次 冷 却 水 流速低于 6m / s 时，导 致 结 晶 器 水 缝 中 水 产 生 局 部 沸腾，从而引起 结 晶 器 冷 却 不 均 匀，增 加 了 形 成 表 面微细裂纹的可能性。保护渣的流入不均匀和局 部气隙也是原因之一。 2.2 表面纵向大裂纹
中心裂纹的形成与钢在固相线温度附近的高 温脆性密 切 相 关，高 温 脆 性 区 在 固 相 线 温 度 以 下 30 ℃ ～ 70 ℃ 范围内，由于钢凝固过程 中 S、P 等 元素 在 枝 晶 间 偏 析 ，形 成 熔 点 低 于 固 相 线 温 度 的 液 体 薄 膜，含 S、P 较高的晶界在大体积材料的固相线温度 下 仍 处 于 液 态 ，处 于 液 相 的 晶 界 几 乎 无 塑 性 。 即 零 塑性温度区 间。在 此 温 度 区 间，当 坯 壳 鼓 肚 应 力、 热 应 力 、矫 直 应 力 、相 变 应 力 、以 及 由 于 导 辊 变 形 和 不对中等原因引起的附加机械应力作用于凝固前 沿时，凝固界面 就 会 开 裂 形 成 裂 纹，之 后 会 进 一 步 扩展。由于 凝 固 前 沿 富 含 溶 质 元 素 的 钢 水 被“ 抽 吸”进入裂纹，故 中 心 裂 纹 往 往 伴 随 着 中 心 偏 析 一 起 出 现 ，中 心 偏 析 严 重 也 会 导 致 中 心 裂 纹 的 产 生 。 1.2 腹板内裂纹
关 键 词 ：异 型 坯 ；缺 陷 ；质 量 ；控 制 中图分类号：TF777 文献标识码：A 文章编号：1672 - 9994（2006）02 - 0017 - 03
马钢三 钢 厂 三 机 三 流 异 型 坯 连 铸 机 由 SMS CONCAST 公司 引 进，1998 年 投 产。 主 要 生 产 两 种 规格的异型 坯，坯 料 供 热 扎 H 型 钢 厂 轧 制。 在 生 产过程中，出现 了 各 种 类 型 的 表 面 及 内 部 缺 陷，对 整条生产线产生了重大的影响。
在生产中采 取 二 冷 弱 冷 制 度，并 使 其 均 匀 化， 对降低内裂纹是有明显效果的。
2 表面纵裂纹
异形坯表面的纵裂纹主要分布于腹板及翼缘 内 侧 ，以 腹 板 上 存 在 较 多 。 从 形 态 上 可 以 把 异 形 坯 表 面 纵 向 裂 纹 分 为 表 面 纵 向 微 裂 纹 、表 面 纵 向 细 裂 纹 、表 面 纵 向 大 裂 纹 。 2 . 1 表面纵向微、细裂纹
表面纵向大裂纹具体 形 貌 见 图 4，基 本 均 位 于 腹板和翼缘内侧，其 分 布 的 规 律 性 不 是 很 强，腹 板 纵向大裂 纹 在 腹 板 宽 度 方 向 各 处 均 有，开 口 度 在 0 .5 mm 以 上，长 在 300 mm 以 上，较 长 的 可 达 1 m 以 上 ，腹 板 纵 向 大 裂 纹 大 多 伴 随 有 凹 陷 。 翼 缘 内 侧 纵向大裂 纹 距 翼 缘 端 部 距 离 大 多 约 60 mm ～ 120 mm，长度 100 mm ～ 1000 mm。 金 相 和 扫 描 电 镜 检 验，该类 裂 纹 深 约 6 mm ～ 16 mm，裂 纹 内 有 大 量 的 氧化铁和非金属夹杂物。
