连铸坯缺陷毛斌.docx

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连铸坯缺陷毛斌

连铸坯缺陷

毛斌译自“ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ”№32006P20-25唐福林校

<中冶连铸北京冶金技术研究院）

已轧成的钢材质量多数情况由最初的铸坯质量决定。

本文研究了连铸坯一系列缺陷的形式、影响缺陷形成和发展的因素，以及它们在热轧过程中的转化。

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铸坯断面的畸变或它周边个别区段几何形状的变化<图1）可能是铸坯受裂纹损伤的间接标志。

除此之外，铸坯断面的畸变，即使它们不伴有裂纹，也会在后续加工中造成一系列困难。

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图1连铸坯形状的畸变缺陷

缺陷名称

缺陷形式

定量估计

导致缺陷形成和发展的因素

菱变

结晶器工作空间不适当的形状；

不适当的二次冷却；

金属流向结晶器的偏心浇注；

在结晶器中不均匀润滑。

椭圆度

铸坯边的凸度<凹度）

结晶器工作空间不适当形状；

不适当的二次冷却；

支承系统损坏。

弯曲

<新月形）

拉校机不适当校正；

铸坯不适当的第三次冷却；

扭曲

铸坯不适当的第三次冷却

菱变是坯壳渐增扭曲的结果，它起源于结晶器内且在离弯月面100~150mm已显现。

与结晶器壁未接触的钝角区中的坯壳比在已接触的锐角区中的以更低的速度凝固。

这种情况在坯壳处于结晶器内的所有时间过程中都保持着。

所以在其他条件相同情况下，结晶器越长，铸坯菱变越大。

菱变在铸坯处于二冷区的头几分钟内显著增大。

此后，当坯壳厚度沿横断面均匀之后，菱变扩大趋势被终止了。

在弱二冷下，坯壳从结晶器出来之后，菱变扩大被减缓了。

这样一来，在连铸坯中菱变的形成乃是在熔融金属液面附近形成的坯壳不均匀厚度自动催化扩大的过程。

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横截面形状的畸变是在浇注过程中由于在某一棱角区中形成坯壳的接触中断而使结晶器内散热中断情况下发生的。

其起因可能是：

不均匀的润滑，或由于结晶器工作空间不适当的形状导致坯壳和结晶器接触中断或由于坯壳扭曲<不均匀二次冷却、装备工艺轴线的偏移）引发的变形。

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在近代连铸装置中，防止菱变发展的有效方法——在结晶器下安装支承辊<足辊），这些支承辊牢固地支撑结晶器机架。

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在弧形和圆形的YHPC上浇注的矩形坯的横断面，通常是梯形的，断面的畸变是在弯曲——浇铸过程中铸坯校直情况下发生的。

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圆坯椭圆度形成的原因类似于菱变形成的原因，其差别在于圆坯的椭圆度上浇注过程中可以改变取向。

这是由于圆坯中没有刚性棱角。

圆坯断面同样可以在弯曲——在YHPC上在线情况下发生。

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铸坯界面的凹度<凸度）的原因乃是铸坯的不正确二次冷却工况和/或不恰当的支撑系统造成的。

弯曲<新月形弯曲）是在铸坯定尺切割之后冷却工况失调<铸坯第三次冷却）和拉校装置校正等工况下发生。

铸坯的扭曲——由于拉校装置不正确调整所致。

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在现代YHPC上，在遵守浇铸工艺参数和相应的设备调整之后，畸变缺陷的发展不超过表1所列数据。

表1铸坯形状畸变缺陷的量值

缺陷

发展程度

菱变

铸坯界面凸度<凹度）

弯曲<新月形）

扭曲

1.5～2.5%

1.5～2.0%

＜5mm/每M

＜0.8°/M

连铸坯的典型表面缺陷如图2所示。

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圆形、方形、矩形截面的连铸坯主要的表面缺陷乃是一些裂纹，这些裂纹有“热的”<结晶的）和“冷的”区分。

结晶裂纹不横穿枝晶轴；在裂纹的边缘或端部富集一些偏析物。

冷裂纹横穿枝晶轴。

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铸坯表面上的裂纹，其各个枝晶通常从一点成“蜘蛛状”或“星状”发散，归入蜘蛛形裂纹，沿表面占优势的扩展的一簇网状形裂纹归入网状裂纹。

