连铸方坯低倍组织及缺陷特性分析

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1、连铸方坯低倍组织及缺陷特性分析王 英(南京钢铁集团有限公司质管处 南京，210035)摘 要：通过酸蚀低倍试验和金相检验，对连铸方坯内部的低倍组织及缺陷的类型、宏微观特征以及形成原因进行了分析，并提出了控制这些缺陷的主要措施。关键词：连铸方坯；低倍组织；金相检验；缺陷 0 引言连铸坯的冶金质量指标主要由钢的纯净度、钢坯的表面缺陷及内部低倍组织缺陷的情况来衡量。钢的纯净度的状况在浇铸之前已由钢液的冶炼过程所控制，而铸坯的表面质量和内部质量由连铸机的浇铸过程来控制。连铸方坯生产中发现的低倍缺陷有众多类型，每类缺陷对铸坯质量的影响因素各

2、不相同；此外，不同的铸坯结晶组织状况对铸坯质量的影响也不尽相同，因此，分析研究铸坯低倍组织及缺陷的特征，进而弄清缺陷的形成原因，是控制铸坯质量的重要前提。本文通过对本公司生产的130mm，150mm方等规格的铸坯进行大量的酸蚀低倍试验和金相检验，弄清了方坯内部缺陷的主要类型及其宏微观特征，并对缺陷的形成原因作了分析，在此基础上提出了控制缺陷的主要措施。1 铸坯的低倍组织通过大量的酸蚀低倍检验表明，无论什么钢种或什么规格，连铸方坯的低倍组织(即宏观组织)一般由边部细等轴晶、柱状晶和心部粗等轴晶三部分组成。铸坯中能够获得这三种结构，特

3、别是心部粗等轴晶占有一定的数量，这样的连铸坯是较为理想的情况，而柱状晶发达则易导致严重的坯内部缺陷。1.1边部细等轴晶区边部细等轴晶区，又称激冷层，由等轴细晶组成，组织致密，杂质相对量低，表层质量较好。具有均匀激冷层的铸坯，其正方度较好，表面无鼓肚或凹陷，为保证钢材的表面质量，提供了有利条件。而往往由于操作条件的变化，坯壳厚度是不均匀的，在激冷层较薄的角部坯壳下凹，在下凹处皮下形成垂直于表面的裂纹，裂纹严重时扩展到坯的对角线，并且沿对角线向心部延伸扩展。1.2柱状晶区铸坯的柱状晶区，柱状晶以树枝晶从表面向内部生长，其生长的方向即热

4、流的散热传导方向，近似于垂直铸坯的表面。连铸坯普遍存在柱状晶发达的弊端，特别是小方坯，柱状晶从表面一直伸长到铸坯中心，心部等轴区几乎看不到。由于柱状晶平行排列，致使柱状晶区产生裂纹的敏感性比等轴晶要强。另外，由于柱状晶到达中户，柱状晶搭桥，在铸坯纵向形成断断续续的缩孔、中心偏析、中心裂纹等缺陷。为此，必须对柱状晶加以控制，进而控制因柱状晶发达而产生的低倍缺陷。1.3心部等轴晶区铸坯心部等轴晶区，由取向无规律的树枝晶构成。为了控制铸坯的组织结构，使心部得到一定数量的等轴晶，除正确控制工艺条件外，控制钢液的过热度尤为重要。心部等轴晶可

5、以有效地防止缩孔、中心裂纹缺陷的产生，改善和提高铸坯的质量。2 铸坯的低倍缺陷类型及特征2.1偏析型缺陷偏析类型的缺陷包括中心偏析及中心疏松。2.1.1中心偏析此种缺陷在方坯硫印片上表现为中心部的棕色斑点，酸蚀低倍试样上为暗黑色斑点。用光学显微镜观察，偏析斑点处存大量的硫化物夹杂，硫化物夹杂在心部柱状晶的前沿或中心等轴间，沿晶界分布。连铸方坯的中心偏析、缩孔的低倍缺陷形貌见图1。 图1 低倍缺陷形貌特征有关文献指出，中心偏析是由于钢液由外向内逐次结晶过程中将钢液中低熔点的物质，如硫、磷等元素推向中心所形成。中心偏析的形成与浇注速度

6、和温度有关，中间包钢水过热度△T>25℃时，中心偏析严重。消除中心偏析的主要措施是控制钢中S、P等元素含量以及浇注温度。2.1.2中心疏松在硫印片上为中心部位分散的棕色斑点，酸浸低倍试片上为中心部位分散的暗点和孔隙。此种缺陷的产生是由于铸坯凝固时体积收缩引起的组织不致密及中心部位因最后凝固气体析集和夹杂物的聚集而形成。中心疏松处往往存在着硫化物和氧化物等类夹杂物，且有沿晶界分析特征，见图2。 图2 中心疏松处的FeS夹杂(100×)2.2 孔洞型缺陷此类型缺陷包括缩孔和皮下气泡两种。2.2.1缩孔在硫印片和低倍试样上为圆形或不规则

7、的孔洞，形貌见图1，由于钢液在凝固时发生的体积集中收缩造成。缩孔的形成与浇铸温度有关，当钢水温度偏高，柱状晶特别发达，生长至中心，柱状晶的前沿相互搭桥，使钢水流动受阻，不能填充由于凝固而产生的收缩，在铸坯心部形成大小不等的孔洞，在横向低倍上表现为中心处的孔洞，孔洞周围伴有疏松和夹杂物，主要是硫化物和硅酸盐(见图3)。在纵向低倍上表现为铸坯轴线处断续存在缩孔，且缩孔处常有大颗粒硅酸盐夹杂(见图4)。经金相组织观察，发现缩孔周围存在着碳偏析，表现为铸坯的心部增碳，见图5和图6。图3 缩孔周围的硫化物及硅酸盐(100×) 图4 缩孔处的

8、大颗粒硅酸盐夹杂(100×)                    图5 正常部位组织(100×)  图6 缩孔部位组织(100×)2.2.2皮下气泡这种缺陷的形貌特征为试面的皮下呈分散或成簇分布的细长裂缝或椭圆形气孔。其主要是由于钢液脱氧不良和浇