连铸坯质量缺陷

连铸坯的质量缺陷及控制摘要连铸坯质量决定着最终产品的质量。

从广义来说所谓连铸坯质量是得到合格产品所允许的连铸坯缺陷的严重程度，连铸坯存在的缺陷在允许范围以内，叫合格产品。

连铸坯质量是从以下几个方面进行评价的：(1)连铸坯的纯净度：指钢中夹杂物的含量，形态和分布。

(2)连铸坯的表面质量：主要是指连铸坯表面是否存在裂纹、夹渣及皮下气泡等缺陷。

连铸坯这些表面缺陷主要是钢液在结晶器内坯壳形成生长过程中产生的，与浇注温度、拉坯速度、保护渣性能、浸入式水口的设计，结晶式的内腔形状、水缝均匀情况，结晶器振动以及结晶器液面的稳定因素有关。

(3)连铸坯的内部质量：是指连铸坯是否具有正确的凝固结构，以及裂纹、偏析、疏松等缺陷程度。

二冷区冷却水的合理分配、支撑系统的严格对中是保证铸坯质量的关键。

(4)连铸坯的外观形状：是指连铸坯的几何尺寸是否符合规定的要求。

与结晶器内腔尺寸和表面状态及冷却的均匀程度有关。

下面从以上四个方面对实际生产中连铸坯的质量控制采取的措施进行说明。

关键词：连铸坯；质量；控制1 纯净度与质量的关系纯净度是指钢中非金属夹杂物的数量、形态和分布。

夹杂物的存在破坏了钢基体的连续性和致密性。

夹杂物的大小、形态和分布对钢质量的影响也不同，如果夹杂物细小，呈球形，弥散分布，对钢质量的影响比集中存在要小些；当夹杂物大，呈偶然性分布，数量虽少对钢质量的危害也较大。

此外，夹杂物的尺寸和数量对钢质量的影响还与铸坯的比表面积有关。

一般板坯和方坯单位长度的表面积（S）与体积（V）之比在0.2～0.8。

随着薄板与薄带技术的发展，S/V 可达10～50，若在钢中的夹杂物含量相同情况下，对薄板薄带钢而言，就意味着夹杂物更接近铸坯表面，对生产薄板材质量的危害也越大。

所以降低钢中夹杂物就更为重要了。

提高钢的纯净度就应在钢液进入结晶器之前，从各工序着手尽量减少对钢液的污染，并最大限度促使夹杂物从钢液中排除。

为此应采取以下措施：表面缺陷 1—横向角裂；2—纵向边裂；3—横向裂纹；4—纵向裂纹；5—网状和蜘蛛状裂纹；6—结晶器往复运动的振痕；7—气泡；8—保护渣型夹杂物⑴无渣出钢。

⑵采用无氧化浇注技术。

⑶充分发挥中间罐冶金净化器的作用。

⑷采用电磁搅拌技术，控制注流的运动。

⑸充分发挥结晶器的钢液净化器和铸坯表面质量控制器的作用。

⑹连铸系统选用耐火度高，融损小，高质量的耐火材料，以减少钢中外来夹杂物。

2 连铸坯的表面质量连铸坯表面质量的好坏决定了铸坯在热加工之前是否需要精整，也是影响金属收得率和成本的重要因素，还是铸坯热送和直接轧制的前提条件。

连铸坯表面缺陷形成的原因较为复杂，但总体来讲，主要是受结晶器内钢液凝固所控制。

表面缺陷分布如下图：2.1.1 纵向裂纹纵向裂纹在板坯多出现在宽面的中央部位，方坯多发生在棱角处。

表面纵裂纹直接影响钢材质量。

其实早在结晶器内坯壳表面就存在细小裂纹，铸坯进入二冷区后，微小裂纹继续扩展形成明显裂纹。

由于结晶器弯月面区初生坯壳厚度不均匀，其承受的应力超过了坯壳高温强度，在薄弱处产生应力集中致使纵向裂纹。

坯壳厚度不均匀还会使小方坯发生菱变，圆坯表面产生凹陷，这些均是形成纵裂纹的决定因素。

影响坯壳生长不均匀的原因很多，但关键仍然是弯月面初生坯壳生长的均匀性，为此应采用以下措施：⑴结晶器采用合理的倒锥度。

⑵选用性能良好的保护渣。

⑷根据所浇钢种确定合理的浇注温度及拉坯速度。

⑸保持结晶器液面稳定。

⑶钢的化学成分应控制在合适的范围。

⑹浸入式水口的出口倾角和插入深度要合适，安装要对中，以减轻注流对铸坯坯壳的冲刷，使其生长均匀，可防止纵裂纹的产生。

2.1.2 角部裂纹角部纵裂纹常常发生在铸坯角部10～15mm处，有的发生在棱角上，板坯的宽面与窄面交界棱角附近部位，由于角部是二维传热，因而结晶器角部钢水凝固速度较其他部位要快，初生坯壳收缩较早，形成了角部不均匀气隙，热阻增加，影响坯壳生长，其薄弱处承受不住应力作用而形成角部纵裂纹。

