连铸坯表面裂纹形成及防止研究
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连铸坯表面裂纹 形成及防止
宋晔
内容
1 2 3 4 5 前言 铸坯表面纵裂纹 铸坯表面横裂纹 铸坯表面星形裂纹 结论
1.前言
连铸坯质量概念： ◆ 铸坯洁净度（夹杂物数量、类型、尺寸、 分布） ◆ 铸坯表面质量（表面裂纹、夹渣、气孔） ◆ 铸坯内部质量（内部裂纹、夹杂物，中 心疏松、缩孔、偏析） ◆ 铸坯形状缺陷（鼓肚、脱方）
1.前言
铸坯裂纹是影响连铸机产量和铸坯 质量的主要缺陷。据统计铸坯各类缺 陷中的50％为裂纹。铸坯出现裂纹， 重者会导致漏钢和废品，轻者需进行 精整。
2 铸坯表面纵裂纹
2.1 板坯表面纵裂纹特征 表面纵裂纹可能发生在板坯宽面中心区域或宽面到 棱边的任一位置产生。图 2 － 1 为板坯宽面中心区域的 纵 裂 纹 和 纵 裂 纹 的 显 微 形 貌 。 以 250×1200mm （C=0.08%）板坯为例： 细小纵裂纹：宽度1-2mm，深度3-4mm，长100mm左 右。 宽大纵裂纹：宽度10-20mm，深度20-30mm，长度有 几米，严重时会贯穿板坯而报废
图2-4 拉速对纵裂纹的影响
2 铸坯表面纵裂纹
（3） 保护渣 液渣层厚度<10mm，纵裂纹增加（图2-5）。
图2-5 液渣层厚度对纵裂纹的影响
2 铸坯表面纵裂纹
（4） 结晶器液面波动 液面波动<±5mm，纵裂纹最少（图2-6）；
图2-6 结晶器液面波动对纵裂纹的影响
2W (T1 T2 ) W
4 铸坯表面星形裂纹
4.3 防止星形裂纹措施 （1）Cu-Ag, Cr-Zr-Cu结晶器铜板+镀Ni或镀Cr。 （2）针对钢成分对裂纹的敏感性，将C，S，Mn/S， N 含量控制在合理范围。 （3）浇注工艺参数的优化，合适的浇注温度，拉速， 二冷水量。 （4）合适的保护渣性能。 （5）连铸机设备状况（与防纵横裂纹措施相同）。
这些力的的综合作用在坯壳上，当张应力超过钢的高温允许的 强度，则就在坯壳薄弱处萌生裂纹，出结晶器后在二冷区继续扩展。
2 铸坯表面纵裂纹
在结晶器弯月面区坯壳厚度生长不均匀的主要原 因是： （1）包晶相变（L+δ→γ）收缩特征，气隙过早形成， 导致坯壳生长不均匀。 （2）工艺因素影响结晶的坯壳生长不均匀。 显然要防止产生纵裂纹，就是要使结晶的弯月面初 生坯壳厚度均匀，避免坯壳产生应力梯度。要做到这点， 对于包晶相变的收缩特征是由Fe-C相图决定的，人为 无法改变，而重要的是准确控制影响结晶的初生坯壳生 长的工艺因素，来防止产生纵裂纹。
图3-1 振痕深度与横裂纹产生几率的关系
3 铸坯表面横裂纹
图3-2 振动频率与振痕深度的关系
3 铸坯表面横裂纹
图3-3 结晶器液面波动与角裂发生率的关系
（3） 结晶器液面波动 结晶器液面波动增加，横裂纹加重（图3-3）。
3 铸坯表面横裂纹
（4） 合适二冷强度 调整二冷水分布， 在矫直前铸坯温度 >900℃，避开脆性区 （图3-4）； 合适二冷水量并降 低铸坯横向中心与边 部温度差，尤其是避 免角部温度过低。
2 铸坯表面纵裂纹
图2-1 板坯表面纵裂纹形貌