同时，另外一些裂纹横穿枝晶轴，而称为冷裂纹。

这涉及到沿褶皱凹陷分布的横裂纹。

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晶带<注：

我国习惯叫重接）——供给结晶器的金属中断形成的缺陷。

在去除氧化皮之后作铸坯检验时确定表面上缺陷的存在。

为确定细小的缺陷需通过“螺旋分离器”清理表面——剥去厚达2mm的表层。

连铸坯表面质量常常用热酸洗从表面切出的试样<“面皱”）的方法作检验。

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表面缺陷的定量估计：

裂纹：

纵向的和侧面的——裂纹长度与铸坯长度之比，mm/m；

横向的——裂纹总量和铸坯表面积之比，条/m2；

横向角裂——裂纹总量与铸坯长度之比，条/m；

网状和蜘蛛状裂纹——裂纹总量与铸坯表面积之比，条/m2；

气泡——气泡总量与铸坯表面积之比，个/m2；

保护渣型夹杂物——夹杂物总量与铸坯表面积之比，个/m2。

影响表面缺陷发生和发展的因素列于表2。

表2影响表面缺陷发展的因素

因素

裂纹

结晶

器往

复运

动的

振痕

气泡

保护

渣性

夹杂物

晶带

<重接）

角部

横向

纵向

边部

横向

纵向

星形和

蛛蜘形

钢的成分

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钢水温度

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中间罐钢液面

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钢水注入结晶器

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结晶器中钢水的保护

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浇注速度

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二次冷却工况

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结晶器锥度

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结晶器振动工况

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结晶器运动轨迹的破坏

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结晶器和支承系统不同

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结晶器工作空间的几何形状的破坏

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在校直区铸坯温度

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结晶器内弯月面急剧振动

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☆

铸坯拉坯故障

☆

为了确定缺陷的最大允许尺寸，研究了断面250×320mm和240×1710mm的连铸坯表面细小缺陷在轧制过程中的转化。

在优质铸坯轧制<延伸率5.2）中，研究了如下缺陷的变化：

保护渣性夹杂物；横向夹层；纵向夹层；飞边；浅的凹坑；深的凹坑；火焰清理；气泡。

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直径达3mm的保护渣性夹杂物在轧制过程中被碾碎。

而留下条形槽且不会引起微观结构的变化，或者形成深不超过0.15mm的细发纹；横向剖面具有相对平滑壁和钝端部的不规则型腔的形状。

这些壁是非常弱氧化的具有微不足道脱碳的特征。

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直径3～6mm的保护渣性夹杂物在金属轧平过程中形成深达0.35mm的细小裂纹。

缺陷形状类似于上面所述的。

它具有大的深度和脱碳程度及基于裂纹的分散的氧化皮斑点等特征。

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浅的横向夹层<宽度与深度之比不小于5∶1）在轧制过程中被转变成一簇深不超过0.15～0.18mm的细小发纹。

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纵向夹层可能导致在被轧制的金属上出现深2.0mm的粗的间断裂纹。

微观结构以在缺陷周围存在铁的氧化物为特征，其壁具有撕裂的边缘；裂纹充满氧化皮并呈现相当大的脱碳层。

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深的凹坑<直径与深度之比不大于2∶1）在轧制过程中形成一簇深度为1.5～ 2.0mm的分叉裂纹，它们具有不平整边缘并有许多氧化皮贴边；脱碳——沿缺陷至铁素体结构。

裂纹与表面成锐角定向。

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飞边转变成深0.8～1.5mm的粗的分叉裂纹；裂纹的边缘是不平整的，且脱碳被显示出来。

粗糙的火焰清理在轧制过程中导致形成深0.5～1.0mm的裂纹。

这种缺陷的特征乃是缺陷周围区域的相当大的脱碳和氧化。

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小气泡<直径在2mm以下）转变成深不大于0.15mm的细长的发纹。

