1、連鑄坯表面裂紋形成及防止 宋曄宋曄內容內容1 前言前言 2 鑄坯表面縱裂紋鑄坯表面縱裂紋 3 鑄坯表面橫裂紋鑄坯表面橫裂紋 4 鑄坯表面星形裂紋鑄坯表面星形裂紋 5 結論結論 1.前言 連鑄坯質量概念：連鑄坯質量概念： 鑄坯潔凈度（夾雜物數量、類型、尺寸、鑄坯潔凈度（夾雜物數量、類型、尺寸、分布）分布） 鑄坯表面質量（表面裂紋、夾渣、氣孔）鑄坯表面質量（表面裂紋、夾渣、氣孔） 鑄坯內部質量（內部裂紋、夾雜物，中鑄坯內部質量（內部裂紋、夾雜物，中心疏松、縮孔、偏析）心疏松、縮孔、偏析） 鑄坯形狀缺陷（鼓肚、脫方）鑄坯形狀缺陷（鼓肚、脫方） 1.前言 鑄坯裂紋是影響連鑄機產量和鑄坯鑄坯裂紋是影響連

2、鑄機產量和鑄坯質量的主要缺陷。據統計鑄坯各類缺質量的主要缺陷。據統計鑄坯各類缺陷中的陷中的50為裂紋。鑄坯出現裂紋，為裂紋。鑄坯出現裂紋，重者會導致漏鋼和廢品，輕者需進行重者會導致漏鋼和廢品，輕者需進行精整。精整。 2 鑄坯表面縱裂紋2.1 板坯表面縱裂紋特征板坯表面縱裂紋特征 表面縱裂紋可能發生在板坯寬面中心區域或寬面到表面縱裂紋可能發生在板坯寬面中心區域或寬面到棱邊的任一位置產生。圖棱邊的任一位置產生。圖21為板坯寬面中心區域的為板坯寬面中心區域的縱裂紋和縱裂紋的顯微形貌。以縱裂紋和縱裂紋的顯微形貌。以2501200mm（C=0.08%）板坯為例：）板坯為例： 細小縱裂紋：寬度細小縱裂紋：

3、寬度1-2mm，深度，深度3-4mm，長，長100mm左左 右。右。 寬大縱裂紋：寬度寬大縱裂紋：寬度10-20mm，深度，深度20-30mm，長度有，長度有 幾米，嚴重時會貫穿板坯而報廢幾米，嚴重時會貫穿板坯而報廢2 鑄坯表面縱裂紋l綜合分析表明縱裂紋有以下特征：綜合分析表明縱裂紋有以下特征：（1） 產生縱裂紋的表面常伴有凹陷（產生縱裂紋的表面常伴有凹陷（depression），縱），縱 裂紋的嚴重性與表面凹陷相對應。裂紋的嚴重性與表面凹陷相對應。（2） 裂紋沿樹枝晶干方向擴展。裂紋沿樹枝晶干方向擴展。（3） 裂紋內發現有硅、鈣、鋁等元素的夾雜物。裂紋內發現有硅、鈣、鋁等元素的夾雜物。（4）

4、 在裂紋周圍發現有在裂紋周圍發現有P，S，Mn的偏析的偏析（5） 在裂紋邊緣出現有一定的脫碳層，說明裂紋是在高在裂紋邊緣出現有一定的脫碳層，說明裂紋是在高 溫下形成擴展的。溫下形成擴展的。 2 鑄坯表面縱裂紋 圖2-1 板坯表面縱裂紋形貌 2 鑄坯表面縱裂紋2.2 表面縱裂紋產生的原因表面縱裂紋產生的原因 板坯橫斷面低倍檢驗指出，縱裂紋起源于激冷層薄弱處（約板坯橫斷面低倍檢驗指出，縱裂紋起源于激冷層薄弱處（約2- 3mm）。）。 結晶器的模擬試驗指出，縱裂紋起源于結晶的彎月面區（幾十毫結晶器的模擬試驗指出，縱裂紋起源于結晶的彎月面區（幾十毫 米到米到150mm）周邊坯殼厚度薄弱處。這說明縱裂紋

5、起源于結晶）周邊坯殼厚度薄弱處。這說明縱裂紋起源于結晶器器 的彎月面區初生凝固殼厚度的不均勻性。由于受力的作用：的彎月面區初生凝固殼厚度的不均勻性。由于受力的作用： （1）板坯凝固殼四周溫度不均勻而產生的收縮力。）板坯凝固殼四周溫度不均勻而產生的收縮力。 （2）板坯收縮由鋼水靜壓力產生的鼓脹力。）板坯收縮由鋼水靜壓力產生的鼓脹力。 （3）寬度收縮受側面約束產生的彎曲應力。）寬度收縮受側面約束產生的彎曲應力。 這些力的的綜合作用在坯殼上，當張應力超過鋼的高溫允許的這些力的的綜合作用在坯殼上，當張應力超過鋼的高溫允許的強度，則就在坯殼薄弱處萌生裂紋，出結晶器后在二冷區繼續擴展。強度，則就在坯殼薄弱