2 铸坯表面纵裂纹
2.2 表面纵裂纹产生的原因 ◆ 板坯横断面低倍检验指出，纵裂纹起源于激冷层薄弱处（约23mm）。 ◆ 结晶器的模拟试验指出，纵裂纹起源于结晶的弯月面区（几十毫 米到150mm）周边坯壳厚度薄弱处。这说明纵裂纹起源于结晶 器 的弯月面区初生凝固壳厚度的不均匀性。由于受力的作用： （1）板坯凝固壳四周温度不均匀而产生的收缩力。 （2）板坯收缩由钢水静压力产生的鼓胀力。 （3）宽度收缩受侧面约束产生的弯曲应力。
2 铸坯表面百度文库裂纹
综合分析表明纵裂纹有以下特征： （1） 产生纵裂纹的表面常伴有凹陷（depression），纵 裂纹的严重性与表面凹陷相对应。 （2） 裂纹沿树枝晶干方向扩展。 （3） 裂纹内发现有硅、钙、铝等元素的夹杂物。 （4） 在裂纹周围发现有P，S，Mn的偏析 （5） 在裂纹边缘出现有一定的脱碳层，说明裂纹是在高 温下形成扩展的。
图4-1 铸坯表面的网状裂纹
4 铸坯表面星形裂纹
4.2铸坯表面星形裂纹产生原因 铸坯表面星形裂纹沿一次晶界分布，裂纹边界有脱C现象，说明 是在结晶器内高温下（1400°C）坯壳奥氏体转变之前形成的。 对于铸坯表面星状裂纹形成的原因，有不同的观点，大致有以下 看法： （1） 铜渗透和铜富集 铜渗透 结晶器下部。铜板渣层破裂，发生固/固摩擦接触，Cu局部粘附 在坯壳上，Cu熔点是1040℃，Cu熔化沿奥氏体晶界渗透， 晶界 破坯而失去塑性，产生热脆现象。在裂纹里发现有铜 （Cu=1.6%），也证明了这点。 铜富集 钢中含有Cu=0.05～0.2%，高温铸坯由于Fe氧化，在FeO皮下 形成含Cu的富集相 (70% Cu，15%Ni，10%Sn，5% Fe)熔点低， 形成液相沿晶界穿行，在高温时(1100～1200℃)具有最大的裂纹 敏感性。
浸入式水口对中，防止偏流 合理的浸入式水口设计（合适的出口直径，倾角） 合适的水口插入深度 合适的频率和振幅
（3） 结晶器振动
2 铸坯表面纵裂纹
（4） 出结晶器铸坯运行 二次冷却均匀性 （5） 调整钢水成分 钢中碳含量避开包晶区，C向下线或上线控制 钢中S<0.015% 残余元素Cu、As、Zn控制<0.1%
4 铸坯表面星形裂纹
4 铸坯表面星形裂纹 4.1铸坯表面星形（网状）裂纹特征 裂纹位于铸坯表面被FeO覆盖，经酸洗后才能发现。 表面裂纹分布无方向性，形貌呈网状（图4-1），裂纹 深度可达1-4mm，有的甚至达20mm。 金相观察表明，裂纹沿初生奥氏体晶界扩展。裂纹中充 满FeO，轧制成品板材表面裂纹走向不规则，成弥散分 布，细若发丝，深度很浅，最深 达1.1mm。必须进行 人工修复。
3 铸坯表面横裂纹
3.3影响产生横裂纹因素
（1） 钢成分 C＝0.10～0.15%，坯壳厚度不均 匀性强，振痕深，表面易产生凹陷 或横裂纹；生产实践表明，C＝ 0.15～0.18%或0.15～0.20%时， 振痕浅了，铸坯边部横裂减少； 降低钢中[N]，防止氮化物沉淀； （2） 结晶器振动特点 振痕深度增加，横裂纹增加（图31）； 振动频率f增加,振痕变浅，横裂纹 减少（图3-2）；
图3-4 矫直温度与横裂纹关系
3 铸坯表面横裂纹
