连铸坯质量及控制
连铸坯的内部结构:经过酸浸或硫印的方 法在连铸坯横断面或纵断面上用肉眼或低 倍放大镜看到的内部组织结构。
用酸浸或硫印法所显示的组织结构属于宏 观结构——连铸坯和金属材料检验中最为 常用的检验技术。
连铸坯自表面至中心都是由边缘等轴晶区 (激冷区)、柱状晶区和中心等轴晶区三 部分组成。
温度梯度较大时,固液两相区小,有利于 柱状晶的生长,而凝固速度较快,则易于 生成枝晶间距小的铸造组织,所以连铸坯 具有较发达的柱状晶组织,并具有较小的 枝晶间距。
连铸坯宏观组织的好坏可以用等轴晶所占 的比例多少来衡量。
连铸坯凝固过程的一般特征:从连铸坯的 侧面优先凝固,其温度梯度高,凝固速度 快,连铸坯内部结晶体成长是不规则的, 局部优先生长使内部晶体产生“搭桥”等 现象,造成因钢水补充不足而出现中心缩 孔等缺陷。
铸坯凝固特征:
1)冷却过程为强制冷却过程; 2)在凝固过程中形成了很长的液相穴; 3)铸坯的凝固是分阶段的凝固过程; 4)除头尾外,铸坯在长度方向上的结构较 为一致。
增加能生成等轴晶具体措施: 1)低温浇铸或实现所谓“零”过热度浇注; 2)加孕育剂; 3)电磁搅拌; 4)调整二冷水量。
浇注条件(铸温、钢种、拉速、冷却强度 等)、铸机的形式、铸坯断面等。
1.浇铸条件: 低温浇注有利于等轴晶率的提高。
铸温(过热度)↗,拉速↗,二冷强度↗, →柱状晶区的发展,其中铸温影响最大。
碳偏析 含量较低,而后凝固部分溶质含量较高,这种成分不均匀的现象称偏析。
凹坑 由于坯壳和结晶器壁间周期性接触和收缩而产生的皱纹,严重的如山谷状的凹 重皮 陷,称为凹坑。钢水在凹陷部位渗漏出来,再在结晶器壁重新凝固,称重皮。
切割断 面缺陷
连铸坯端部的切斜不得大于20mm,因剪切造成的宽展不得大于边长的10%。
带液相弯曲的弧形/立弯连铸机矫直时仅在铸坯内部受张应力作 用一侧发生的裂纹。
拉辊压力过大造成的与拉辊压下方向平行的一种中心裂纹。
内 断面 断面裂纹 在板坯厚度中心线上出现的裂纹。
部 中心 缺 星状
中心星 凝固末期铸坯心部的收缩,由于钢水温度过高,浇注太快,二冷过激,造成 状裂纹 的裂纹。
陷 中心 中心疏松常伴随着中心偏析。
疏松
中心 钢液在凝固过程中,由于溶质元素在固液相中的再分配形成了铸坯化学成分的不均匀性, 偏析 中心部位碳、磷、硫的含量明显高于其它部位。
A类:硫化物类
非金 属夹 杂物
夹杂物分类
B类:氧化铝类 C类:硅酸盐类 D类:钙铝酸盐类
DS(E)类:氮化物类
形 菱形 结晶器锥度不当、坯壳冷却不均匀、厚度差别大,使坯壳在结晶器和二冷区布均匀收缩 状 变形 造成。 缺 鼓肚 坯壳受钢水静压力的作用而鼓胀成为凸面的现象。 陷 变形
1)[外因]取决于铸坯形成过程中坯壳和液 固界面的受力情况(类型、方向、大小);
2)[内因]取决于钢在高温下的机械性能 (塑性、强度)。
高温下的脆化理论:
高温脆性区Ⅰ:凝固温度附近,树枝晶之 间发生P、S元素的偏析;
