连铸坯表面裂纹形成及防止(蔡开科)课件.ppt

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1、连铸坯表面裂纹形成及防止蔡开科孙彦辉北京科技大学冶金与生态工程学院2007.8内容1前言2铸坯表面纵裂纹3铸坯表面横裂纹4铸坯表面星形裂纹5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.前言缺陷的控制策略图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。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

2、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。如图1-1表示连铸坯常见的表面裂纹类型。1前言图1－1铸坯表面裂纹类型1－横向角部裂纹2－纵向角部裂纹3－横裂纹4－宽面纵向裂纹5－星形裂纹6－深振痕本文仅就连铸坯表面裂纹产生的原因及其防止措施做一简要评述。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

3、。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2铸坯表面纵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。2铸坯表面纵裂纹铸坯表面裂

4、纹与中厚板表面缺陷关系：板坯表面裂纹1—5mm深，当压缩比4.2—6.8，产品裂纹深度为2mm。1000块板坯轧制统计：轧制厚度裂纹指数<20mm0.3220—40mm2.98>40mm11.252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2-3mm）。◆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

5、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。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

6、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。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）；◆Mn/S升高，纵裂纹降低（图2-3）；◆[C]=0.12～0.15%，纵裂纹产生严重（图2-4）图2-2钢中[S]与裂纹指数的关系2铸坯表面纵裂纹；图2-4含碳量对板坯宽面纵裂纹的影响包晶相变钢δ→γ转变，收缩大，气隙过早形成，坯壳折皱，结晶器热流不稳定，坯壳厚度生长不均匀性加重。图2-3Mn/S对纵裂的影响2铸坯表面纵裂纹（2）拉速拉速增加，纵裂纹指数增

7、加（图2-5）；拉速增加，渣膜厚度减少（图2-6）。图2-5拉速对纵裂纹的影响图2-6拉速对渣膜厚度的影响2铸坯表面纵裂纹（3）保护渣液渣层厚度<10mm，纵裂纹增加（图2-7）。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%。图2-7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2-8）；液面控制方式对纵裂纹影响如图2-9。图2-8结晶器液面波动对纵裂纹的影响图2-9液面控制方式对纵裂纹的影响2铸坯表面纵裂纹（5）结晶器热流和冷却●如图2-10所示，90×

8、1000mm板坯结晶器弯月面以下45mm热流与纵裂纹指数关系。◆低碳钢（0.05%C），结晶器热流>60Cal/cm2·s（2.1MW/M2）,纵裂纹增加；◆中碳钢（0.11%C），结晶器热流>41Cal/