3.4 防止横裂纹措施 （1） 采用高频率,小振幅结晶器振动
为防止横裂纹,就要减浅振痕,则必须降低,要 降低,则必须采用高频率 (100~400min-1),小振幅 (±5mm)的结晶器振动机构。 （2） 合适的二次冷却水量 根据钢种不同,二冷配水量分布应使铸坯表面 温度分布均匀,应尽量减少铸坯表面和边部温度差。 采用动态二冷配水模型。 （3） 合适铸坯轿直温度，以避开脆性区。
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人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
3 铸坯表面横裂纹
3.2横裂纹产生原因 （1） 横裂纹产生于结晶器初始坯壳形成振痕的 波谷处，振痕越深，则横裂纹越严重，在波谷 处，由于： －奥氏体晶界析出沉淀物,产生晶间断裂 －沿振痕波谷S、P元素呈正偏析，降低了钢高 温强度。 这样，振痕波谷处，奥氏体晶界脆性增大，为裂 纹产生提供了条件。
3 铸坯表面横裂纹
3 铸坯表面横裂纹 3.1表面横裂纹特征
横裂纹可位于铸坯面部或棱边 横裂纹与振痕共生，深度2～4mm，可达7mm，裂纹深处生成 FeO。不易剥落，热轧板表面出现条状裂纹。振痕深，柱状晶 异常，形成元素的偏析层，轧制板上留下花纹状缺陷。 铸坯横裂纹常常被FeO覆盖，只有经过酸洗后，才能发现。
2 铸坯表面纵裂纹
2.3 影响表面纵裂纹产生的因素
（1） 钢水成分
◆ [S]>0.015%，纵裂纹增加（图2-2）；
◆ [C]=0.12～0.15%，纵裂纹产生严重（图2-3）
图2-2 钢中[S]与裂纹指数的关系
2 铸坯表面纵裂纹
图2-3 含碳量对板坯宽面纵裂纹的影响
2 铸坯表面纵裂纹
（2） 拉速 拉速增加，纵裂纹指数增加（图2-4）；
2 铸坯表面纵裂纹
2.4. 防止表面纵裂纹措施
防止纵裂纹产生的根本措施，就是使结晶器弯月 面区 域坯壳生长厚度均匀。 （1） 结晶器初始坯壳均匀生长 合适结晶器锥度
调节结晶器水量和进出水温度，控制结晶器弯 月面铜板温度为恒定值。
2 铸坯表面纵裂纹
（2） 结晶器钢水流动的合理性
液面波动±3～±5mm
5．结论
（1）连铸坯产生裂纹主要决定于: 钢成分对裂纹敏感性、 浇注工艺条件、连铸机设备状况。 （2）带液芯连铸坯在连铸机内运行过程中受外力作用是 坯壳产生裂纹的外因,钢的高温力学行为是产生裂纹 的内因,而设备、工艺因素是产生裂纹的条件。 （3）根据所浇钢种,对连铸机设备的调整应符合钢凝固收 缩规律,使其坯壳不受变形为原则,对工艺参数的优化, 使其得到合理的铸坯凝固结构。这样使连铸坯不产 生裂纹或控制裂纹不足以造成废品的所允许的范围 内。
4 铸坯表面星形裂纹
（2） 表面凹陷和不规则褶皱（振痕） 板坯表面有凹陷和不规则振痕，清理后，发现有的分布 细小裂纹，裂纹深度2mm，发现含有Si﹑Al﹑Ca﹑Na的 氧化物。在轧材表面会遗传有像头发丝细小裂纹，有时还 会发现有Al2O3、SiO2、Na﹑K类似于保护渣。 （3） 晶间硫化物脆性 树枝晶间富集S→奥氏体晶界富集有（Fe,Mn）S(Mn 2829%,Fe34-35%,S 36%), 熔点980-1000℃，晶界形成硫 化物液体薄膜， 在外力作用下形成网状裂纹。
