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1、连铸坯表面裂纹 形成及防止,宋晔,内容,1 前言 2 铸坯表面纵裂纹 3 铸坯表面横裂纹 4 铸坯表面星形裂纹 5 结论,1.前言,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,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，重者会导致漏钢和废品，轻者需进行精整。,2 铸坯表面纵裂纹,2.1 板坯表面纵裂纹特征 表面纵裂纹可能发生在板坯宽面中心区域或宽面到棱边的任一位置产生。图21为板坯宽面中心区域的纵
2、裂纹和纵裂纹的显微形貌。以2501200mm（C=0.08%）板坯为例： 细小纵裂纹：宽度1-2mm，深度3-4mm，长100mm左 右。 宽大纵裂纹：宽度10-20mm，深度20-30mm，长度有 几米，严重时会贯穿板坯而报废,2 铸坯表面纵裂纹,综合分析表明纵裂纹有以下特征： （1） 产生纵裂纹的表面常伴有凹陷（depression），纵 裂纹的严重性与表面凹陷相对应。 （2） 裂纹沿树枝晶干方向扩展。 （3） 裂纹内发现有硅、钙、铝等元素的夹杂物。 （4） 在裂纹周围发现有P，S，Mn的偏析 （5） 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。,2 铸坯表面纵裂纹,图2
3、-1 板坯表面纵裂纹形貌,2 铸坯表面纵裂纹,2.2 表面纵裂纹产生的原因 板坯横断面低倍检验指出，纵裂纹起源于激冷层薄弱处（约2- 3mm）。 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）板坯凝固壳四周温度不均匀而产生的收缩力。 （2）板坯收缩由钢水静压力产生的鼓胀力。 （3）宽度收缩受侧面约束产生的弯曲应力。 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。,2 铸坯表面纵裂纹,在结晶器弯月
4、面区坯壳厚度生长不均匀的主要原 因是： （1）包晶相变（L+）收缩特征，气隙过早形成， 导致坯壳生长不均匀。 （2）工艺因素影响结晶的坯壳生长不均匀。 显然要防止产生纵裂纹，就是要使结晶的弯月面初生坯壳厚度均匀，避免坯壳产生应力梯度。要做到这点，对于包晶相变的收缩特征是由Fe-C相图决定的，人为无法改变，而重要的是准确控制影响结晶的初生坯壳生长的工艺因素，来防止产生纵裂纹。,2 铸坯表面纵裂纹,2.3 影响表面纵裂纹产生的因素,（1） 钢水成分 S0.015%，纵裂纹增加（图2-2）； C=0.120.15%，纵裂纹产生严重（图2-3）,图2-2 钢中S与裂纹指数的关系,2 铸坯表面纵裂纹,图
5、2-3 含碳量对板坯宽面纵裂纹的影响,2 铸坯表面纵裂纹,（2） 拉速 拉速增加，纵裂纹指数增加（图2-4）；,图2-4 拉速对纵裂纹的影响,2 铸坯表面纵裂纹,（3） 保护渣 液渣层厚度10mm，纵裂纹增加（图2-5）。,图2-5 液渣层厚度对纵裂纹的影响,2 铸坯表面纵裂纹,（4） 结晶器液面波动 液面波动5mm，纵裂纹最少（图2-6）；,图2-6 结晶器液面波动对纵裂纹的影响,2 铸坯表面纵裂纹,2.4. 防止表面纵裂纹措施 防止纵裂纹产生的根本措施，就是使结晶器弯月面区 域坯壳生长厚度均匀。 （1） 结晶器初始坯壳均匀生长 合适结晶器锥度 调节结晶器水量和进出水温度，控制结晶器弯月面铜
6、板温度为恒定值。,2 铸坯表面纵裂纹,（2） 结晶器钢水流动的合理性 液面波动35mm 浸入式水口对中，防止偏流 合理的浸入式水口设计（合适的出口直径，倾角） 合适的水口插入深度 （3） 结晶器振动 合适的频率和振幅,2 铸坯表面纵裂纹,（4） 出结晶器铸坯运行 二次冷却均匀性 （5） 调整钢水成分 钢中碳含量避开包晶区，C向下线或上线控制 钢中S0.015% 残余元素Cu、As、Zn控制0.1%,3 铸坯表面横裂纹,3 铸坯表面横裂纹 3.1表面横裂纹特征 横裂纹可位于铸坯面部或棱边 横裂纹与振痕共生，深度24mm，可达7mm，裂纹深处生成FeO。不易剥落，热轧板表面出现条状裂纹。振痕深，柱