中温脆性区Ⅱ:1200℃~900℃,奥氏体晶 界上Fe-Mn系硫/氧化物析出或Cu、Sn元素 富集;
低温脆性区Ⅲ:900℃~600℃,γ→α相变, 铁素体形成或高熔点化合物沉积。
6.2.2树枝晶一次间距与二次枝间距的测 定
凝固后的金属的组织分为:
宏观组织、微观组织(亚组织)。
一次枝晶和二次枝晶间距是随合金元素的 种类和含量以及凝固条件的不同而有规律 性的变化。
6.2.3等轴晶的生成及控制 等轴晶的生成机理: 1)组成上的过冷; 2)自由激冷; 3)由树枝晶枝干的重熔; 4)由上部沉降下来的“结晶雨”。
2.钢含碳量:低碳钢和高碳钢有较大的柱 状晶区;含碳量为0.18~0.45%的钢种有较 大的等轴晶区。
3.铸机机型(弧形):内弧侧柱状晶长度 大于外弧侧柱状晶的长度。
4.铸坯断面:铸坯断面增大到一定程度后, 等轴晶率显著提高。
6.4.1连铸坯的质量特征 连铸坯的质量要求的四项指标:
1)几何形状(外观性质); 2)表面质量; 3)内部组织致密性(内部质量); 4)清洁度(纯净度)。
6.4.3在热加 工前是否需要精整,影响金属收得率和成 本,还是铸坯热送和直接轧制的前提条件。
连铸坯表面质量和钢液在结晶器中的凝固 密切相关,从根本上说,控制铸坯表面质 量就是控制结晶器中的坯壳的形成问题。
连铸坯裂纹是最常见和数量最多的一种缺 陷,也是危害比较重的一类缺陷,其形成 原因:
星状裂纹 无明显方向和位置的成组晶间裂纹。中低温脆性区Ⅱ、Ⅲ。
表 面
表皮面 下夹夹渣 杂钢水纯净度、保护渣的化学组成、物理性能、液面的波动情况。
缺
陷 气孔 在钢水的凝固过程中,钢中存在C、H、O等元素在凝固界面富集,
气泡 CO、H2分压大于钢水静压和大气压力之和而产生气泡。
表面增 其也是一种偏析。在最终凝固结构中溶质浓度分布不均匀,最先凝固部分溶质
内部 裂纹 偏析 条纹
在冷却、 弯曲、矫
皮下裂纹
直过程中,
铸坯内部 中间裂纹 变形率超
过该钢种
允许的变 矫直裂纹 形率
压下裂纹
分布在铸坯表皮往里20mm左右的范围内,并与表面相垂直,大 部分靠角部附近。
基本分布在方坯厚度的1/4处并垂直于铸坯表面,可能延伸到断 面中央附近,产生的主要原因:由于坯壳再二冷下段,铸坯表面 温度回升引起。
连铸坯在一个基本相同条件下凝固的,整 个长度方向的质量是均匀的。
分 类
缺陷
振动痕迹由向于 垂结 直晶 的器 横上 纹下 模往 样复的运痕动迹,。在铸坯表面造成了周期性的沿整个周边的与拉坯方
纵裂纹
表面 结晶器中产 生,二冷区扩大。主要出现在铸坯宽面中部位。 角部 高温脆性区Ⅰ。
表面裂纹 横裂纹
表面 多发生在弧形连铸机铸坯的内弧振痕波谷处。 角部 同表面横裂纹)
连铸坯内部凝固结构的控制内容(连铸坯 的内在凝固结构是可控的):
1)柱状晶的生成; 2)树枝晶一次间距与二次间距控制; 3)等轴晶的控制。
6.2.1柱状晶的生成及其偏向 柱状晶的偏向问题:
钢液在液相穴内流动,使柱状晶在生长方 向偏离散热方向。
柱状晶总是迎着金属流动的方向发生偏斜 的,流速越大,偏斜越大。