《五种低倍检验方法和枝晶腐蚀》技术介绍

1)腐蚀标准：按GB/T 226-2015《钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法》标 准进行腐蚀。 2)评级标准(0.5-3.0级,6个级别)： ①YB/T 4003-2016《连铸钢板坯低倍组织缺陷评级图》； ②YB/T 4339-2013《连铸钢板坯低倍枝晶组织缺陷评级图》。
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五 凝固组织和缺陷图例（包括对比图例）
⑦
① ③
图2 矩形坯缺陷示意图
1) 腐蚀标准：按 GB/T 226-2015《钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法》标准 进行腐蚀。 2)评级标准(1-4级，4个级别，缺陷介于两级之间可评半级)： ①YB/T 153-1999《优质碳素结构钢和合金结构钢连铸方坯低倍组织缺陷 评级图》。②YB/T 4002-2013《连铸钢方坯低倍组织缺陷评级图》。 ③YB/T 4340-2013《连铸钢方坯低倍枝晶组织缺陷评级图》。
《五种低倍检验方法和枝晶腐蚀》
技术介绍 沈阳市启光科技有限公司（许庆太）
2018年7月25日
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内容提要
一 连铸钢坯的质量指标 1、洁净度；2、凝固组织；3、内部缺陷；4、表面缺陷；5、形状缺陷 二 连铸坯低倍检验方法和对比 1、检验方法的发展；2、检验方法的原理；3、检验方法的对比； 4、枝晶检验特点和要素 三 连铸钢坯凝固组织的检验 1、连铸坯的凝固组织；2、检验连铸坯凝固组织的目的和意义 四 连铸钢坯缺陷的检验 1、连铸矩形坯(包括方坯)缺陷；2、连铸圆形坯缺陷；3、连铸板坯缺陷 五 凝固组织和缺陷图例(包括对比图例) 1、凝固组织图例(5个部分)；2、凝固组织对比图例(8个图例)；3、内部 缺陷对比图例(15个图例)；4、凝固组织和缺陷演变图例(1个图例) 六 枝晶腐蚀在连铸生产中应用实例(9个方面应用业绩) 七 五种低倍检验方法对应的国家标准 八 结束语
3 加工工序 4 检验面粗糙度 Ra（μm） 5 侵蚀时间 （min） 6 环境污染 7 腐蚀效果
60～80℃高温
铣、磨 ≤1.6 20～40 严重污染 低、高碳钢效果 不良，中碳钢*** 效果良好
注：*— 表2中提供13种冷酸腐蚀试剂，各种试剂酸的浓度都很高； **—S≤0.005%为低硫钢，硫印检验的硫印片是“白片”； ***—C≤0.08%叫低碳钢，C＞0.08%而＜0.45%叫中碳钢，C≥0.45%叫高碳钢。
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3、内部缺陷
内部缺陷是指连铸坯内部是否有偏析、疏松、裂纹、缩孔、气泡和夹杂 六种缺陷。内部缺陷与凝固条件、工艺参数、设备状态和操作有关。二冷 配水和铸机支撑系统也是保证铸坯内部质量的关键。
4、表面缺陷
表面缺陷是指连铸坯表面是否有裂纹(如纵裂、横裂和网状裂纹)、表 面气泡、针孔气泡、表面夹杂、表面粘渣、渗漏及划伤等缺陷。表面深振 痕、凹陷和增碳也属于表面缺陷。表面缺陷是钢水在结晶器中凝固时，钢 水→凝壳→铜板→保护渣之间匹配不协调产生的，因此，表面缺陷一般都 发生在结晶器中，只有划伤例外。
说明：图1铸坯细小等轴晶凝固组织，在金相显微镜下观察为 8级晶粒金 相组织。图1和图2中细小等轴晶上面是细小柱状晶。
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2)柱状晶部分
柱状晶金相照片
3×
100×
图1
柱状晶带(横向断面)
图2 柱状晶带(横向断面) (2×)
1—钢种： Q235B； 2—规格：380mm×280mm矩形坯。
1—钢种： 16Mn； 2—规格： 150mm×1来自百度文库00mm板坯。
试样表面光洁度高
腐蚀试剂酸的浓度低 腐蚀时间短
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三 连铸钢坯凝固组织的检验
1、连铸坯的凝固组织
细小等轴晶
柱 等
状 轴
晶 晶
a)矩形坯
b)圆形坯
交叉树枝晶
c)板坯
图1
连铸坯凝固组织示意图(横向断面)
1) 腐蚀标准：按 GB/T 226-2015《钢的低倍组织及缺陷酸蚀检验法》 标准进行腐蚀。 2)评定标准：按GB/T 24178-2009《连铸钢坯凝固组织低倍评定方法》 标准进行评定各种凝固组织占检验面的百分数(%)。
图1-3 铸 坯各种缺陷 之间的关系
