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1、连铸坯裂纹控制蔡开科纬传基孙彦辉北京科扶大学冶金与生态工程学院前言: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、缩孔、偏析)心疏松.铸坯形状缺陷(鼓肚、脱方)这些缺陷的控制战略如下图所示铸坯`吉`争度水`工下土l
2、/铸坯表面质里二铸坯内部质量.~补。介:引起连铸坯产品质量问题主要是由三种缺陷:、、.非金属夹杂物如薄板表面缺陷线材拉拔脆段中厚板超声探伤不合格等:、.铸坯裂纹如中厚板棒材表面缺陷等:、.铸坯中心缺陷管线钢氢脆裂纹高碳硬线拉拔脆断等,根据钢种和用途减少连铸坯缺陷或把缺陷控制在使产品不致产生废品
3、限度内,。这是提高连铸坯质量的任务本文主要是讨论连铸坯裂纹控制。重点是铸坯内部裂纹控制连幼坯裂纹概论1连铸坯裂纹类型:连铸坯裂纹可分为(1)连铸坯表面裂纹图1铸坯表面缺陷示意图;;;l一表面纵裂纹2一表面横裂纹3一网状裂纹;;;4一角部横裂纹5一边部纵裂纹6一表面夹渣;7一皮下针孔8一深振痕,:如图1所示铸坯表面裂纹可分为.纵裂纹.横裂纹.网状裂纹.皮下针孔,。表面裂纹是在结晶器弯月面区域由于钢水一坯壳一铜板一保护渣之间不均衡凝固产生的它决定于钢水在结晶器中的凝固过程。它会导致轧制板材表面的微细裂纹,影响产品表面质量。(2)铸坯内部裂纹,:如图2所示铸坯内部裂纹可分为,中间裂纹今矫直裂纹.角
4、部裂纹今中心线裂纹,丈乙,`.2/、J今三角区裂纹,几`丁…令皮下裂纹图2铸坯内部裂纹示意图;;;l一角裂2一中间裂纹3一矫直裂纹;;4一皮下裂纹5一中心线裂纹6一星状裂纹内,。部裂纹是带液芯的坯壳在二冷区凝固过程中在外力作用下在固液交界面产生的在硫印图上有长短不一的黑线存在。它会影响中厚板的力学性能和使用性能。1.2连铸坯为什么会产生裂纹连铸,,。坯裂纹的形成是一个非常复杂的过程是传热传质和应力相互作用的结果带液芯的高,,温铸坯在连铸机运行过程中各种力作用于高温坯壳上产生变形超过了钢的允许强度和应变是产,,。生裂纹外因钢对裂纹敏感性是产生裂纹的内因而连铸机设备和工艺因素是产生裂纹的条件,,
5、:如图3所示高温带液芯铸坯在连铸机内运行过程中是否产生裂纹主要决定于.凝固坯壳所承受的外力作用.钢的高温力学行为.凝固冶金行为.连铸机设备状况热应力钢高温力学性能鼓肚应力厂蠢卜外力/梦矫直力冷一凝固冶金行为-今裂纹鹭,,z产(低倍结构偏析夹杂物)摩擦力/降戮铸机论备诉杆状杰机械力—,,(辊子变形对中振动……)凝固壳图3产生裂纹因素示意图:下面就上述因素简要的分析如下(1)外力作用浇住速度:.结晶器坯壳与铜板摩擦力会+,壳表如图4所示结晶器上下运动与铸坯向下运动在坯,,摩力面产生摩擦力擦力与轴向拉伸应力合成为拉伸应,。磨擦力当它足够大时坯壳会撕裂!·.钢水静压力产生鼓肚力{,,\如图5所
6、示带液芯的铸坯出了结晶器结晶器铜板对,坯壳的约束不复存在了图4结晶器摩擦力示意图,,,如果支撑辊对中不良或辊间距太宽钢水静压力使坯壳鼓肚变形严重时会使铸坯无法通过辊子。图5鼓肚现象.热应力,。,,如图6所示有温度梯度存在就有热应力铸坯凝固过程中沿纵向温度逐渐降低沿横向,,温度不均匀因而都存在温度梯度所以在坯壳中会产生热应力。温度较低的区域坯壳收缩会受到高温区的牵制而出现拉应力,而温度较高的区域则出现压缩应力。板坯宽度方向和拉坯方向坯壳温度梯度的综合作用,在板坯表面(温度较低)产生,拉伸应力靠近于凝固前沿则产生压图6连铸坯凝固壳温度分布犷一万一毛习,拿,。,,应力当拉伸应力超过产临界强度则产
7、生裂纹二冷区喷水冷却不均匀性导致局部区域较低这是热应力的来源。.铸坯弯曲或矫直力,承,铸坯在凝固过程中受弯曲(或矫直)载荷会使坯壳产生很大的应变因而采用多点或连续,,。弯曲(矫直)减少应变防止产生裂纹今支承辊不对中产生的附加应力,支承,,如支承辊的轴承错位辊轴线不平行或相邻辊架之间平行度不一致都会使坯壳中产生附。加的拉伸应力今相变应力凝,固过程的坯壳收缩是与铸坯横断面的坯壳厚度的温度分布有关的凝固壳的外层(温度较低),,,比内层(温度较高)收缩要快这样在外层产生了张应力而在内层产生压应力一直到铸坯表面和芯部无温度梯度为止。,另外坯壳收缩应力也与钢的相变有关钢由液态转变为固相过程中发生L分占分
8、y叶a的相变,原,。子结构由体心立方一面心立方~体心立方转变导致坯壳收缩或膨胀产生相变应力。临。.。当这些力作用在高温铸坯表面或凝固前沿产生的应力或应变量超过钢的或时就产生裂,,。纹可能是表面裂纹或内部裂纹然后在二冷区裂纹进一步扩展而裂纹的产生的部位取决于应力状态和钢的高温强度和塑性。因此,在设计连铸机和制定工艺时,应尽量使坯壳承受的应力处于最低水平和坯壳变形最小原则。(2)钢的高温性能,。,连铸过程中凝固坯
