连铸坯表面裂纹形成及防止(理化中心)

带液芯的铸坯在连铸机内运行和凝固过程中为什么会产 生裂纹，这是一个复杂的问题。当外力作用于带液芯的 坯壳上，究竟是否产生裂纹决定于钢的高温力学行为、 凝固的冶金行为和铸机设备运行状态。就裂纹而言，可 分为铸坯表面裂纹和铸坯内部裂纹两类
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铸坯常见表面质量缺陷
1. 横向角部裂纹； 2. 纵向角部裂纹； 3. 横向裂纹； 4. 纵向裂纹； 5. 星形裂纹； 6. 深振痕； 7. 针孔； 8. 宏观夹杂；
图 铸坯表面的网状裂纹
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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℃）坯壳奥氏体转变之前形成的。
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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：一是奥氏体晶界析出沉淀物 （AlN，Nb(CN)），产生晶间断裂（如下图）； 二是沿振痕波谷 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。
（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） 合适保护渣性 保护渣用量和粘度,既要满足减浅振痕,又要防止坯壳粘结。
（4） 合适铸坯轿直温度，以避开脆性区。
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（5） 矫直辊水平度管理（如图所示） 矫直辊水平度异常时，铸坯矫直应变比正常大（正常＝1.19％，
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2.铸坯工艺流程
缺陷的控制策略图
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r 5.43102 M M
式中 M 钢水表面张力
M 钢水密度
钢水与铜壁弯月面的形成
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1. 原渣层； 2. 烧结层； 3. 半溶融层； 4. 液渣层； 5. 钢液； 6. 凝固坯壳； 7. 渣圈； 8. 玻璃质渣膜；9. 结晶质渣膜；10. 结晶器
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结晶器内钢水凝固 俯视图
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பைடு நூலகம்
1. 柱状晶生长； 2. 某些柱状晶生长加
快； 3. 凝固桥形成； 4. 小钢锭凝固，缩孔
形成； 5. 实际的低倍结构
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第二部分： 铸坯常见质量缺陷
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、废品、质量异议，轻者需进行精整。
拉速对纵裂纹的影响
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拉速对渣膜厚度的影响
（3） 保护渣 液渣层厚度<10mm，纵裂纹增加。 高凝固温度和高结晶器温度的保护渣，减少结晶器弯月面传热可 使纵裂发生率减少50%。
液渣层厚度对纵裂纹的影响
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2.2 表面横裂纹产生的来源
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，振痕深，柱状晶异常，形成元素的偏析层 铸坯横裂纹常 常被FeO覆盖，只有经过酸洗后，才能发现。
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2.1 表面纵裂纹产生的来源
1. 铸坯横断面低倍检验指出，纵裂纹起源于激冷层薄弱处（约23mm）。 2. 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）铸坯凝固壳四周温度不均匀而产生的收缩力。 （2）铸坯收缩由钢水静压力产生的鼓胀力。 3. 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。
连铸坯质量（理化中心）
蔡守桂 2011-05-27
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主要内容
1 前言 2 铸坯工艺流程简介 3 铸坯质量常见缺陷及主要原因 4 合金元素对铸坯质量的影响
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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）
断裂前
断裂后
图：钢在600~900℃区域内发生脆断示意图
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（2） 铸坯运行过程中， 受到外力（弯曲，矫直， 鼓肚，辊子不对中等）作 用时，刚好处于低温脆性 区的铸坯表面处于受拉伸 应力作用状态，如果坯壳
所受的ε临>1.3%，在振痕
波谷处就产生裂纹。
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影响产生横裂纹因素
1. 钢成分 （1）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避开这个区间时，振痕浅了， 铸坯边部横裂减少； （2）降低钢中[N]，防止氮化物沉 淀； 2. 结晶器振动特点 （1）振痕深度增加，横裂纹增加 （如图所示）；
图： 振痕深度与横裂纹产生几率的关系
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（2）振动频率f增加,振痕变浅，横裂纹减少（如图所示）； （3）负滑脱时间增加，振痕深度增加（如图所示），方圆坯 tN=0.12～0.15s，板坯tN=0.20s。
图 振动频率与振痕深度的关系
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图 负滑脱与振痕深度的关系
3. 合适二冷强度
调整二冷水分布，在矫 直前铸坯温度>850℃，避 开脆性区（如图所示）；
合适二冷水量并降低铸 坯横向中心与边部温度差， 避免回热温度过高。
图 矫直温度与横裂纹关系
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防止横裂纹措施
（1） 采用高频率，小振幅结晶器振动负滑脱时间tN与拉速v成正比， 与频率和振幅f成反比。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。
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。
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表面纵裂纹产生的原因
（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。
15CrMoG漏钢
P22纵裂纹
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漏钢处
（2） 拉速 1. 拉速增加，纵裂纹指数增加； 2. 拉速增加，渣膜厚度减少；
异常为2.69％），使横裂多且深，所以应把辊水平度控制在2mm以内。
图 轿直辊水平度对铸坯横裂的影响
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3 铸坯表面星形裂纹
3.1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（如图所示），裂纹深度可达14mm，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， 必须进行人工修复。