炼钢板坯质量及控制

≤A类 3.0 级 ≤3.0级 ≤2.5级 ≤3.0级
≤A类 2.0 级 ≤2.5级 ≤2.5级 ≤3.0级
≤B类3.0 级 ≤2.5级 ≤2.5级 ≤2.5级
≤B类 3.0 级 ≤2.0级 ≤2.5级 ≤2.5级
≤B类 3.0 级 ≤2.0级 ≤2.0级 ≤2.0级
≤B类 3.0 级 ≤2.0级 ≤2.0级 ≤2.0级
炼钢板坯质量及控制
冶金技术部
目
录
一、连铸板坯质量综述 二、板坯洁净度 三、板坯内部缺陷（硫印酸洗）及控制 四、板坯外部缺陷及控制 五、ERP炼钢生产质检管理系统
一、连铸坯质量综述
连铸坯的质量概念包括：铸坯洁净度(钢中非金属夹杂物数量， 类型，尺寸，分布,形态) ；铸坯表面缺陷(纵裂纹，横裂纹，星形 裂纹，夹渣)；铸坯内部缺陷(中间裂纹，角部裂纹，中心线裂纹， 疏松，缩孔，偏析) 。板坯形状缺陷（如鼓肚等）。连铸坯质量控 制是：铸坯洁净度决定于钢水进入结晶器之前的各工序；铸坯表面 质量决定于钢水在结晶器的凝固过程；铸坯内部质量决定于钢水在 二冷区的凝固过程。 提高连铸坯洁净度技术 (1) 连铸坯洁净度评价包括：钢总氧量T[O ]；钢中微观夹杂物( < 50μm) ； 钢中大颗粒夹杂物量( > 50μm) 。 (2) 连铸坯洁净度是一个系统工程。就连铸过程而言，要得到洁净 的连铸坯，其任务是： 炉外精炼获得的“干净”钢水，在连铸过程 中不再污染；连铸过程中应创造条件在中间包和结晶器中使夹杂物 进一步上浮去除。连铸过程钢水再污染，主要决定于钢水二次氧化、 钢水与环境(空气、渣、包衬) 相互作用、钢水流动的稳定性。 (3) 连铸过程控制钢洁净度对策：保护浇注；中间包冶金技术，钢 水流动控制； 防止下渣和卷渣技术；结晶器流动控制技术。
铸坯在凝固末期由于凝固前沿树枝晶搭 桥或由于铸坯鼓肚和凝固收缩使钢液产生宏 观流动，而形成铸坯中心疏松、缩孔和偏析。 如果此时钢水过热度过高，拉速与温度不匹 配，辊子开口度扩大，就可能扩大为断续性 的中心裂纹。裂纹附近夹杂物较多，主要是 硫化物沿晶界分布。
铸坯中心偏析有两种形成机理: a)“凝固桥”理论:铸坯凝固过程中凝固桥的形 成阻止了液体的补缩，形成中心缩孔和疏 松，导致中心偏析。 b) 鼓肚理论:铸坯凝固过程中坯壳的鼓胀，造 成树枝晶间富集溶质液体的流动，或者凝 固末期由于铸坯收缩使凝固末端富集溶质 液体流动，导致中心偏析。
的铸坯， 高温强度低， 受到侧面强烈冷却所产生的热应 力， 以及侧导辊位置不当或积渣产生的机械应力，铸坯 弧面冷却不良导致的鼓肚力和热应力， 铸坯弧面支撑和 夹持不良导致的鼓肚力和机械应力的作用，这些应力或 其总应力超过了铸坯高温强度时， 就会产生内部裂纹。 三角区内某一处或几处的应力超过高温强度时，都可能 导致三角区裂纹的形成。根据三角区裂纹的形成机理可 以得知，二次冷却不良是产生三角区裂纹的主要影响因 素，铸坯侧面受到强冷，弧面冷却不良，从而造成连铸 坯窄边或宽边的凹陷或凸起，在热应力的作用下使三角 区内的柱状晶开裂而形成裂纹。 其次，辊列异常也是影 响三角区裂纹的重要因素，铸机弧度差过大， 开口度不 当，夹辊弯曲，侧面辊位置不当，都将会导致三角区裂 纹的产生。
≤2.0级
≤2.0级
≤2.0级
≤1.5级
≤1.5 级
内部缺陷产生原因
1、内部裂纹产生原因综述
在发展连铸技术实施高效连铸的过程中，消除铸坯 内部缺陷，提高铸坯质量是一 个非常重要的课题。 高 质量的连铸坯包括铸坯的纯净度、表面质量和内部质量 3 个方面。 连铸板坯的质量不仅制约着连铸的生产效率， 而且也影响着轧机的生产率和钢板的产品质量。据统计， 在连铸坯的各种质量缺陷中，约1/ 2 为铸坯裂纹，铸坯 出现裂纹，重者会导致拉漏或者废品，轻者要进行精整 和改判。下面就板坯内部裂纹的形成原因和表现形式， 对板坯内部裂纹的形成原因与防止对策进行探讨。
三、板坯内部缺陷（硫印酸洗）及控制
标准：
1、试样
2、
（1）中心偏析
（2）中心疏松
（3）中间裂纹
（4）角裂
（5）三角区裂纹
（6）氧化铝夹杂
（7）针孔状气泡
