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连铸坯中心缺陷控制 北京科技大学冶金学院 蔡 开 科 目 录 1 连铸坯中心缺陷概念 2 影响连铸坯中心缺陷形成因素 3 防止铸坯中心缺陷的对策 4 铸坯中心缺陷形成机理 5 结语 前 言 从结晶器拉出来带有液芯的坯壳，在连铸机内边传热、边凝固、边运行而形成很长液相穴的铸坯（少则几米多则十几或二十几米），由于受凝固、传热、传质和工艺的限制，沿液相穴路径常常发生钢水补缩不好，在铸坯完全凝固后，沿铸坯轴向（拉坯方向）某些局部区域常常发现疏松、缩孔和偏析，常称为中心缺陷。 根据钢种和产品用途不同，对连铸坯中心缺陷有严格要求，板坯中心缺陷严重会引起中厚板横向性能尤其是冲击韧性不合格，管线钢抵抗，氢脆（HIC）裂纹能力恶化。对于中高碳大方坯轧制棒材或线材产品常常会因中心缺陷严重使大方坯低倍检验不合格而导致产品合格率降低。因此减轻铸坯中心缺陷至不使产品产生废品，这是提高连铸坯内部质量的一个重要任务。 1 连铸坯中心缺陷概念 1.1 铸坯中心缺陷形貌 沿铸坯横向或纵向轴线剖开经硫印或酸浸后，可显示出低倍结构，（图1-1）沿铸坯纵剖面中心轴线可发现： ? 中心疏松 ? 中心缩孔 中心偏析（宏观偏析，它与疏松缩孔伴生） ? 点状或V形偏析（半宏观偏析） 沿铸坯横剖面，则中心区有点状疏松或缩孔。 1.2 铸坯中心缺陷评价 （1）宏观评级 零级相当于中心结构致密，5级为中心疏松尺寸大且连续。在高过热度浇铸时，约80%铸坯相当于1、2、3级，而20%铸坯相当于4、5级。 （2）中心疏松率 如图解所示，用SA值表示铸坯中心区疏松严重性。SA值高，则中心疏松严重些。 SA= ×100％ （3）化学元素分布 从铸坯横断面从内弧到外弧隔 一定距离钻样，分析C、Si、Mn、 S、P元素以表征铸坯表面至中心 的成分差异（图1-3）。 从铸坯纵向轴线剖开沿中心线隔一定距离钻样，分析C、Si、Mn、S、P成分，以表征铸坯中心线区域成分差异（图1-4） 图1-4 铸坯中心成分分布 （4）偏析比 式中： — 某一元素的偏析比 — 某一元素当地含量％ — 某一元素在试样上某一区域的平均值％ — 某一元素在钢包或中间包钢水中含量 连铸坯宏观偏析主要表现为铸坯中心偏析。 ＝1，说明成分均匀无偏析，但铸坯中心值高，说明元素偏析严重。 （5）微观元素分布 元素在微观范围内（μm级）分布不均匀（也就是显微偏析）对钢的组织与性能有重要影响。采用金相、电镜检验方法来决定树枝干和树枝晶间的元素分布。以Mn为例： 测定铸坯结果（表1-1）说明铸坯边缘到中心微观偏析是增加的。 表1-1 铸坯偏析比 也可用SEM(Scanning Electron Microscope) 来描述铸坯或轧材试样上Mn偏析图谱，以表征微观偏析状况。 图1-5表示了高C钢（C＝0.8％）在相同工艺条件下，过热度7℃比31℃偏析有明显的改善。 （6）碳化物（渗碳体）指数 从方坯边部、中间和中心处取试样测定铁素体、珠光体晶界的碳化物，碳化物增加说明从铸坯边缘到中心碳偏析严重。热轧之后轧材中心晶界有渗碳体存在，说明C正偏也存在。 对于高碳钢（C＝0.8％， 220×220mm），如把晶界无渗碳体的指数定为100，由下表1-2可知，钢水过热度的差异，对铸坯中心碳偏析有十分重要影响。 表1-2 过热度对中心碳偏析影响 1.3 铸坯中心缺陷危害 ? 铸坯轧制时中心区硫化物夹杂延伸使横向性能变坏（如断面收缩）； ? 中心区硫化物夹杂延伸使板材冲击韧性下降，是造成断裂的主要原因； ? 中心区偏析增加易形成低温转变产物以及硫化物造成管线钢氢致裂纹（HIC）； ? 高碳钢铸坯中心C、Mn偏析，会发生碳化物和马氏体沉淀，使高碳硬线拉拔时会引起断裂； ? 铸坯中心疏松和偏析会引起钢轨呈“S”型断裂。 ? 中心疏松、缩孔会使合金钢铸坯低倍检验不合格。 2 影响连铸坯中心缺陷形成因素 2.1 铸坯厚度 原则上讲，铸坯越厚两相区宽度扩大，温度梯度减小，有利于生成等轴晶使中心偏析减轻。对于大方坯为减轻或消除中心偏析，取宽/厚＝1.2～1.4为宜。据统计世界上有18家钢厂用大方坯生产钢轨，宽/厚1.3有11家。然而铸坯越厚，矫直力增加使变形率增大，铸坯产生表