连铸坯枝晶腐蚀低倍检验方法分析

世界金属导报/2014年/6月/3日/第B16版
检测技术
连铸坯枝晶腐蚀低倍检验方法分析
许庆太孙中强隋晓红朴志民
低倍检测是一种直接有效的连铸、铸坯质量检验方法，其检验结果直接关系到连铸机及冷却、搅拌系统的调整，是关乎钢铁产品质量的大问题。

但长期以来，低倍检验一直处于肉眼和10倍放大镜宏观检测的传统状态，因此，本专题结合国内多家钢铁企业低倍检测实践，展示低倍检测新技术及其应用。

1枝晶腐蚀与其他低倍检验方法的对比
枝晶腐蚀检验是将试样用铣床铣平、磨床磨光(Ra≤0.63μm)、抛光机抛光(Ra≤0.1μm)达到镜面光洁度，试样检验面朝上，在室温条件下，使用特定的腐蚀试剂，进行浇蚀、擦蚀或浸泡试样检验面，经过12min时间，便可以清晰地显示铸坯的凝固组织和缺陷。

实践检验证明，该方法对钢的铸态组织(如模铸钢锭、连铸坯、铸钢件等)、钢坯及断面尺寸较大的钢材试样都可以进行检验，观察其凝固组织和缺陷，并且还可以检验经过热加工后的钢材的凝固组织和缺陷的演变情况，研究凝固组织与缺陷之间的对应关系。

枝晶腐蚀检验方法可以准确地计算出细小等轴晶(激冷层、坯壳晶)率、柱状晶率和等轴晶(中心等轴晶)率，并且还可以测量柱状晶偏斜角度及二次晶间距等数据，进而推测其凝固条件，能够得到许多有价值的技术信息。

枝晶腐蚀检验方法对判断电磁搅拌、电脉冲孕育处理、动态轻压下及压缩浇铸的冶金效果极其有效，能够观察到中心偏析改善的程度，以及树枝晶破碎情况等，而传统低倍检验方法很难实现。

与传统检验方法比较，新方法不仅能够清晰地显示连铸坯的凝固组织，而且还可以准确地、不扩大、不缩小，原样显示连铸坯的缺陷，这是本技术的两个突破和创新。

本方法具有准确性、易操作性及对环境不产生污染等特点。

2连铸坯凝固组缓和缺陷的低倍检验
2.1连铸坯凝固组织低倍检验
连铸坯凝固组织是连铸坯在凝固过程中形成的固态形貌特征、数量及分布。

具体是指连铸坯的细小等轴晶、柱状晶和等轴晶三个晶带。

各种凝固组织的百分含量按GB/T24178-2009《连铸钢坯凝固组织低倍评定方法》国家标准进行评定。

对于弧形连铸机来说，一般情况下，内弧侧柱状晶都比外弧侧长，而内弧侧中心等轴晶薄，外弧侧中心等轴晶厚。

产生这种现象的原因是因为在液相穴中，形成的等轴晶和以游离晶核或熔断的树枝晶为核心形成的等轴晶，在重力作用下，向外弧侧沉集，阻碍外弧侧柱状晶生长，所以造成外弧侧柱状晶短，中心等轴晶厚的分布特征。

对于大方坯和厚板坯来说，在柱状晶和等轴晶之间往往有交叉树枝晶存在，交叉树枝晶的形成是由于随着凝壳厚度增加，热流定向传热方向发生改变的结果。

连铸坯的凝固组织、内部缺陷、形状缺陷和表面缺陷(除划伤外)都与连铸坯的凝固条件有关，虽然连铸坯的凝固条件不容易测定，但是通过对连铸坯凝固组织的检验，可以判断其凝固条件，进而改变凝固条件，得到优良的凝固组织，减少缺陷。

例如，通过枝晶腐蚀检验可以判断连铸工艺参数是否合适；判断铸机设备运行状态是否正常；判断电磁搅拌的冶金效果；判断动态轻压下的冶金效果；判断电脉冲孕育处理的冶金效果。

2.2连铸坯缺陷低倍检验
因为钢材的质量优劣主要取决于连铸坯的缺陷多少，所以必须要对连铸坯的缺陷进行低倍检
验和按标准定量评级。

枝晶腐蚀缺陷评级应用下列两个标准进行:
YB/T4339-2013《连铸钢板坯低倍枝晶组织缺陷评级图》，连铸板坯缺陷包括:①中心偏析；②中心疏松；③中心裂纹；④中间裂纹；⑤角部裂纹；⑥三角区裂纹；⑦氧化铝夹杂；⑧蜂窝状气泡。

YB/T4340-2013《连铸钢方坯低倍枝晶组织缺陷评级图》，连铸方坯缺陷包括:①中心疏松；②中心偏析；③缩孔；④角部裂纹；⑤皮下裂纹；⑥中间裂纹；⑦中心裂纹；⑧皮下气泡；⑨非金属夹杂。

上面两个枝晶腐蚀缺陷评级标准分别与YB/T4003-1997及YB/T4002-1997(包括YB/T153-1999)热酸腐蚀标准基本保持一致，这是制定标准的继承性，因此，枝晶腐蚀标准的名称、结构、缺陷分类、评定等级保持与热酸腐蚀标准基本一致。

