第五讲-连铸坯内部质量控制

第六讲连铸坯内部质量的控制

北京科技大学

课程主要内容

1.绪论

2.连铸技术的发展

3.凝固理论（形核、长大、凝固组织控制）

4.钢液的凝固原理（结晶器、二次冷却）

5.连铸坯表面质量控制

6.连铸坯内部质量控制

7.连铸新技术

主要内容

1 连铸坯中心缺陷概念

2 影响连铸坯中心缺陷形成因素

3 防止铸坯中心缺陷的对策

4 铸坯中心缺陷形成机理

5 结语

前言

从结晶器拉出来带有液芯的坯壳，在连铸机内边传热、边凝固、边运行而形成很长液相穴的铸坯（少则几米多则十几或二十几米），由于受凝固、传热、传质和工艺的限制，沿液相穴路径常常发生钢水补缩不好，在铸坯完全凝固后，沿铸坯轴向（拉坯方向）某些局部区域常常发现疏松、缩孔和偏析，常称为中心缺陷。

根据钢种和产品用途不同，对连铸坯中心缺陷有严格要求，板坯中心缺陷严重会引起中厚板横向性能尤其是冲击韧性不合格，管线钢抵抗，氢脆（HIC）裂纹能力恶化。对于中高碳大方坯轧制棒材或线材产品常常会因中心缺陷严重使大方坯低倍检验不合格而导致产品合格率降低。因此减轻铸坯中心缺陷至不使产品产生废品，这是提高连铸坯内部质量的一个重要任务。

1 连铸坯中心缺陷概念

1.1 铸坯中心缺陷形貌

沿铸坯横向或纵向轴线剖开经硫印或酸浸

后，可显示出低倍结构，（图1-1）沿铸坯纵

剖面中心轴线可发现：

y中心疏松

y中心缩孔

y中心偏析（宏观偏析，它与疏松缩孔伴

生）

y点状或V形偏析（半宏观偏析）

沿铸坯横剖面，则中心区有点状疏松或缩

孔。

图1-1 铸坯低倍形貌

1.2 铸坯中心缺陷评价

（1）宏观评级

零级相当于中心结构致密，5级为中心疏松尺寸大且连续。在高过热度浇铸时，约80%铸坯相当于1、2、3级，而20%铸坯相当于4、5级。

（3）化学元素分布

从铸坯横断面从内弧到外弧隔

一定距离钻样，分析C、Si、Mn、

S、P元素以表征铸坯表面至中心

的成分差异（图1-3）。

图1-3 铸坯横断面成分分布

从铸坯纵向轴线剖开沿中心线隔一定距离钻样，分析C、Si、Mn、S、P成分，以表征铸坯中心线区域成分差异（图1-4）

图1-4 铸坯中心成分分布

表1-1 铸坯偏析比

也可用SEM(Scanning Electron Microscope) 来描述铸坯或轧材试样上Mn偏析图谱，以表征微观偏析状况。

图1-5表示了高C钢（C＝0.8％）在相同工艺条件下，过热度7℃比31℃偏析有明显的改善。

图1-5 铸坯中Mn偏稀图谱

微观偏析：短程、枝晶尺度以内的成分不均匀性，可以通过高温扩散退火消除。

度以上的成分分离和不均

匀性，很难通过高温扩散

退火消除。晶粒度和生长

形态对宏观偏析程度有重

要影响。

1.3 铸坯中心缺陷危害

y铸坯轧制时中心区硫化物夹杂延伸使横向性能变坏（如断面收缩）；

y中心区硫化物夹杂延伸使板材冲击韧性下降，是造成断裂的主要原因；

y中心区偏析增加易形成低温转变产物以及硫化物造成管线钢氢致裂纹（HIC）；

y高碳钢铸坯中心C、Mn偏析，会发生碳化物和马氏体沉淀，使高碳硬线拉拔时会引起断裂；

y铸坯中心疏松和偏析会引起钢轨呈“S”型断裂。

y中心疏松、缩孔会使合金钢铸坯低倍检验不合格。

2 影响连铸坯中心缺陷形成因素2.1 铸坯厚度

原则上讲，铸坯越厚两相区宽度扩大，温度梯度减小，有利于生成等轴晶使中心偏析减轻。对于大方坯

为减轻或消除中心偏析，取宽/厚＝1.2～1.4为宜。据

统计世界上有18家钢厂用大方坯生产钢轨，宽/厚>1.3

有11家。然而铸坯越厚，矫直力增加使变形率增大，

铸坯产生表面和内部裂纹机率增加，故大方坯采用大

弧形半径（R=12～18m），这也有利液相穴夹杂物上

浮，消除铸坯内弧夹杂物集聚。

2.2 钢种

要求在铸坯凝固过程中抑制铸坯中柱状晶生长，而柱状晶生长主要决定于：

（1）钢中碳含量

中高碳钢两相区(TC—TS)宽，铸坯柱状晶较低C钢发达。

图2-1 含C量与平均收缩系数

图2-2 碳含量与柱状晶关系

C＝0.1％L→δ→r转变，气隙最大，柱状晶较短；

C＝0.6％L→γ无δ

Fe 生成，气隙最小，柱状晶发达；

C＝0.1～0.6％L+δ→γ，界于两者之间。

用EMS时：C＝0.1％时，中心等轴晶可由20％增加到40％，而C＝0.6％时则可由0％增加到40％。故使用EMS铸坯中心等轴晶区均可改善。

2.3 钢水过热度

众所周知，钢水过热度高带来的坏处：

y出结晶器坯壳薄易漏钢；

y限制拉速；

y有利于柱状晶生长，中心疏松缩孔加重；

y中心偏析严重；

y耐火材料浸蚀加重，钢中夹杂物增加。

从提高铸坯质量观点，尤其对要求高的铸坯内部质量产品，控制过热度尤为重要。

从理论上说，当钢水过热度等于零接近液相线温度凝固，铸坯中心等轴晶区可达60％以上，可消除中心疏松和偏析。

然而如果中间包钢水过热度太低，会影响钢水中夹杂物上浮和中间包水口冻结。因此对薄板用钢，过热度高一些（如30℃）；对中厚板中高碳钢过热度取低一些（如20～15℃）。