（8）蜂窝状气泡
（9）硅酸盐夹杂
酸浸后的板坯中间部分低倍组织结构
酸浸后的板坯三角区低倍组织结构
铸坯硫印检验照片
金相检验内裂纹形貌
连铸板坯中心线裂ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ宏观组织图
连铸板坯中心线裂纹宏观组织图
连铸板坯中心裂纹及夹杂图
连铸板坯内部大型球状夹杂图
连铸板坯内部硫化物夹杂图
连铸板坯中心裂纹内夹杂物图
级数
项目 A级 B级 C级 D级 E级 F级 G级 H级 J级 K级
中心偏析
≤A类 3.0 级 ≤3.0级 ≤3.0级 ≤3.0级
提高铸坯表面质量的控制技术 铸坯表面质量好坏是热送热装和直接轧制的前提条件。 铸坯表面缺陷的产生主要决定于钢水在结晶器的凝固过程。 要消除铸坯表面缺陷，应采用以下技术：结晶器钢液面稳 定性控制；结晶器振动技术；结晶器内凝固坯壳生长均匀 性控制技术；结晶器钢液流动状况合理控制技术；结晶器 保护渣技术。 提高连铸坯内部质量的控制技术 连铸坯内部缺陷一般情况在轧制时能焊合消除，但严 重时会使中厚板力学性能恶化。铸坯内部缺陷的产生主要 决定带液芯的铸坯在二冷区的凝固过程。要消除铸坯内部 缺陷，可采用以下技术措施:低温浇注技术；铸坯均匀冷 却技术；防止铸坯鼓肚变形技术；轻压下技术；电磁搅拌 技术；凝固末端强冷技术；多点或连续矫直技术。
二、板坯洁净度
一般而言，钢的纯净度主要指与非金属夹杂物的数量、 类型、形貌、尺寸及分布等有关的信息。目前工业生产常 用的评价方法有化学分析法、标准图谱比较法,图像分析 仪分析法、电解萃取分析法。各种评价方法都从某一个侧 面反映了钢中非金属夹杂物的数量或其它属性，同时各种 方法都存在局限性。化学分析法主要是通过检测钢中非金 属夹杂物形成元素氧和硫的含量来估计非金属夹杂物的数 量。标准图谱比较法可以根据非金属夹杂物的形态来区分 夹杂物的类型。电解萃取法能检测到颗粒较大的非金属夹 杂物,配合其它分析手段可以得到氧化物、硫化物及其它 类型非金属夹杂物的数量。借助于图像分析仪还能检测出 非金属夹杂物的尺寸分布。不同性质的电解液对不稳定夹 杂物的萃取会产生影响。用这一方法检测出的非金属夹杂 物的尺寸分布,可以反映不同冶炼工艺的影响。
要减少铸坯发生裂纹的机率，就必须采取 措施使作用于铸坯上应力的总和达到最小程 度，因此必须保证有良好的铸机设备运行状 态。 措施： 1、减少对弧误差、开口度偏差、辊子磨损弯 曲变形量、控制辊子表面裂纹数量及大小。 2、加强对铸机的弯曲拉矫段特别加强检查和 维护。？
B、制钢的凝固冶金行为，减少铸坯中心疏 松、缩孔和偏析。
2、检验方法
根据YB/ T4003 - 1997 关于连铸板坯截面酸浸和 硫印检验方法，在板坯截面的头部和中间各截 取50mm ×400mm左右的试块，将其表面加工成 粗糙度为Ra018μm的试样，进行硫印和酸浸的低倍 检验，以显示板坯的内部裂纹。具体检验方法是:首 先将加工好的试样进行硫印检验1把相纸在w (H2SO4) = 5 %的稀硫酸中浸泡5 min ，然后将其覆 盖在加工好的板坯试样表面3 min ，以使钢中的硫 与硫酸充分反应,将相纸冲洗后，进行定影处理和烘 干。然后，将硫印后的试样进行热酸浸检验。
a) 辊子对中不良的鼓肚 b) 支撑辊间反复鼓肚 铸坯凝固壳变形示意图
凝固时树枝晶间富集溶质残余母液的流动是造成中心偏析 的主要原因。为减少中心疏松、缩孔和偏析，一是抑制柱 状晶生长，扩大铸坯中心等轴晶区，二是抑制液相穴末端 富集溶质的残余钢液的流动。 措施： a) 控制钢水过热度,抑制铸坯中柱状晶生长，而扩大铸坯中心 等轴晶区。 钢水温度高会引起铸坯柱状晶发达,柱状晶使材料呈各相 异性，使裂纹容易扩展,而且容易出现“搭桥”现象。因此 必须抑制铸坯中柱状晶生长而扩大铸坯中心等轴晶区。铸 坯中柱状晶和等轴晶区的相对大小主要决定于浇注温度,浇 注温度高,柱状晶区就宽。因此在接近钢种的液相线温度浇 注是扩大等轴晶区最有效的手段。同时钢水温度高，钢中 气体、夹杂也较高,铸坯收缩量较大，相同冷却强度时坯壳 更薄,坯壳高温力学强度相对较低。另外，钢水温度高时拉 速较低，从而导致铸机夹辊弯曲、变形或损坏。因此控制 钢水过热度有利于减少板坯中心裂纹，最理想的钢水过热 度是10～20 ℃。
