3-连铸坯中心缺陷的控制-冶金网.

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北京科技大学冶金与生态工程学院

蔡开科孙彦辉

2012.05

连铸坯中心缺陷的控制

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目录

前言

1. 连铸坯中心缺陷概念

2. 连铸坯凝固低倍结构

3. 铸坯中心缺陷评价

4. 连铸坯低倍结构控制

5. 连铸工艺优化

6. 连铸电磁搅拌技术

7. 连铸轻压下技术

结语

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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。

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1 连铸坯中心缺陷概念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。

内部缺陷包括：

z 中心疏松

z 中心缩孔

z 中心宏观偏析

z V 形偏析（半宏观偏析）

5这些缺陷会对轧制产品，尤其是对中厚板性能带

来危害：

制对铸坯中心硫化物夹杂物延伸使横向性能变坏； 板材冲击韧性下降造成钢材断裂；

中心偏析易形成低温转变产物(马氏体和硫化物)，造成管线钢氢致裂纹（HIC）；

高碳钢铸坯中心C、Mn偏析会发生碳化物和马氏体沉淀，引起抗拔脆断；

铸坯中心疏松和偏析会引起钢轨呈“S”型断裂； 中心疏松缩孔偏析会使合金钢铸坯低倍检验不合格。

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2. 连铸坯凝固低倍结构

2.1

铸坯低倍结构形成

图2-1 铸坯低倍结构

连铸坯低倍结构对产品质量有

重要影响。钢是树枝晶凝固。铸坯

的低倍结构呈树枝形状。如果从铸

坯上切取试样，用硫印或酸浸方法

在铸坯横断面或纵断面上就可显示

内部组织结构，如图2-1所示，铸坯

低倍结构由三带组成：

7图

2-2 铸坯低倍结构

（1）激冷层

钢水浇入水冷结晶器，在弯

月面区有高的温度梯度和快的冷却速度（>100℃/S ），提供

极大的过冷度，形成细小等轴晶。其厚度2-5mm 。

8图

2-3 铸坯低倍结构

（2）柱状晶区

从纵断面看，柱状晶并不是

完全垂直于铸坯表面而是向上倾

一定角度（约10度）这说明液相

穴有向上的液体流动。从横断面

看，树枝晶呈竹林状分布，由于

冷却的不均匀性柱状晶的发展是

不规则，有时形成穿晶结构。

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为什么会形成柱状晶结构呢？

结晶学上择优生长方向：铁晶

体生长的优先方向是<100>，当

<100>

方向垂直于等温面时，就给<100>方向晶体生长优先权而吞并

其他方向晶体发展为柱状晶（图2-

4）。图2-4 <100>方向柱状晶生长 单方向传热：结晶器水平方向散热最快。铸坯出结晶器，在二冷区接受喷水冷却，在表面与中心形成大的温度梯度散热最快。主轴垂直于铸坯表面的晶体以最大凝固速度生长形成了单方向柱状晶。

10（3）中心等轴晶区

在液相穴固液界面，由于钢液对流运动把树枝晶打断，一部分熔化加速了过热度消除，另一部分枝晶下沉到液相穴底部作为等轴晶核心，此时由逐渐结晶过渡到体积结晶，生长的柱状晶与沉积在液相穴底部等轴晶相连接柱状晶停止生长而形成等轴晶区。铸坯中心区等轴晶较粗大且呈不规则排列。有的甚至于无等轴晶而呈柱状晶穿晶结构（如不锈钢）。铸坯中心有不同程度的缩孔疏松和偏析。

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2.2 铸坯低倍结构模型

¾“小钢锭”(Mini-ingot)凝固模型

图2-5 mini-ingot 示意图

由于二冷区冷却的不均匀

性导致柱状晶不均匀生长，在

铸坯中心常出现每隔5-10cm 有

规则的“凝固桥”形成，并伴随

有疏松缩孔和中心宏观偏析的

宏观结构，叫”mini-ingot”结构。

如图2-5所示，它形成如下：

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¾“小钢锭”(Mini-ingot)

凝固模型

图2-6 mini-ingot 示意图z 柱状晶均匀生长

z 某些柱状晶优先生长

z 柱状晶搭接成“桥”

z 桥下钢液凝固产生缩孔

z

形成低倍结构

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¾

铸坯凝固中心流动模型

图2-7 铸坯中心结构形成示意图在铸坯纵断面中心等轴

晶区附近，在硫印图上还可

以观察到V 偏析区（尤其是高

碳钢），有时把这种偏析现

象叫半宏观偏析。如图2-7所

示，它的形成机理如下：