小方坯质量的特点

王龙

1 小方坯质量的特点
    在研究和分析了连铸坯的凝固、传热及其影响因素之后可以看出，铸坯的质量与浇注工艺、设备情况和凝固特点有密切关系，衡量铸坯质量主要有四项指标，即连铸坯的几何形状、表面质量、内部组织和钢的清洁性。
    与传统的模铸—开坯工艺生产的产品相比，连铸产品的生产过程是要求更为严格控制的过程．连铸坯的断面形状更接近于最终产品的尺寸．因此，在进一步加工之前不可能进行大量的精整处理。另外，铸坯是在一个基本相同的条件下凝固的。因而在整个长度上的质量是均匀的，其致密性也较钢锭好，但较初轧坯差。
    从内部质量看，由于小方坯连铸大多未采取较严格的保护浇注，致使二次氧化夹杂较多，连铸操作过程中造成钢质污染的因素也较模铸时复杂。而且由于铸坯凝固速度快，不利于夹杂聚集和上浮．因此钢液的纯净度是铸坯质量上的重要问题。又由于冷却速度快，柱状晶发达，容易产生“搭桥”现象，造成中心偏析和缩孔。
    连铸坯在凝固过程中受到冷却、弯曲、拉矫等，使铸坯经受温度应力和机械应力的作用，很容易产生各种裂纹缺陷。另外，由于设备设计不合理或操作不当，也会造成铸坯缺陷。
但是连铸的突出特点是过程可以控制的因素多，因此可以采取某些保证质量的有效措施而取得改善质量的效果。针对上述特点，充分发挥有利条件，严格控制不利条件，就能得到外形尺寸规整，表面无夹渣、裂纹、内部致密的优质铸坯。
4.3.1 振痕
  在浇注过程中，结晶器振动以避免坯壳与结品器之间拈结，结晶器上下运动的结果，造成铸坯４个表面上周期性的横纹痕迹，这些痕迹称为振痕。振痕是坯亮被周期性的拉破又重新焊合的过程造成的。振痕的深度与钢中含碳量有很大关系，一般低碳钢振痕较深，而高碳钢振痕较浅。当结晶器振动状况不佳，钢液面剧烈波动或保护渣选择不当时，会使振痕加深，并可能在振痕处潜伏横裂纹、夹渣和针孔等缺陷。
    当振痕浅且很规则时，在进一步加工中不会引起缺陷。当振痕深并存在缺陷时，就会对随后加工和成品造成危害。
    为了减少振痕深度，现在连铸机多采用小振福、高振频的振动模式。
4. 3. 2 表面裂纹
    按裂纹方向及所处位置，可以分为表面和角部纵裂纹、表面和角部横裂纹及在铸坯表面上常见到的一种无明显方向和位置的成组的晶间裂纹称之为星状裂纹，表面裂纹，轻者需精整，重者可能造成漏钢事故或废品。
1）纵向裂纹
    纵向裂纹是沿拉坯方向的裂纹缺陷。这种裂纹一般在结晶器内就已产生，只是裂纹很小。当由结晶器进入二冷区后，微小裂纹逐渐扩展成明显的裂纹．出现裂纹的原因主要是在结晶器内坯壳所受到的应力超过了高温坯壳的抗张强度。这些应力包括：坯壳内外温差造成的热应力；钢水静压力反抗坯壳向中心凝固收缩产生的应力；钢水静压力将坯壳推向结晶器壁产生动摩擦而造成的应力等．在实际操作中，当结晶器冷却不均匀使坯壳生长不均匀，应力使某一薄弱部位产生纵裂．结晶器变形、锥度或圆角设计不当、保护渣选用不合适、水量和水温控侧不好等因素都会使结晶器冷却不均匀。
    减轻和防止纵裂的主要办法是设计合理的结晶器形状和冷却水分布，减少坯壳内外温差引起的热应力；设备安装应正确，不要使结晶器处于歪扭状态；在使用过程中，对结晶器要进行定期检查，发现结晶器变形量超过规定数值时，应及时更换。
2)横向裂纹
    大多数横裂发生在振动波纹的波谷深处。一般认为，这种裂纹是铸坯矫直时产生抗张应力造成的，当铸坯表面存在星状裂纹时，在矫直力作用下．以星状裂纹为缺口，扩展成横裂纹，如果裂纹在角部，就形成角部横裂。另外，角部横裂还可能是导辊或矫直辊调整不当，使铸坯受到过分弯曲变形出现的，钢在900～700'C时是脆性温度范围，在这个温度范围内，若受到张力的作用，就易产生裂纹．对于容易造成显微偏析的高碳钢和高S、 P钢，如果结晶器摩擦力稍有增加，也会造成坯壳横向撕裂。
防止横向裂纹的措施如下：
    (1）调整二次冷却水的分布，控制铸坯的矫直温度，避免脆性温度范围；
    (2)降低钢中S、 P、N、O等元素的含量，加入微量Ti、Zr、Ca等元素，抑制碳化物、氮化物、硫化物和氧化物在晶界上析出；
(3)结晶器振动采用高频率小振幅的振动模式，减少产生横向裂纹的隐患；
(4)使用形状合理的结晶器，并将连铸机对中调整在最佳状态工作。
3）星状裂纹
星状裂纹又称龟裂，其深度一般为1～3mm，往往是聚集在一起的晶间裂纹，呈星星状或网状，铸坯在矫直时可能扩展成横向裂纹缺陷。
  这种裂纹是沿晶界开裂，当用电子探针分析裂纹组成时，发现开裂的晶界处往往有铜存在，这是由于高温坯壳与结晶器铜壁摩擦时，铜优先沿晶界扩散，引起坯壳高温脆化造成的。其他元素如AlN、BN、Nb (N)和S化物在晶界的析出也会造成这种裂纹。当钢中含Cu量较高时，也可能发生Cu向晶界渗透，引起晶界脆化。
  为了防止或减轻龟裂，可在结晶器壁镀Cr或采用硬度较高的铜合金材料以减少结晶器的铜壁磨损，控制钢中Cu含量。另外，较弱的、均匀的二冷喷水制度也有利于减少这种缺陷。
2) 保护渣浇注时的夹渣
在操作过程中，由于钢液面剧烈波动或钢流搅动，使未熔化的保护渣卷入坯壳表面而
成为夹渣。另外，由于保护渣熔化速度缓慢，熔渣层内Al2O3富化，溶解Al2O3的能力降低，使浮在结晶器液面上以Al2O3为主的夹杂物未被熔渣层溶解而卷人坯壳表面，也会形成夹渣。
    为了防止夹渣，首先应在浇注过程中保持结晶器内液面稳定，并控制钢流，使其不搅动渣层，避免未熔化的保护渣卷入钢水。为此，采用结晶器液面自动控制装置和合理形状的浸入式水口是行之有效的措施。再者，必须选用熔点和流动性合适的保护渣，使熔渣层中的Al2O3含量保持在20％以下，以便于及时溶解结晶器钢液面上的夹杂物。当然，采用钢包吹氩搅拌、中间罐净化、钢流保护等措施来减少浮渣数量也是很关键的手段。