宋晔
内容
1 2 3 4 5 前言 铸坯表面纵裂纹 铸坯表面横裂纹 铸坯表面星形裂纹 结论
1.前言
连铸坯质量概念： ◆ 铸坯洁净度（夹杂物数量、类型、尺寸、 分布） ◆ 铸坯表面质量（表面裂纹、夹渣、气孔） ◆ 铸坯内部质量（内部裂纹、夹杂物，中 心疏松、缩孔、偏析） ◆ 铸坯形状缺陷（鼓肚、脱方）
1.前言
铸坯裂纹是影响连铸机产量和铸坯 质量的主要缺陷。据统计铸坯各类缺 陷中的50％为裂纹。铸坯出现裂纹， 重者会导致漏钢和废品，轻者需进行 精整。
2 铸坯表面纵裂纹
2.1 板坯表面纵裂纹特征 表面纵裂纹可能发生在板坯宽面中心区域或宽面到 棱边的任一位置产生。图 2 － 1 为板坯宽面中心区域的 纵 裂 纹 和 纵 裂 纹 的 显 微 形 貌 。 以 250×1200mm （C=0.08%）板坯为例： 细小纵裂纹：宽度1-2mm，深度3-4mm，长100mm左 右。 宽大纵裂纹：宽度10-20mm，深度20-30mm，长度有 几米，严重时会贯穿板坯而报废
图2-4 拉速对纵裂纹的影响
2 铸坯表面纵裂纹
（3） 保护渣 液渣层厚度<10mm，纵裂纹增加（图2-5）。
图2-5 液渣层厚度对纵裂纹的影响
2 铸坯表面纵裂纹
（4） 结晶器液面波动 液面波动<±5mm，纵裂纹最少（图2-6）；
图2-6 结晶器液面波动对纵裂纹的影响
2W (T1 T2 ) W
4 铸坯表面星形裂纹
4.3 防止星形裂纹措施 （1）Cu-Ag, Cr-Zr-Cu结晶器铜板+镀Ni或镀Cr。 （2）针对钢成分对裂纹的敏感性，将C，S，Mn/S， N 含量控制在合理范围。 （3）浇注工艺参数的优化，合适的浇注温度，拉速， 二冷水量。 （4）合适的保护渣性能。 （5）连铸机设备状况（与防纵横裂纹措施相同）。
这些力的的综合作用在坯壳上，当张应力超过钢的高温允许的 强度，则就在坯壳薄弱处萌生裂纹，出结晶器后在二冷区继续扩展。
2 铸坯表面纵裂纹
在结晶器弯月面区坯壳厚度生长不均匀的主要原 因是： （1）包晶相变（L+δ→γ）收缩特征，气隙过早形成， 导致坯壳生长不均匀。 （2）工艺因素影响结晶的坯壳生长不均匀。 显然要防止产生纵裂纹，就是要使结晶的弯月面初 生坯壳厚度均匀，避免坯壳产生应力梯度。要做到这点， 对于包晶相变的收缩特征是由Fe-C相图决定的，人为 无法改变，而重要的是准确控制影响结晶的初生坯壳生 长的工艺因素，来防止产生纵裂纹。
图3-1 振痕深度与横裂纹产生几率的关系
3 铸坯表面横裂纹
图3-2 振动频率与振痕深度的关系
3 铸坯表面横裂纹
图3-3 结晶器液面波动与角裂发生率的关系
（3） 结晶器液面波动 结晶器液面波动增加，横裂纹加重（图3-3）。
3 铸坯表面横裂纹
（4） 合适二冷强度 调整二冷水分布， 在矫直前铸坯温度 >900℃，避开脆性区 （图3-4）； 合适二冷水量并降 低铸坯横向中心与边 部温度差，尤其是避 免角部温度过低。
2 铸坯表面纵裂纹
图2-1 板坯表面纵裂纹形貌
2 铸坯表面纵裂纹