另外，还发现当板坯宽面出现鼓肚变形时，若铸坯窄面能随之呈微凹时，则无角部纵裂纹发生；这可能是由于窄面的凹下缓解了宽面凸起时对角部的拉应力。

小方坯的菱变会引起角部纵裂纹。

为此结晶器水缝内冷却水流分布要均匀，保持结晶器内腔的正规形状、正确尺寸、合理倒锥度和圆角半径及规范的操作工艺，可以避免角部裂纹的发生。

2.1.3 横向裂纹横向裂纹多出现铸坯的内弧侧振痕波谷处，通常是隐避看不见的。

经金相检查指出，。

当铸坯表面有星状龟裂纹时，由于受矫直应力的作用，以这些细小的裂纹为缺口扩展成横裂纹；若细小龟裂纹处于角部，则会形成角部横裂纹。

还有，浇注高碳钢和高磷硫钢时，若结晶器润滑不好，摩擦力稍有增加也会导致坯壳产生横裂纹。

减少横裂纹可从以下几方面着手：⑴结晶器采用高频率，小振幅振动；振动频率在200～400次，振幅2～4mm，是减少振痕深度的有效办法。

振痕与横裂纹往往是共生的，减小振痕深度可降低横裂纹的发生。

⑵二冷区采用平稳的弱冷却，矫直时铸坯的表面温度要高于质点沉淀温度或高于γ→α转变温度，避开低延性区。

⑶降低钢中S、O、N的含量，或加入Ti、Zr、Ca等元素，抑制C-N化物和硫化物在晶界的析出，或使C-N化物的质点变相，以改善奥氏体晶粒热延性。

⑷选用性能良好的保护渣；保持结晶器液面的稳定。

⑸横裂纹往往沿着铸坯表皮下粗大奥氏体晶界分布，因此可通过二次冷却使铸坯表面层奥氏体晶粒细化，降低对裂纹的敏感性，从而减少横裂纹的形成。

2.1.4 星状裂纹星状裂纹一般发生在晶间的细小裂纹，呈星状或呈网状。

通常是隐藏在氧化铁皮之下难于发现，经酸洗或喷丸后才出现在铸坯表面。

主要是由于铜向铸坯表面层晶界的渗透，或者有AlN，BN或硫化物在晶界沉淀，这都降低了晶界的强度，引起晶界的脆化，从而导致裂纹的形成。

减少铸坯表面星状裂纹的措施：⑴结晶器铜板表面应镀铬或镀镍，减少铜的渗透。

⑵精选原料，降低Cu、Zn等元素的原始含量，以控制钢中残余成分ω（Cu）＜0.20%。

⑶降低钢中硫含量，并控制ω（Mn）ω（S）＞40，有可能消除星状裂纹。

⑷控制钢中的Al、N含量；选择合适的二次冷却制度。

2.2 表面夹渣表面夹渣是指在铸坯表皮下2～10mm镶嵌有大块的渣子，因而也称皮下夹渣。

就其夹渣的组成来看，锰-硅酸盐系夹杂物的外观颗粒大而浅；Al2O3系夹杂物细小而深。

若不清除，会造成成品表面缺陷，增加制品的废品率。

夹渣的导热性低于钢，致使夹渣处坯壳生长缓慢，凝固壳薄弱，往往是拉漏的起因，一般渣子的熔点高易形成表面夹渣。

为消除铸坯表面夹渣，应该采取的措施为：⑴要尽量减小结晶器液面波动，最好控制在小于，保持液面稳定；⑵浸入式水口插入深度应控制在（125±25）mm的最佳位置；⑶浸入式水口出孔的倾角要选择得当，以出口流股不致搅动弯月面渣层为原则；⑷间罐塞棒的吹Ar气量要控制合适，防止气泡上浮时，对钢渣界面强烈搅动和翻动；⑸选用性能良好的保护渣，并且ω（Al2O3）原始含量应小于10%，同时控制一定厚度的液渣层。

2.3 皮下气泡与气孔在铸坯表皮以下，直径约1mm，长度在10mm左右，沿柱状晶生长方向分布的气泡称为皮下气泡；这些气泡若裸露于铸坯表面称其为表面气泡；小而密集的小孔叫皮下气孔，也叫皮下针孔；在加热炉内铸坯皮下气泡表面被氧化，轧制过程不能焊合，产品形成裂纹；若埋藏较深的气泡，也会使轧后产品形成细小裂纹；钢液中氧、氢含量高也是形成气泡的原因。

