连铸坯质量

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连铸坯的凝固组织
　　 5·1．1 连铸坯凝固组织的一般特征
　　 通常，连铸坯的凝固组织和模铸镇静钢钢锭的凝固组织比较，二者并无根本的差别。自表面至中心都是由激冷层、柱状晶区和等轴晶区三部分组成。各结晶带的形成机理也大体相同。但是，由于连铸坯的断面相对小，而且是在较强的冷却条件下凝固的，因而其断面上温度梯度较大，凝固速度较快。由金属的凝固理论可知，温度梯度大时其液固两相区小，这有利于柱状晶的生长；而凝固速度快，则易于生成枝晶间距小的铸造组织。所以在浇注相同钢种的情况下，连铸坯比钢锭具有较发达的柱状晶组织，并有较小的树枝晶间距。图5—1是断面为220~160mm的硅钢连铸坯的横断面低倍组织。

　　 连铸坯的凝固组织，一方面反映了浇注条件<注温、钢种、拉速等)的结果，另一方面又是影响铸坯质量和轧材性能的重要因素。一般地讲，等轴晶结构致密，加工性能好；而柱状晶由于其晶体具有明显的方向性，加工性能差，容易导致中心偏析，中心疏松和中心裂纹等缺陷。所以在连铸坯凝固过程中，应尽可能抑止柱状晶区的发展，并促使等轴晶区域扩大。
　　 为了能及时了解铸坯凝固组织的状况，改进连铸工艺，调整连铸设备，提高连铸坯质量，必须了解显示铸坯凝固组织的手段，弄清影响连铸坯凝固组织的各种因素，并掌握控制连铸坯凝固组织的方法。
　　 s．L 2 显示连铸坯凝固组织的方法和应用
　　 在连铸生产中，最常用的显示连铸坯凝固组织方法有两种，即热酸浸法和硫印法。前者是将加工好的铸坯试样放在温度为70C的酸浸槽中(内盛50％HCI和50％H：O)，经过一定时间后，将试样表面洗净烘干，观察三带组织和其他缺陷。硫印法是把经稀硫酸浸泡过的相纸，贴在加工好的铸坯试样上，钢中硫化物与硫酸作用生成硫化氢，硫化氢又与相纸上的溴化银作用，生成棕色的硫化银，沉积在相纸相应的位置上。从硫印片上可以看到硫化物的分布以及其他质量信息，如成分偏析、内部裂纹、夹杂物分布等。这种方法操作简便，应用较广。我国上海宝山钢铁总厂炼钢厂和武汉钢铁公司第二炼钢厂，—直坚持使用这种方法，及时对铸坯质量进行跟踪检查，取得良好的效果。
　　 还应指出，有时为了较详细地观察连铸坯的枝晶形态，测定树枝晶一次枝和二次枝间距，以及柱状晶偏角，用上述这两种显示低倍组织的方法。往往难以达到目的，这就需要采用弱酸腐蚀的方法(Stead试剂或Oberhoffer试剂)，显示连铸坯的凝固组织。图5—2为使用奥柏霍夫试剂显示的连铸三号钢枝晶形态。根据所显示的枝晶形态，能测得其二次枝晶间距，进而可推算出局部凝固时间和冷却速度；同时还可测得柱状晶生长时的偏角，据此可以了解液相穴内钢液流动状态。这些对于研究铸坯中夹杂物分布以及凝固组织和铸坯质量的关系是非常有用的。

　　 6．1．3 影响连铸坯凝固组织的因素
　　 连铸坯的凝固组织一方面和浇注条件(注温、拉速、冷却强度、钢中含碳量等)有关；另一方面和铸机型式、铸坯断面等因素有关。
　　 (1)浇注条件的影响。提高注温(或过热度)，增大拉速和增加二冷强度都会促使柱状晶发展；但是在这些因素中，注温的影响最大。如图5—3所示，随着钢液过热度的增大，铸坯等轴晶率下降而柱状晶丰升高。这一现象可以用等轴晶形成机理来解释。在高温浇注的情况下，一方面靠近结晶器壁的过冷度小，形核率低；另一方面一部分晶核会因为钢水温度高而重新熔化，因而不易形成等轴晶。与此相反，在低温浇注时，则容易形成数量较多的结晶核心，而当这些晶核长大形成等轴晶时，可进一步阻止柱状晶长大。显然低温浇注有利于等轴晶率的提高。

　　 (2)钢中含碳量的影响。许多研究者的工作证实，随着钢中含碳量的不同，连铸坯柱状晶增长趋势不同。如图5—4所示，在注温和铸坯断面相同情况下，低碳钢和高碳钢有较大的柱状晶区，而含碳量为0．18甲d～0．45甲d的钢种，则有较大的等轴晶区。这一结果可以认为和钢的包晶反应有关。通常，包晶反应钢有较大的等轴晶率。
　　 (3)连铸机机型的影响。在常见的立式、立弯式和弧型三类铸机中，立式连铸机铸坯的凝固是从各个侧面对称进行的，因而其凝固组织也是对称的。立弯式连铸机的铸坯是在其凝固组织基本形成后弯曲的，因而其凝固组织也是对称的。但是对于弧形机来说，由于铸坯是沿着圆弧轨道在倾斜的状态下凝固的，铸坯的凝固组织呈非对称性。

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