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连铸坯表面裂纹形成及防止
宋晔
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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
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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)
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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。
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2 铸坯表面纵裂纹
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2-1为板坯宽面中心区域的纵裂纹和纵裂纹的显微形貌。以250×1200mm(C=%)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
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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。
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2 铸坯表面纵裂纹
图2-1 板坯表面纵裂纹形貌
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2 铸坯表面纵裂纹
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。
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2 铸坯表面纵裂纹
在结晶器弯月面区坯壳厚度生长不均匀的主要原
因是:
(1)包晶相变(L+δ→γ)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。
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2 铸坯表面纵裂纹
影响表面纵裂纹产生的因素
(1) 钢水成分
◆[S]>%,纵裂纹增加(图2-2);
◆[C]=~%,纵裂纹产生严重(图2-3)
图2-2 钢中[S]与裂纹指数的关系
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