为此要采取以下措施：⑴强化脱氧，如钢中溶解ω（Al）＞0.008%，可以消除CO气泡的生成。

⑵凡是入炉的一切材料，与钢液直接触所有耐火材料，如盛钢桶、中间罐等及保护渣，覆盖剂等必须干燥，以减少氢的来源。

如不锈钢中含氢量大于6×10-6，铸坯的皮下气泡数量骤然大增。

⑶采用全程保护浇注，若用油作润滑剂时应控制合适的给油量。

⑷选用合适的精炼方式降低钢中气体含量。

⑸中间罐塞棒的吹气量不要过大，控制合适。

3 连铸坯内部质量铸坯的内部质量是指铸坯是否具有正确的凝固结构、偏析程度、内部裂纹、夹杂物含量及分布状况等。

如下图所示：内部缺陷1—角部裂纹；2—中间（柱状晶）区裂纹；3—中心裂纹；4—中心偏析；5—中心缩孔；6—簇状裂纹；7—非金属夹杂物；8—皮下偏析带；9—轴向裂纹（网状）；10—气泡钢液在凝固过程中，由于溶质元素在固液相中的再分配形成了铸坯化学成分的不均匀性，中心部位ω（C）、ω（P）、ω（S）含量明显高于其他部位，这就是中心偏析，中心偏析往往与中心疏松和缩孔相伴存在的，从而恶化了钢的力学性能，降低了钢的韧性和耐蚀性，严重的影响产品质量。

为减小铸坯的中心偏析，可采取以下措施：⑴降低钢中易偏析元素ω（P）、ω（S）的含量。

应采用铁水预处理工艺，或盛钢桶脱硫，将ω（S）量降到0.01%以下。

⑵控制低过热度的浇注，减小柱状晶带的宽度，从而达到控制铸坯的凝固结构。

⑶采用电磁搅拌技术，消除柱状晶“搭桥”，增大中心等轴晶区宽度，达到减轻或消除中心偏析，改善铸坯质量。

⑷防止铸坯发生鼓肚变形，为此二冷区夹辊要严格对弧；宽板坯的夹辊最好采用多节辊，避免夹辊变形。

⑸在铸坯的凝固末端采用轻压下技术，来补偿铸坯最后凝固的收缩，从而抑制残余钢水的流动，减轻或消除中心偏析。

⑹在铸坯的凝固末端设置强制冷却区。

可以防止鼓肚，增加中心等轴晶区，中心偏析大为减轻，效果不亚于轻压下技术。

强制冷却区长度与供水量可根据浇注需要进行调节。

4 连铸坯形状缺陷4.1 鼓肚变形带液心的铸坯在运行过程中，于两支撑辊之间，高温坯壳在钢液静压力作用下，发生鼓胀成凸面的现象，称之为鼓肚变形。

板坯宽面中心凸起的厚度与边缘厚度之差叫鼓肚量，用以衡量铸坯鼓肚变形程度。

高碳钢在浇铸大、小方坯时，于结晶器下口侧面有时也会产生鼓肚变形，同时还可能引起角部附近的皮下晶间裂纹。

板坯鼓肚会引起液相穴内富集溶质元素钢液的流动，从而加重铸坯的中心偏析；也有可能形成内部裂纹，给铸坯质量带来危害。

为减少鼓肚应采取以下措施：⑴降低连铸机的高度，也就是降低了液相穴高度，减小了钢液对坯壳的静压力；⑵二冷区夹辊采用小辊距密排列；铸机从上到下辊距应由密到疏布置；⑶支撑辊要严格对中；⑷加大二冷区冷却强度，以增加坯壳厚度和坯壳的高温强度；⑸防止支撑辊的变形，板坯的支撑辊最好选用多节辊。

4.2菱形变形菱形变形也叫脱方。

它是指铸坯的一对角小于90°另一对角大于90°；两对角线长度之差称为脱方量。

用两对角线长度之差与对角线平均长度之比的百分数来对角线平均长度衡量菱形变形程度。

铸坯发生菱形变形主要是由于结晶器四壁冷却不均匀，因而形成的坯壳厚度不均匀，引起收缩的不均匀，这一系列的不均匀导致了铸坯的菱形变形。

引起结晶器冷却不均匀的因素较多，如冷却水质的好坏、流速的大小、进出水温度差、结晶器的几何形状和锥度等都影响结晶器冷却的均匀性。