2.2 表面纵裂纹产生的原因 ◆ 板坯横断面低倍检验指出，纵裂纹起源于激冷层薄弱处（约23mm）。 ◆ 结晶器的模拟试验指出，纵裂纹起源于结晶的弯月面区（几十毫 米到150mm）周边坯壳厚度薄弱处。这说明纵裂纹起源于结晶 器 的弯月面区初生凝固壳厚度的不均匀性。由于受力的作用： （1）板坯凝固壳四周温度不均匀而产生的收缩力。 （2）板坯收缩由钢水静压力产生的鼓胀力。 （3）宽度收缩受侧面约束产生的弯曲应力。
2 铸坯表面百度文库裂纹
综合分析表明纵裂纹有以下特征： （1） 产生纵裂纹的表面常伴有凹陷（depression），纵 裂纹的严重性与表面凹陷相对应。 （2） 裂纹沿树枝晶干方向扩展。 （3） 裂纹内发现有硅、钙、铝等元素的夹杂物。 （4） 在裂纹周围发现有P，S，Mn的偏析 （5） 在裂纹边缘出现有一定的脱碳层，说明裂纹是在高 温下形成扩展的。
图4-1 铸坯表面的网状裂纹
4 铸坯表面星形裂纹
4.2铸坯表面星形裂纹产生原因 铸坯表面星形裂纹沿一次晶界分布，裂纹边界有脱C现象，说明 是在结晶器内高温下（1400°C）坯壳奥氏体转变之前形成的。 对于铸坯表面星状裂纹形成的原因，有不同的观点，大致有以下 看法： （1） 铜渗透和铜富集 铜渗透 结晶器下部。铜板渣层破裂，发生固/固摩擦接触，Cu局部粘附 在坯壳上，Cu熔点是1040℃，Cu熔化沿奥氏体晶界渗透， 晶界 破坯而失去塑性，产生热脆现象。在裂纹里发现有铜 （Cu=1.6%），也证明了这点。 铜富集 钢中含有Cu=0.05～0.2%，高温铸坯由于Fe氧化，在FeO皮下 形成含Cu的富集相 (70% Cu，15%Ni，10%Sn，5% Fe)熔点低， 形成液相沿晶界穿行，在高温时(1100～1200℃)具有最大的裂纹 敏感性。
浸入式水口对中，防止偏流 合理的浸入式水口设计（合适的出口直径，倾角） 合适的水口插入深度 合适的频率和振幅
（3） 结晶器振动
2 铸坯表面纵裂纹
（4） 出结晶器铸坯运行 二次冷却均匀性 （5） 调整钢水成分 钢中碳含量避开包晶区，C向下线或上线控制 钢中S<0.015% 残余元素Cu、As、Zn控制<0.1%
4 铸坯表面星形裂纹
4 铸坯表面星形裂纹 4.1铸坯表面星形（网状）裂纹特征 裂纹位于铸坯表面被FeO覆盖，经酸洗后才能发现。 表面裂纹分布无方向性，形貌呈网状（图4-1），裂纹 深度可达1-4mm，有的甚至达20mm。 金相观察表明，裂纹沿初生奥氏体晶界扩展。裂纹中充 满FeO，轧制成品板材表面裂纹走向不规则，成弥散分 布，细若发丝，深度很浅，最深 达1.1mm。必须进行 人工修复。
3 铸坯表面横裂纹
3.3影响产生横裂纹因素
（1） 钢成分 C＝0.10～0.15%，坯壳厚度不均 匀性强，振痕深，表面易产生凹陷 或横裂纹；生产实践表明，C＝ 0.15～0.18%或0.15～0.20%时， 振痕浅了，铸坯边部横裂减少； 降低钢中[N]，防止氮化物沉淀； （2） 结晶器振动特点 振痕深度增加，横裂纹增加（图31）； 振动频率f增加,振痕变浅，横裂纹 减少（图3-2）；
图3-4 矫直温度与横裂纹关系
3 铸坯表面横裂纹
3.4 防止横裂纹措施 （1） 采用高频率,小振幅结晶器振动