板坯窄面凹陷或凸起
1
板坯宽面鼓肚 2
形状缺陷
3
方坯菱变（失方）
内部缺陷：三角区裂纹和角裂级别升高
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内部缺陷：对角线裂纹级别升高
二 连铸坯低倍检验方法和对比
1、检验方法的发展（分四步）
①硫印检验→②热酸腐蚀/③电解腐蚀→④冷酸腐蚀→⑤枝晶腐蚀。
①硫印检验
一步
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四 连铸钢坯缺陷的检验
按现行标准缺陷的分类方法，列出连铸矩形坯(包括方坯)、圆形坯 和板坯缺陷示意图，并介绍腐蚀缺陷方法标准和评级缺陷方法标准。
1、连铸矩形坯缺陷(包括方坯)
内弧侧
⑤ ②
⑥
⑨ ⑧ ④
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。
1、凝固组织图例（5个部分）
1)细小等轴晶部分
金相组织(100×)
低倍凝固组织(2×)
图1
细小等轴晶坯壳凝固组织（横向断面）
1—钢种：16Mn；2—规格：300mm×1650mm板坯（低倍凝固组织图中下缘是连铸坯表面）。
图2
细小等轴晶坯壳凝固组织(横向断面)(1×)
1—钢种：20MnSi；2—规格：120mm×120mm方坯（图中下缘和左右侧是连铸坯表面）。
图3
柱状晶带(横向断面)(2×)
1—钢种：Q235B； 2—规格：380mm×280mm矩形坯。
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图4
柱状晶带(横向断面)(2×)
1—钢种：20钢； 2—规格：380mm×280mm矩形坯。
3)交叉树枝晶部分
a）枝晶图片(1.3×)
a）金相图片(24×)
图1
交叉树枝晶带(横向断面)
1—钢种：Q235B；2—规格：230mm×1650mm板坯。
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2、连铸圆形坯缺陷
⑤ ④ ① ②
③
⑥
图3
圆形坯缺陷示意图
1)腐蚀标准：按GB/T 226-2015《钢的低倍组织 及缺陷酸蚀检验法》标准进行腐蚀。 2) 评级标准：按 YB/T 4149-2006《连铸圆管坯》 标准评级。 附录A(规范性附录)缺陷评级(1-4级) ： ①中心疏松；②中心缩孔；③中心裂纹；④中间裂 纹；⑤皮下裂纹；⑥皮下气泡。 附录B(资料性附录)凝固组织评定(1-4级)。 凝固组织评定 :2006 年无 GB/T 24178-2009 评定凝 固组织的标准，现在评定圆坯凝固组织应该使用该 标准进行评定，代替YB/T 4149-2006中的附录B。 缺陷评级：图 3是YB/T 4149 缺陷示意图，标准中 缺少中心偏析和非金属夹杂两项缺陷，缺陷评级时 可参照 YB/T 153 和 YB/T 4340 标准 ( 中心偏析和非金 属夹杂)进行评级。
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3、连铸板坯缺陷
7 4 1-1 1-2 1-3 8
6-1
6-2
2
3
5
图4 板坯缺陷示意图
1-1 A类中心偏析；1-2 B类中心偏析；1-3 C类中心偏析；2 中心疏松； 3 中心裂纹；4 中间裂纹；5 角部裂纹；6-1 三角区裂纹；6-2 角部三角区裂纹； 7 氧化铝夹杂；8 蜂窝气泡。
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2、检验连铸坯凝固组织的目的和意义
1)连铸坯凝固组织与钢材机械性能有关。对于大方(或矩形)坯和厚 板坯来说，等轴晶率高，钢材各向同性效应好，而柱状晶发达，钢材 产生各向异性。 细小等轴晶层过薄或厚度不均匀，铸坯容易产生表面纵向裂纹。 2)连铸坯凝固条件与凝固组织有关。由于连铸坯凝固条件不容易被 测定，可以通过检验凝固组织来判断凝固条件，然后调整、改变凝固 条件能够得到良好的凝固组织，减少缺陷，这也是研发枝晶腐蚀的检 验方法的目的和意义。
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内部缺陷：偏析级别升高 内部缺陷：缩孔 和疏松级别升高
柱状晶发达
1
表面缺陷严重 6 激冷层薄、不均 5 二次晶间距大 内部缺陷：偏 析级别升高
图1-2 铸坯凝固 组织与缺陷的关系
树枝晶搭桥 柱状晶偏斜 内部缺陷：夹 杂物级别升高
2 3
凝固组织
4
等轴晶层厚
内部缺陷：裂纹 和偏析级别降低
中心缺陷级别升高：①中心疏松；②中心偏析；③中心裂纹；④缩孔
枝晶腐蚀
小于4%（容积比） 酸的浓度水溶液 室温