在 弯 月 面 附 近 ，这 一 低 塑 性 区 一 般 是 由 于 结 晶 器 传 热 不 均 匀 而 产 生 的 热 点 部 位 ，同 时 坯 壳 表 面 以 下约 3 mm 处，杂质元 素开始 在树枝 晶间 富集导 致 局 部 区 域 熔 点 降 低 而 呈 液 态 ，热 点 的 存 在 加 重 了 树 枝晶间局部液态区的范围。热点处温度位于钢的 高 温 低 塑 性 区 产 生 拉 伸 应 变 ，在 靠 近 凝 固 前 沿 产 生 裂 纹 。 坯 壳 表 面 随 后 冷 却 到 低 塑 性 转 变 温 度 ，显 现 出良好的塑性，产 生“缩 颈”，在 坯 壳 的 中 间 部 位 处 于脆性区而产生了皮下裂纹。所以铸坯表面纵裂 纹附近的凹陷是铸坯表面颈缩现象的放大。铸坯 表面凹陷程度与铸坯表面开裂之前的塑性流动成 正 比 ，细 小 且 浅 的 铸 坯 表 面 凹 陷 表 明 铸 坯 表 面 塑 性 层 的 厚 度 薄 ，即 微 、细 裂 纹 距 铸 坯 表 面 很 近 ，而 微 细 裂纹源距铸坯表面的距离大就导致宽且深的表面 凹 陷 。 皮 下 微 裂 纹 源 在 弯 月 面 附 近 坯 壳 很 薄 时 ，如 热点附近的表面温度 < 1200 ℃ ，皮下 微裂纹 源在 铸 坯 表 面 开 口 速 度 就 会 加 快 ，在 某 一 皮 下 裂 纹 发 展 到
图 1 异型坯内裂纹类型
1.1 中心裂纹 中心裂纹是异型坯连铸过程中最常见的质量
收稿日期：2006 - 04 - 24 作者简介：汤寅波（1973 - ），男，马 钢 股 份 公 司 第 三 钢 轧 总 厂，工 程 师。
问题。特别是生产 500 × 300 × 120 规格 时，在 Q235 和 SS400 钢种中犹为突出。
热 不 均 匀 等 ，形 成 细 小 纵 裂 纹 而 削 弱 的 应 力 集 中 部 位 又 产 生 一 个 更 大 的 应 力 集 中 。 这 时 ，在 应 力 作 用 下 细 小 纵 裂 纹 产 生 缺 口 效 应 ，裂 纹 沿 树 枝 晶 间 低 塑 性 区 撕 裂 ，同 时 表 面 缩 颈 加 重 。 当 铸 坯 进 入 二 冷 区 后 ，由 于 铸 坯 形 状 原 因 ，二 冷 水 易 在 内 弧 聚 集 ，加 上 存 在 其 他 条 件 变 化 造 成 的 冷 却 不 均 匀 ，则 加 重 裂 纹 的扩展延伸。 2.3 采取措施
（1）晶 器 热 流 波 动 大 ，引 起 坯 壳 厚 度 不 均 ，尽 量 避免拉速波动和结晶器液面波动。
（2）适 的 保 护 渣 性 能 、耗 量 、熔 渣 层 。 使 用 中 应 满足：
异型坯腹板内裂纹主要是由于在二冷段下部， 铸坯表面温度回升所形成的。当铸坯经过喷水段 的强烈冷 却 进 入 辐 射 区 时，铸 坯 中 心 热 量 向 外 传 递 ，使 铸 坯 表 面 温 度 回 升 ，坯 壳 受 热 膨 胀 ，凝 固 前 沿 引 起 张 力 应 变 超 过 该 处 的 极 限 变 形 值 时 ，就 会 产 生
1 内部裂纹
异型坯在 离 结 晶 器 液 面 8 mm 距 离 内 依 靠 结 晶 器 及 扇 形 段 支 撑 铸 坯 使 其 不 变 形 ，但 是 由 于 操 作 条件变化，往 往 会 产 生 形 状 不 良 以 及 内 部 质 量 问 题 。 连 铸 坯 内 部 质 量 主 要 取 决 于 其 中 心 致 密 度 ，而 影 响 连 铸 坯 中 心 的 缺 陷 是 各 种 内 部 裂 纹 、中 心 偏 析 和 疏 松 ，以 及 铸 坯 内 部 的 宏 观 非 金 属 夹 杂 物 。 影 响 异型坯内 部 质 量 的 主 要 是 中 心 裂 纹、腹 板 内 裂 纹 （竖直方向、水 平 方 向 ）、翼 缘 端 部 裂 纹，见 图 1 所 示。
当 铸 坯 内 拉 伸 力 作 用 到 凝 固 界 面 时 ，往 往 造 成 柱状晶的晶间开 裂，同 时，偏 析 元 素 富 集 的 钢 液 填 充到开裂的空隙中。腹板内裂纹是在凝固前沿发 生 的 ，其 先 端 和 凝 固 界 面 相 连 接 。 内 部 裂 纹 发 生 的 一般原因是在冷 却、弯 曲 和 矫 直 过 程 中，铸 坯 的 内 部变形超过该钢 种 允 许 的 变 形 率（通 常 在 1340 ℃ ， 变形率ε= 0 . 2 % 作 为 铸 坯 变 形 时 凝 固 截 面 产 生 裂 纹 的 极 限 值 。）
