包晶钢连铸专题-完成-2012.12.11

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1、包晶钢连铸一．包晶反应碳为0.09%～0.53％的铁碳合金都有包晶反应的发生；同素异晶转变由体心立方结构的铁素体变为面心立方结构的奥氏体相。晶格的致密度由68%，增大到74%，体积收缩。二．包晶相变机制凝固理论认为，包晶相变分为3个阶段：包晶反应阶段（L+δγ），包晶转变阶段（δγ），直接凝固阶段（Lγ）。2.1包晶反应阶段：奥氏体在液相与铁素体相界面形核的过程。2.2包晶转变阶段：固相原子扩散溶解并生长为包晶相的过程。2.3直接凝固阶段：液相直接在已存在的包晶相上生长增厚的过程。这三个阶段既有联系又有区别，

2、初生相与液相接触的地方发生包晶反应生成包晶相，凝固前沿包晶转变和直接凝固二者都可生成包晶相且密不可分，但在无液相的全部凝固部分，包晶相的转变全部由包晶转变而得。包晶反应阶段与直接凝固阶段，均有液相参与，液相金属的流动性弥补了凝固前沿的收缩，不会导致裂纹。包晶转变阶段由体心立方晶格转变为面心立方晶格，致密度增加，体积收缩，在没有液相补充的情况下，会引起铸件内部收缩，从而诱发铸件裂纹。三、包晶钢裂纹成因分析凝固收缩补偿理论将合金凝固过程分为准液相区、可补缩区、不可补缩区和晶间搭桥区4个阶段。准液相区：合金凝固初期

3、，枝晶间未形成连续的骨架，枝晶间液态金属流动性好。可补缩区：固相分数达到一定数值，各枝晶间形成连续骨架，经过合金的零强度温度（ZST）后，合金开始具备强度。不可补缩区：随固相分数的增大，枝晶间的液态金属流动性逐渐降低，经液相零补缩温度（LIT）后，枝晶间的液态金属不能相互流动。随温度的降低达到合金的零塑性温度（ZDT）。晶间搭桥区：合金的强度和塑性分别达到ZST和ZDT后，开始从零升高。是由于晶间搭桥的形成使晶间强度提高及晶粒参与变形而造成。从形成连续骨架起，这一凝固阶段称为准固相区。在ZST和ZDT温度附近

4、，是裂纹敏感的温度区间。在LIT以上，铸坯的凝固收缩由液体流动来补充，不会产生裂纹；在LIT以下，铸坯的收缩变形的不到补充，当实际变形超过材料允许变形铸坯就产生裂纹。根据包晶相的生长机制：包晶转变阶段由体心立方晶格转变为面心立方晶格，致密度增加，体积收缩，得不到液相补充，当实际变形超过材料允许变形铸坯就产生裂纹。四、亚包晶钢裂纹严重原因分析4.1C含量在0.09%-0.17%范围内的钢种称为亚包晶钢或凹陷钢。4.2原因分析1）包晶钢中初生相（δ）的生成量越多，为包晶转变提供的δ相的量越多，其转变产生的收缩量越

5、大，使铸坯产生裂纹的倾向性越大。2）亚包晶钢较低碳钢铸坯裂纹严重的原因：虽然低碳钢生成的δ相量多，但是低碳钢的包晶转变温度低于包晶反应温度，使的包晶转变温度避开了钢种的零强度和零塑性区，提高了钢的允许变形量，从而减少了铸坯裂纹的产生。此外，低碳钢的包晶转变是在组织全为δ相后才进行的。相对于亚包晶钢而言，包晶转变引起的收缩分布较均匀，坯壳多发生均匀收缩而不会引起铸坯的裂纹。亚包晶钢线收缩系数为9.8×10-5/℃，而C<0.09％时，δFe线收缩约为～2×10-5/℃，线收缩量增加3.8倍。3）亚包晶钢较过包晶

6、钢铸坯裂纹严重的原因：除生成的δ量少以外，根据平衡相图可知，包晶反应（L+δγ）后有剩余的液相：液相可直接转变为γ，并且液相的流动性可弥补凝固前沿的收缩。五、亚包晶钢表面缺陷及对策-表面凹陷及纵裂5.1形成的机理铸坯在结晶器上部先凝固成坯壳，坯壳与结晶器铜壁过早脱离形成气隙，导出的热流最小，坯壳最薄，易于表面形成凹陷；凝固收缩和钢水静压力不均衡作用，使薄的坯壳表面粗糙、折皱,严重时形成凹陷。凹陷部位冷却和凝固比其他部位慢，组织粗化，在热应力和钢水鼓胀力作用下，在凹陷处造成应力集中而产生裂纹。在二次冷却区继续扩

7、展。形成的基本条件：①初生坯壳厚度不均，在坯壳薄弱处产生局部应力集中②铸坯在快速凝固时的选份结晶和C、Mn、S、P等元素沿树枝晶的偏析，致使晶粒间的结合力不均，在外部应力超过其强度极限时，易于发生凹陷等质量缺陷。5.2影响因素及对策措施1）过热度：高过热度，在强制冷却制度下能加重凹陷和纵裂（资料表明，浇注钢水温度每升高10℃，结晶器内凝固坯壳厚度减少2mm）2）Mn/S比：提高钢种Mn/S比，可减少纵裂发生率。临界Mn/S比与S含量的关系：临界Mn/S比随钢中S含量下降而升高。确定MSC指数：MSC＞1可获得

8、较好的防止裂纹效果。MSC＜1，钢的韧性降低且固相线温度间距增大，裂纹敏感性增加。3）拉速：同一拉速条件下，铸件内弧比外弧更容易生成凹陷。拉速增加，因结晶器内坯壳厚度不均匀，结晶器导出热量并没有随拉速增加而上升，使得出结晶器时坯壳强度降低，如二冷强度大，进一步加剧缺陷的严重程度。对弧形连铸机，铸坯低倍结构具有不对称性，内弧柱状晶比外弧要长，即坯壳内外弧表面所受的热应力有较大差距。稳定拉速。4）保护渣