铣、磨、抛 0.1～0.025，镜 面光洁度 1～3 无污染 低、中、高碳钢 效果都良好
1 酸的浓度
5～15%（容积比） 50%（容积比） 硫酸水溶液 盐酸水溶液 室温
铣、磨 ≤1.6 5～10 中度污染 低硫钢**效果不 良，高硫钢效果 良好
2 腐蚀温度
②热酸腐蚀/③电解腐蚀
二 步
④冷酸腐蚀
三步
⑤枝晶腐蚀
四步
2、检验方法的原理
硫印检验：稀硫酸水溶液与试样检验面上的硫化物(FeS、MnS)发生 反应，生成硫化氢气体，硫化氢再与相纸上的溴化银作用，生成硫化银 沉淀，印在相纸的相应位置上，形成黑色或褐色斑点、条纹，判断硫偏 析和缺陷的分布。 酸蚀检验：四种酸蚀检验方法原理大致相同，都是电化学反应。腐 蚀试剂(电解质)与试样检验面接触，产生大量微电池，对检验面进行选 择性腐蚀，显示铸坯的凝固组织状态和缺陷分布。 各种酸蚀法腐蚀条件不同，见下表：
5、形状缺陷
形状缺陷是指铸坯形状是否规矩，尺寸公差是否达到要求。板坯主要 是宽面鼓肚、窄面突出和凹陷；方坯主要是菱变；圆坯主要是椭圆。连铸 坯形状缺陷影响后续轧制工序，连铸坯严重变形，给连轧工序咬入孔型带 来困难。伴随形状缺陷有时产生裂纹，甚至导致漏钢事故发生。 形状缺陷与结晶器内腔尺寸及冷却均匀性有关。 上述五个质量指标，各自独立，但是它们之间有关。见下列关系图：
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4、枝晶检验特点和要素
枝晶腐蚀低倍检验方法是继传统方法硫印检验、热酸腐蚀、电解腐蚀和 冷酸腐蚀之后研发的新技术，通过与前四种传统检验方法对比，不断显示其 优越性。 ★特点：本方法不但能够清晰地显示连铸钢坯的凝固组织，而且还可以 准确地显示连铸钢坯的内部缺陷，这是本技术的两个创新和突破。 清晰地显示连铸钢坯的凝固组织，可以判断连铸坯的凝固条件。 本技术具有准确性、易操作性及对环境不产生污染等特点。 ▲枝晶腐蚀三要素：
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洁净度和凝固组织是铸坯质量的基础指标，内部缺陷、表面缺 陷和形状缺陷是铸坯质量缺陷的具体指标。
内部缺陷：气泡级别升高 内部缺陷：夹杂级别升高 夹杂含量升高 1 表面针孔缺陷率升高
洁净度 下降
3
(N2、H2、O2) 含量升高
2 (S、P) 含量升高 内部缺陷：裂纹和偏析级别升高
图1-1 铸坯洁净度与缺陷的关系
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一
连铸钢坯的质量指标
连铸钢坯质量对钢材质量有直接影响，为了提高钢材质量，必须首先提 高连铸坯的质量，一般判断连铸坯的质量有五个指标。 1、洁净度 洁净度一般是指钢中夹杂物和杂质元素含量的多少，含量越少，钢的洁 净度越高。夹杂物主要是指氧化物和硫化物。杂质元素主要是指S、P和气体 N、H、O含量要少。杂质元素还包括微量元素铜、锡、铅、砷、锑、铋等。 钢材用途不同对洁净度的要求也不同，因此洁净度可定义为：当钢中的 非金属夹杂直接或间接影响钢种生产性能和使用性能时，该钢就不是洁净钢 。而如果钢中夹杂物的数量、尺寸、分布对产品的生产性能和使用性能都没 有影响，那么这种钢就可以认为是洁净钢。 国际会议认为，如果夹杂物直接或间接影响了产品的组织结构或使用性 能要求，那么钢就是不纯净的，如果夹杂物没有引起这些缺陷，那么可以认 为钢是洁净的，不用考虑夹杂物的数量、类型、大小和分布。 2、凝固组织 凝固组织是连铸坯在冷却凝固过程中形成的结晶形貌，即细小等轴晶(激 冷层、坯壳晶)、柱状晶、交叉树枝晶和等轴晶。对柱状晶偏斜角度和二次 晶间距也可以进行测量。
图2
交叉树枝晶带(横向断面)(1×)
图3
交叉树枝晶带(横向断面)(1.3×)
1—钢种：20钢；2—规格：380mm×280mm矩形坯。 1—钢种：Q235B；2—规格： 230mm×1650mm板坯。
图4
交叉树枝晶带(横向断面)(1×)
图5
交叉树枝晶带(横向断面)(1.3×)
1—钢种：高碳钢(0.72%C, 1.4%Mn)； 2—规格：380mm×280mm矩形坯。
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3、检验方法的对比
表1
条件 方法
五种低倍检验方法使用条件对比表
热酸腐蚀 电解腐蚀
15～30%（容积 比）盐酸水溶液 中温
铣、磨 ≤1.6 10～30 较严重污染 低、高碳钢效果 不良，中碳钢效 果良好
硫印检验
冷酸腐蚀
见GB/T226-2015 标准中的表2* 室温
铣、磨 ≤0.8 5～10 较严重污染 低、高碳钢效果 不良，中碳钢效 果良好