连铸板坯中心裂纹产生示意图
在连铸板坯凝固过程中，裂纹形成的原 因是极其复杂的，钢水在结晶器以下的凝 固过程决定了铸坯内部的致密程度和质量。 影响板坯裂纹形成的工艺因素有以下几个 方面: (1) 铸坯的断面尺寸； (2) 结晶器的结构和表面状态； (3) 浇注钢种的化学成分； (4) 冶炼工艺条件； (5) 浸入式水口的形状，保护渣的特性、耗量、 渣层厚度； (6) 铸机浇铸条件等。
b) 控制钢水硫、磷、碳含量及提高锰硫比。 P 是裂纹敏感性元素, P 含量的增加将显著增加P 在枝晶间 的富集,枝晶间的偏析增加,容易产生裂纹。S 易形成低熔 点FeS ,它分布在晶界,引起晶间脆性,成为裂纹扩展的路径。 而锰硫比高,有足够的Mn 与S 结合,生成MnS , MnS 以棒 状形式分散在奥氏体基体中,而不易形成裂纹。因此必须 控制钢水中硫、磷含量并提高锰硫比。一般要求钢水中硫、 磷含量≤0. 020 % ,锰硫比>30 。Q235A 钢水中S、P 含量 与中心裂纹的相关性如下表。
≤B类 2.0 级 ≤2.0级 ≤2.0级 ≤2.0级
≤C类 3.0 级 ≤2.0级 ≤1.5级 ≤2.0级
≤C类 3. 0 级
≤1.5 级 ≤1.5 级 ≤1.5 级 ≤1.5 级 ≤1.5 级 ≤0.5 级
中心疏松 角裂 三角区裂 纹
夹杂
针孔气泡 蜂窝气泡 等轴晶率 中间裂纹
≤3.0级
≤3.0级 ≤0.5级
根据板坯内部裂纹的表现形式， 可以将其分为中 间裂纹、角裂纹、三角区裂纹和中心裂纹4 种形式。 铸坯在连铸机内运行凝固时，从1 个喷水区进入另外 1 个喷水区，或者进入喷水不均匀的区域时，中心热 量向外传递使坯壳温度回升，坯壳受热膨胀，在凝固 前沿受张应力。坯壳温度回升越大,则凝固前沿受的张 应力也越大，当应力超过钢的高温允许强度时就会产 生裂纹，裂纹吸收树枝晶间富集溶质的液体而形成偏 析线。这种裂纹一般位于铸坯表面与中心线之间，在 铸坯厚度的1/ 4 处，称为中间裂纹。在连铸板坯的 常见内部裂纹中，三角区裂纹出现的几率最高，对板 坯质量影响较大。出结晶器不久的铸坯，在离铸坯两 侧表面约150 mm 的三角区内, 刚凝固或内部未全部 凝固
连铸板坯产生内裂纹原因示意图
减少中心线裂纹的措施
A、 控制铸机设备运行状态，提高铸坯高温力学强 度。 • 钢的高温力学性能与铸坯裂纹有直接关系。铸 坯凝固过程固—液界面所承受的应力(如热应力、鼓 肚力、矫直力等) 和由此产生的塑性变形超过了所允 许的高温强度和临界应变值，则形成树枝状晶间裂 纹，柱状晶越发达，则越有利于裂纹的扩展。生产 实践中发现，随着浇注量的增加，夹辊磨损、变形， 裂纹从无到有，并随时间的推移逐渐增加，加之此 时铸坯液腔甚小，鼓肚之后钢水补缩不易，极易导 致中心裂纹。
把试样置于1∶1 的盐酸水溶液槽中，利用蒸 汽对其进行加热，加热20 min 后，利用热水 对其表面进行冲刷和吹干处理。 最后，在硫 印和酸浸的共同检验基础上，对照评级图谱 进行低倍检验的综合评级。
3、内裂纹产生原因分析
（1）中心线裂纹 •铸坯中心裂纹在轧制中不能焊合，轧制成的钢板其 断面上会出现严重的分层缺陷，或在钢卷或薄板的 表面呈中间波浪形缺陷,有的在轧制中还会发生断带 事故，这给成品材的轧制和使用带来严重威胁。 •铸坯裂纹的形成是一个非常复杂的过程。是传热、 传质和应力的相互作用结果。带液芯的高温铸坯在 连铸机内运行过程中，各种力的作用是产生裂纹的 外因，而钢对裂纹敏感性是产生裂纹的内因。铸坯 是否产生裂纹决定于钢高温力学性能、凝固冶金行 为和铸机设备运行状态；而板坯中心裂纹主要是由 于凝固末端铸坯鼓肚变形或凝固末端的铸坯中心偏 析、中心凝固收缩产生的。
≤2.5级
≤2.5级 ≤0.5级
≤2.5级
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