为防止横裂纹,就要减浅振痕,则必须降低,要 降低,则必须采用高频率 (100~400min-1),小振幅 (±5mm)的结晶器振动机构。 （2） 合适的二次冷却水量 根据钢种不同,二冷配水量分布应使铸坯表面 温度分布均匀,应尽量减少铸坯表面和边部温度差。 采用动态二冷配水模型。 （3） 合适铸坯轿直温度，以避开脆性区。
thank you for your attention
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
3 铸坯表面横裂纹
3.2横裂纹产生原因 （1） 横裂纹产生于结晶器初始坯壳形成振痕的 波谷处，振痕越深，则横裂纹越严重，在波谷 处，由于： －奥氏体晶界析出沉淀物,产生晶间断裂 －沿振痕波谷S、P元素呈正偏析，降低了钢高 温强度。 这样，振痕波谷处，奥氏体晶界脆性增大，为裂 纹产生提供了条件。
3 铸坯表面横裂纹
3 铸坯表面横裂纹 3.1表面横裂纹特征
横裂纹可位于铸坯面部或棱边 横裂纹与振痕共生，深度2～4mm，可达7mm，裂纹深处生成 FeO。不易剥落，热轧板表面出现条状裂纹。振痕深，柱状晶 异常，形成元素的偏析层，轧制板上留下花纹状缺陷。 铸坯横裂纹常常被FeO覆盖，只有经过酸洗后，才能发现。
2 铸坯表面纵裂纹
2.3 影响表面纵裂纹产生的因素
（1） 钢水成分
◆ [S]>0.015%，纵裂纹增加（图2-2）；
◆ [C]=0.12～0.15%，纵裂纹产生严重（图2-3）
图2-2 钢中[S]与裂纹指数的关系
2 铸坯表面纵裂纹
图2-3 含碳量对板坯宽面纵裂纹的影响
2 铸坯表面纵裂纹
（2） 拉速 拉速增加，纵裂纹指数增加（图2-4）；
2 铸坯表面纵裂纹
2.4. 防止表面纵裂纹措施
防止纵裂纹产生的根本措施，就是使结晶器弯月 面区 域坯壳生长厚度均匀。 （1） 结晶器初始坯壳均匀生长 合适结晶器锥度
调节结晶器水量和进出水温度，控制结晶器弯 月面铜板温度为恒定值。
2 铸坯表面纵裂纹
（2） 结晶器钢水流动的合理性
液面波动±3～±5mm
5．结论
（1）连铸坯产生裂纹主要决定于: 钢成分对裂纹敏感性、 浇注工艺条件、连铸机设备状况。 （2）带液芯连铸坯在连铸机内运行过程中受外力作用是 坯壳产生裂纹的外因,钢的高温力学行为是产生裂纹 的内因,而设备、工艺因素是产生裂纹的条件。 （3）根据所浇钢种,对连铸机设备的调整应符合钢凝固收 缩规律,使其坯壳不受变形为原则,对工艺参数的优化, 使其得到合理的铸坯凝固结构。这样使连铸坯不产 生裂纹或控制裂纹不足以造成废品的所允许的范围 内。
4 铸坯表面星形裂纹
（2） 表面凹陷和不规则褶皱（振痕） 板坯表面有凹陷和不规则振痕，清理后，发现有的分布 细小裂纹，裂纹深度2mm，发现含有Si﹑Al﹑Ca﹑Na的 氧化物。在轧材表面会遗传有像头发丝细小裂纹，有时还 会发现有Al2O3、SiO2、Na﹑K类似于保护渣。 （3） 晶间硫化物脆性 树枝晶间富集S→奥氏体晶界富集有（Fe,Mn）S(Mn 2829%,Fe34-35%,S 36%), 熔点980-1000℃，晶界形成硫 化物液体薄膜， 在外力作用下形成网状裂纹。