其中YB/T4340-2013标准与YB/T4002-1997(包括YB/T153-1999)保持一致，都规定9种缺陷，没有变化。

中心裂纹是铸坯重要缺陷，用户也要求评定，因此YB/T4339-2013标准中比YB/T4003-1997标准中增加了中心裂纹缺陷一项。

枝晶腐蚀缺陷评级图两个标准比热酸腐蚀两个标准增加了附录B(规范性附录)评定细则，保证不同实验室或同一个实验室不同人评级的稳定性、统一性。

对原标准的改进是体现制定新标准的先进性。

3连铸坏凝团组织和缺陷的枝晶腐蚀低倍检验
3.1凝固组织枝晶腐蚀低倍检验图例
如图1所示，枝晶腐蚀凝固组织检验，放大到3倍时，能够清楚地观察到二次晶晶轴的分布。

进一步提高放大倍数，可以方便地进行二次枝晶间距测量，为研究其冷却速度和减轻铸坯中心偏析提供信息。

枝晶腐蚀检验，还可以判断经电脉冲处理(EPM)凝固组织发生变化情况。

未经电脉冲处理柱状晶粗大，一次和二次晶轴非常清楚，而经电脉冲处理后，柱状晶长度明显变短，退化成扁长形等轴晶粒。

通过枝晶腐蚀检验可见，同钢种、同规格，拉速降低等轴晶率明显提高。

某厂连铸圆管坯做枝晶腐蚀低倍检验，如图2所示，等轴晶率22%，且下沉27mm，向左偏离20mm。

等轴晶偏离铸坯几何中心，导致穿管顶头鼻部直径不在等轴晶区中心，穿管变形区达到柱状晶区，因为柱状晶变形性能不如等轴晶均匀，各向异性，造成钢管内折缺陷。

统计结果表明，本炉钢钢管内折缺陷高达20%。

厂方经改进等轴晶率提高到36%，向下沉仅为4-5mm，钢管内折缺陷消除。

3.2缺陷低倍检验对比图例
在检验碳含量≤0.02%-0.05%的低碳钢时，枝晶腐蚀不仅能够清晰地显示枝晶组织的细节，而且还能够精确地显示裂纹和偏析缺陷，但是冷酸腐蚀只能显示枝晶组织的轮廓，而且掩盖裂纹缺陷，见图3。

图3(a)、(b)是同一个检验面的两种方法对比检验，图的中心是连铸坯的B类中心偏析区，偏析线上面是内弧侧柱状晶区，而下面是外弧侧交叉树枝晶区。

采用枝晶腐蚀方法，中间裂纹和B 类中心偏析清晰可见，而使用冷酸腐蚀方法，中间裂纹被掩盖，B类中心偏析模糊不清，无法辨认。

凝固组织二者差别也较大，在偏析线下面的交叉树枝晶区，枝晶腐蚀能够观察到晶轴倾斜、交叉和彼此镶嵌的状态，而冷酸腐蚀检验只能显示等轴晶的轮廓。

中间裂纹的硫印检验与枝晶腐蚀对比检验有较大差别，见图4。

对同一个检验面做硫印检验与枝晶腐蚀对比检验，图4(a)硫印检验的中间裂纹有些粗化，清晰度较差；而图4(b)枝晶腐蚀裂纹周围柱状晶凝固组织清晰，清晰地显示出裂纹沿柱状晶间发生，而硫印检验不能显示柱状晶。

枝晶腐蚀低倍检验对判断二冷电磁搅拌(S-EMS)的冶金效果极其有效。

铸坯中皮下夹杂与针孔气泡缺陷往往伴随发生，枝晶腐蚀检验能准确地区分皮下夹杂和针孔气泡缺陷
针孔气泡呈现针孔状圆形小孔，与金属基体有明显分界线，犹如钢针扎在纸张上形成的小孔。

而皮下夹杂呈现短线状、浅麻坑状或不规则形状的缺陷，与金属基体无明显分界线。

枝晶腐蚀低倍检验不但能够检验连铸坯的凝固组织和缺陷，还可以检验断面尺寸较大的钢材的凝固组织和缺陷的演变情况，见图5。

如图5所示，从连铸坯轧制成钢板的凝固组织和缺陷的演变可以获得下列信息:
1)连铸坯内弧侧柱状晶长，等轴晶层薄，而外弧侧等轴晶层稍厚和交叉树枝晶层厚，判断图的上缘对应连铸坯的内弧侧；
2)从钢板凝固组织可以判断连铸坯柱状晶发达，等轴晶层薄；
3)从钢板观察到中心偏析连续，可判断连铸坯A类中心偏析严重，可达2.0级以上；
4)从钢板观察到中间裂纹只是因轧制产生倾斜，没有轧合，判断连铸坯中间裂纹开口宽度较大，铸坯中间裂纹级别可达2.0级以上；
5)从钢板中仍然保持连铸坯的A类中心偏析和柱状晶(倾斜)凝固组织，说明轧制压力渗透不够，道次压下量小，应采用大压下轧制规程。