（1）提高水质，避免二冷段喷嘴堵塞，从而 使铸 坯冷却不均匀。
（2）降低钢中 S、P 含量，提高 Mn / S，控制 Mn / S 在 25 以上。
（3）生产中尽量 采 用“恒 速 浇 铸”，避 免 拉 速 大 幅度波动；小异拉速控制 0 . 95m / min 以下。
（4）对二冷Ⅰ段下部和二冷Ⅱ段上部的辊 间距 进 行 调 整 ，缩 小 辊 间 距 ，减 少 腹 板 鼓 肚 量 。
切取肉眼未发现表面缺陷的大异形坯腹板表 面 10 mm 厚钢样进行低倍酸洗，发现铸坯表面有长 度 10mm 左右的纵向微裂纹，见图 2。
图 2 酸洗后发现的微裂纹
表 面 纵 向 细 裂 纹 大 多 未 开 口 ，又 被 氧 化 铁 皮 覆 盖，不容易 发 现，酸 洗 后 形 貌 见 图 3。 其 位 置 和 长 度 大 多 均 有 一 定 规 律 ，腹 板 纵 向 细 裂 纹 和 翼 缘 内 侧 纵向细裂纹 大 多 长 约 100 mm ～ 350 mm，腹 板 纵 向 细裂纹距 R 角距离大多约 70 mm ～ 120 mm，翼缘内 侧纵向裂 纹 距 翼 缘 端 部 距 离 大 多 约 50 mm ～ 110
mm，其 深 度 在 3mm 左 右，60 % 以 上 表 面 纵 向 细 裂 纹伴随有表面凹陷。
图 3 表面纵向细裂纹
钢 水 在 结 晶 器 弯 月 面 处 形 成 非 常 薄 的 坯 壳 ，铸 坯 向 下 运 动 过 程 中 坯 壳 不 断 增 厚 长 大 ，直 至 拉 出 结 晶器。由于坯壳在弯月面附近与结晶器壁结合较 密，薄 坯 壳 在 此 区 域 的 传 热 速 度 非 常 快。 J . K . Brimacombe 研究指出，在浸入式水口 流出 钢 水 的 冲 击点以上的弯月面附近的区域坯壳表面 7s 内温降 400 ℃ ，在如 此 大 的 温 降 作 用 下，坯 壳 外 表 面 有 较 大 的 向 内 收 缩 倾 向 ；但 坯 壳 内 靠 近 钢 水 侧 的 温 降 速 度 较 低 ，收 缩 倾 向 较 小 ，同 时 在 钢 水 静 压 力 作 用 下 ， 坯 壳 能 抵 抗 向 内 收 缩 ，这 样 在 坯 壳 内 部 产 生 横 向 拉 伸 应 力 并 发 生 变 形 ，假 如 应 力 没 有 均 匀 分 布 在 坯 壳 宽 度 方 向 而 是 在 某 一 区 域 产 生 应 力 集 中 ，在 高 温 下 仅 0.2% ～ 0.3%的应变就会导致裂纹产生。
异型坯主要质量缺陷及控制措施
汤寅波，邓南阳
（马钢股份公司第三钢轧总厂 安徽马鞍山 243000）
摘 要 ：在异型坯连铸的生产实践中，遇到了中 心 裂 纹、腹 板 内 裂 纹、表 面 纵 向 裂 纹、鼓 肚 变 形 几 种 常 见 的 异 型 坯 质 量 缺
陷 ，本 文 论 述 以 上 质 量 缺 陷 产 生 的 原 因 ，如 何 采 取 相 应 的 措 施 来 进 行 有 效 控 制 ，改 善 铸 坯 质 量 。
第 16 卷第 2 期
安徽冶金科技职业学院学报
Vol . 16 . No . 2
2006 年 4 月
Journal of Anhui Vocational College of Metallurgy and Technology
Apr . 2006
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