    浮渣中Al2O3含量高于某一级值时，熔点上升，低于此数值时，熔点降低，夹渣减少。因此向结晶器内喂入合适数量的Al丝，改变浮渣组成，可以夹渣减少。对于不同的钢种，都存在一个使夹渣变为最少的最佳Al加入量。如含C量0.15~0.30％的低Mn钢，最佳AI加入量为 70-120 g/t钢：含C＜0.20%的钢为50-100g/t钢。
    在操作过程中如果钢水污染、不挡渣出钢、中间罐不洁、中间罐渣卷入、钢流二次氧化等因素都会形响浮渣数量。对于钢水污染，可以采用钢包吹氩搅拌等促使夹渣上浮的手段，达到净化钢水的目的。中间罐在使用之前应彻底进行清扫，杜绝污物带入钢水。加高中间罐内钢水面的高度和在中间罐内加设挡墙，使钢水中夹杂能充分上浮，减少夹杂数量。采用适当的钢流保护，防止二次氧化，对减少夹杂也是有利的。
3.3 表面夹渣
    夹渣是连铸坯上一种常见的缺陷。从组成上看，Mn-Si酸盐系夹渣外观大而浅；Al2O3：系夹渣小而分散。深而大的夹渣若不清除，会造成成品表面条纹缺陷。另外，由于渣子本身导热性差，使夹渣部位坯壳凝固慢、坯壳薄而易造成漏钢事故。
1) 敞开浇注油润滑时的夹渣
    敞开浇注使用油润滑的情况下．夹渣是结晶器内渣上浮过程中嵌入铸坯表皮并残留在表面上。因此．夹渣的发生与浮渣熔点高低、流动性和与钢水浸润性的好坏等因索有关。
  夹渣发生率与浮渣组成有密切关系。从图 2-25看出镇静钢的Mu/Si比减少，夹渣指数增高。这是由于钢中[Mn]/「Si」降低，渣中（Mn0)／(SiO2)也减小，从而使浮渣熔点升高的缘故。

xiaoli

好资料,谢谢分享