7、状晶异常，形成元素的偏析层，轧制板上留下花纹状缺陷。 铸坯横裂纹常常被FeO覆盖，只有经过酸洗后，才能发现。,3 铸坯表面横裂纹,3.2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，振痕越深，则横裂纹越严重，在波谷处，由于： 奥氏体晶界析出沉淀物,产生晶间断裂 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。,3 铸坯表面横裂纹,3.3影响产生横裂纹因素 （1） 钢成分 C0.100.15%，坯壳厚度不均匀性强，振痕深，表面易产生凹陷或横裂纹；生产实践表明，C0.150.18%或0.150.20%时，振痕浅了，
8、铸坯边部横裂减少； 降低钢中N，防止氮化物沉淀； （2） 结晶器振动特点 振痕深度增加，横裂纹增加（图3-1）； 振动频率f增加,振痕变浅，横裂纹减少（图3-2）；,图3-1 振痕深度与横裂纹产生几率的关系,3 铸坯表面横裂纹,图3-2 振动频率与振痕深度的关系,3 铸坯表面横裂纹,（3） 结晶器液面波动 结晶器液面波动增加，横裂纹加重（图3-3）。,图3-3 结晶器液面波动与角裂发生率的关系,3 铸坯表面横裂纹,（4） 合适二冷强度 调整二冷水分布，在矫直前铸坯温度900，避开脆性区（图3-4）； 合适二冷水量并降低铸坯横向中心与边部温度差，尤其是避免角部温度过低。,图3-4 矫直温度与横裂
9、纹关系,3 铸坯表面横裂纹,3.4 防止横裂纹措施 （1） 采用高频率,小振幅结晶器振动 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 (100400min-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） 合适铸坯轿直温度，以避开脆性区。,4 铸坯表面星形裂纹,4 铸坯表面星形裂纹 4.1铸坯表面星形（网状）裂纹特征 裂纹位于铸坯表面被FeO覆盖，经酸洗后才能发现。表面裂纹分布无方向性，形貌呈网状（图4-1），裂纹深度可达1-4mm，有
10、的甚至达20mm。 金相观察表明，裂纹沿初生奥氏体晶界扩展。裂纹中充满FeO，轧制成品板材表面裂纹走向不规则，成弥散分布，细若发丝，深度很浅，最深 达1.1mm。必须进行人工修复。,图4-1 铸坯表面的网状裂纹,4 铸坯表面星形裂纹,4.2铸坯表面星形裂纹产生原因 铸坯表面星形裂纹沿一次晶界分布，裂纹边界有脱C现象，说明是在结晶器内高温下（1400C）坯壳奥氏体转变之前形成的。 对于铸坯表面星状裂纹形成的原因，有不同的观点，大致有以下看法： （1） 铜渗透和铜富集 铜渗透 结晶器下部。铜板渣层破裂，发生固/固摩擦接触，Cu局部粘附在坯壳上，Cu熔点是1040，Cu熔化沿奥氏体晶界渗透， 晶界破
11、坯而失去塑性，产生热脆现象。在裂纹里发现有铜（Cu=1.6%），也证明了这点。 铜富集 钢中含有Cu=0.050.2%，高温铸坯由于Fe氧化，在FeO皮下形成含Cu的富集相 (70% Cu，15%Ni，10%Sn，5% Fe)熔点低，形成液相沿晶界穿行，在高温时(11001200)具有最大的裂纹敏感性。,4 铸坯表面星形裂纹,（2） 表面凹陷和不规则褶皱（振痕） 板坯表面有凹陷和不规则振痕，清理后，发现有的分布细小裂纹，裂纹深度2mm，发现含有SiAlCaNa的氧化物。在轧材表面会遗传有像头发丝细小裂纹，有时还会发现有Al2O3、SiO2、NaK类似于保护渣。 （3） 晶间硫化物脆性 树枝晶间
12、富集S奥氏体晶界富集有（Fe,Mn）S(Mn 28-29%,Fe34-35%,S 36%), 熔点980-1000，晶界形成硫化物液体薄膜， 在外力作用下形成网状裂纹。,4 铸坯表面星形裂纹,4.3 防止星形裂纹措施 （1）Cu-Ag, Cr-Zr-Cu结晶器铜板+镀Ni或镀Cr。 （2）针对钢成分对裂纹的敏感性，将C，S，Mn/S，N 含量控制在合理范围。 （3）浇注工艺参数的优化，合适的浇注温度，拉速， 二冷水量。 （4）合适的保护渣性能。 （5）连铸机设备状况（与防纵横裂纹措施相同）。,5结论,（1）连铸坯产生裂纹主要决定于: 钢成分对裂纹敏感性、 浇注工艺条件、连铸机设备状况。 （2）带液芯连铸坯在连铸机内运行过程中受外力作用是 坯壳产生裂纹的外因,钢的高温力学行为是产生裂纹 的内因,而设备、工艺因素是产生裂纹的条件。 （3）根据所浇钢种,对连铸机设备的调整应符合钢凝固收 缩规律,使其坯壳不受变形为原则,对工艺参数的优化, 使其得到合理的铸坯凝固结构。这样使连铸坯不产 生裂纹或控制裂纹不足以造成废品的所允许的范围 内。,thank you for your attention,
