连铸坯表面裂纹形成及防止(理化中心).ppt

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1、连铸坯质量（理化中心）蔡守桂2011-05-271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主要内容连铸坯质量概念：◆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2.铸坯工艺流程钢水与铜壁弯月面的形成式中钢水表面张力钢水密度原渣层；烧结层；半溶融层；液渣层；钢液；凝固坯壳；渣圈；8.玻璃质渣膜；9.结晶质渣膜；10.结晶器结晶器内钢水凝固俯视图柱状晶生长；某些柱状晶生长加快；凝固桥形成；

2、小钢锭凝固，缩孔形成；实际的低倍结构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。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第二部分：铸坯常见质量缺陷横向角部裂纹；纵向角部裂纹；横向裂纹；纵向裂纹；星形裂纹；深振痕；针孔；宏观夹杂；铸坯常见表面质量缺陷2.1表面纵裂纹产生的来源1.铸坯

3、横断面低倍检验指出，纵裂纹起源于激冷层薄弱处（约2-3mm）。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。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。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

4、，导致坯壳生长不均匀。漏钢处P22纵裂纹15CrMoG漏钢（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；拉速对纵裂纹的影响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。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

5、，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。断裂前断裂后图：钢在600~900℃区域内发生脆断示意图（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。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

6、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图振动频率与振痕深度的关系图负滑脱与振痕深度的关系（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。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

7、与横裂纹关系防止横裂纹措施（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。（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。（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.

8、19％，异常为2.69％