缺陷的壁是光滑的，且具有不显著的氧化层和钝端。

已证实，直径达6mm的保护渣性夹杂物、宽度与深度比不小于5∶1的横向夹层、小气泡<直径2mm以下）在断面250×320mm连铸坯以大于5的延伸率轧制时，不会导致深度超过允许值的缺陷的形成。

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纵向夹层、直径与深度之比为2∶1及更小的凹坑、以及飞边等在轧制前必须清理。

但是粗糙的火焰清理可能成为轧制金属表面缺陷的来源，其深度超出允许值的限度。

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在断面240×1710mm连铸坯轧制<延伸率在纵向为9.65、横向为1.37、总和为13.23）之前，记下的缺陷有：

裂口不大于0.5mm而深不大于10mm的细纵向裂纹；裂口0.5～1.0mm而深达15mm的分隔的横向裂纹；裂口小于0.5mm而深达8mm的细小横向裂纹群；直径5～20mm的保护渣性夹杂物；波脊高度达5～6mm的结晶器往复运动产生的凹凸不平的振痕<折皱）。

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细长的纵向裂纹在轧薄时仍保持沿轧制主方向延伸的窄长铸疤的形状。

铸疤在板材上的延伸，超过在铸坯上的裂纹长度<考虑在轧制时的延伸率），看来它取决于轧制中裂纹的扩展。

在板材上缺陷的深度。

从0.1mm到0.6mm波动。

沿裂纹壁发生点状氧化、脱碳、呈现铁素体的贴边。

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分散的粗的横向裂纹，在轧制过程中转变成横穿轧制主方向分布的铸疤群。

在板材上缺陷的深度是0.2～1.2mm。

就缺陷看，显现单侧的点状氧化和脱碳。

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沿结晶器振痕的细的横向裂纹在轧制后形成一群沿轧制主方向取向的细小铸疤，缺陷深度——从0.1到1.0mm。

按缺陷的部位看发生单侧点状氧化、深达0.5mm的表面脱碳。

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直径6～20mm的保护渣性夹杂物在轧制后导致凹凸不平的单个铸疤或者沿轧制主方向延伸的扁圆状的保护渣坡道；缺陷的深度达到1.0mm。

来源于直径达5mm的保护渣性夹杂物的缺陷深度不超过0.3mm。

按缺陷的部位看，没有显现结构变化。

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来源于结晶器振动的振疤<折皱）在轧制后形成深0.3mm细小铸疤。

在横断面上缺陷仍是带单侧点状氧化和脱碳的倾斜裂纹。

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这样一来，来源于结晶器振动的凹凸不平的振痕、直径达5mm的保护渣性夹杂物、裂口不大于0.5mm而深达10mm的细长纵向裂纹等不会导致在轧材上产生需要按ΓOCT14637～89修整的缺陷。

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在横向和纵向试样上显示和检验。

铸坯内部组织的缺陷<图3）。

借助对酸浸的试样或硫印与分级的标准试样加以比较来进行宏观组织的评定。

在某些情况下的轴向化学不均匀性用定量方法评定。

为此，用钻头由轴向区、中间区和边缘区钻取分析用试样。

钻头的直径——在铸坯边长的5～10%的范围内。

为了研究目的，利用逐层刨削轧坯，对每一层表面用光谱方法和X线照相法作分析。

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在表3中列出影响铸坯内部组织缺陷的形成和发展的一些因素。

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表3影响连铸造坯内部缺陷发展的一些因素

因素

角部

裂纹

中间

裂纹

轴向区裂纹

中心偏析

中心

缩孔

中心裂纹

气泡

边缘点

状杂质

簇状

裂纹

钢水成份

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炉外处理

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YHPC型式

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浇注的温度—速度工况

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二次冷却

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结晶器中通钢量

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结晶器工作腔的形状

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结晶器的润滑

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支承系统的状态

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拉校机构的状态

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在连铸坯用不大的压缩比<达到3～3.5）轧制时，中心缩孔减少1.5级而中心偏析减少0.5级。

在轧制中的偏析条纹和裂纹以腐蚀性增高的条纹形式显现。

按分级系统评价的条纹的酸洗强度和延伸性以及边缘点状杂质等与铸成的铸坯缺陷的数量相关联并当压缩比提高到6～7时也不会变化。

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