6、處萌生裂紋，出結晶器后在二冷區繼續擴展。 2 鑄坯表面縱裂紋在結晶器彎月面區坯殼厚度生長不均勻的主要原在結晶器彎月面區坯殼厚度生長不均勻的主要原因是：因是：（1）包晶相變（）包晶相變（L+）收縮特征，氣隙過早形成，）收縮特征，氣隙過早形成， 導致坯殼生長不均勻。導致坯殼生長不均勻。（2）工藝因素影響結晶的坯殼生長不均勻。）工藝因素影響結晶的坯殼生長不均勻。 顯然要防止產生縱裂紋，就是要使結晶的彎月面初顯然要防止產生縱裂紋，就是要使結晶的彎月面初生坯殼厚度均勻，避免坯殼產生應力梯度。要做到這點，生坯殼厚度均勻，避免坯殼產生應力梯度。要做到這點，對于包晶相變的收縮特征是由對于包晶相變的收縮特征是由

7、Fe-C相圖決定的，人為相圖決定的，人為無法改變，而重要的是準確控制影響結晶的初生坯殼生無法改變，而重要的是準確控制影響結晶的初生坯殼生長的工藝因素，來防止產生縱裂紋。長的工藝因素，來防止產生縱裂紋。 2 鑄坯表面縱裂紋2.3 影響表面縱裂紋產生的因素影響表面縱裂紋產生的因素（1） 鋼水成分鋼水成分 S0.015%，縱裂紋增加（圖，縱裂紋增加（圖2-2）；）； C=0.120.15%，縱裂紋產生嚴重（圖，縱裂紋產生嚴重（圖2-3） 圖2-2 鋼中S與裂紋指數的關系 2 鑄坯表面縱裂紋圖2-3 含碳量對板坯寬面縱裂紋的影響2 鑄坯表面縱裂紋（2） 拉速拉速l 拉速增加，縱裂紋指數增加（圖拉速增加

8、，縱裂紋指數增加（圖2-4）；）； 圖2-4 拉速對縱裂紋的影響2 鑄坯表面縱裂紋（3） 保護渣保護渣 液渣層厚度液渣層厚度10mm，縱裂紋增加（圖，縱裂紋增加（圖2-5）。）。 圖2-5 液渣層厚度對縱裂紋的影響2 鑄坯表面縱裂紋（4） 結晶器液面波動結晶器液面波動l 液面波動液面波動5mm，縱裂紋最少（圖，縱裂紋最少（圖2-6）；）； 圖2-6 結晶器液面波動對縱裂紋的影響 2 鑄坯表面縱裂紋2.4. 防止表面縱裂紋措施防止表面縱裂紋措施防止縱裂紋產生的根本措施，就是使結晶器彎月防止縱裂紋產生的根本措施，就是使結晶器彎月面區面區域坯殼生長厚度均勻。域坯殼生長厚度均勻。（1） 結晶器初始坯殼

9、均勻生長結晶器初始坯殼均勻生長l合適結晶器錐度合適結晶器錐度l調節結晶器水量和進出水溫度，控制結晶器彎調節結晶器水量和進出水溫度，控制結晶器彎月面銅板溫度為恒定值。月面銅板溫度為恒定值。)(221TTWW2 鑄坯表面縱裂紋（2） 結晶器鋼水流動的合理性結晶器鋼水流動的合理性l 液面波動液面波動35mml 浸入式水口對中，防止偏流浸入式水口對中，防止偏流l 合理的浸入式水口設計（合適的出口直徑，傾角）合理的浸入式水口設計（合適的出口直徑，傾角）l 合適的水口插入深度合適的水口插入深度（3） 結晶器振動結晶器振動l合適的頻率和振幅合適的頻率和振幅2 鑄坯表面縱裂紋（4） 出結晶器鑄坯運行出結晶器鑄

10、坯運行l 二次冷卻均勻性二次冷卻均勻性（5） 調整鋼水成分調整鋼水成分l 鋼中碳含量避開包晶區，鋼中碳含量避開包晶區，C向下線或上線控制向下線或上線控制l鋼中鋼中S0.015%l 殘余元素殘余元素Cu、As、Zn控制控制900，避開脆性區，避開脆性區（圖（圖3-4）；）； l 合適二冷水量并降合適二冷水量并降低鑄坯橫向中心與邊低鑄坯橫向中心與邊部溫度差，尤其是避部溫度差，尤其是避免角部溫度過低。免角部溫度過低。 圖3-4 矯直溫度與橫裂紋關系 3 鑄坯表面橫裂紋3.4 防止橫裂紋措施防止橫裂紋措施（1） 采用高頻率采用高頻率,小振幅結晶器振動小振幅結晶器振動 為防止橫裂紋為防止橫裂紋,就要減淺

11、振痕就要減淺振痕,則必須降低則必須降低,要要降低降低,則必須采用高頻率則必須采用高頻率 (100400min-1),小振幅小振幅(5mm)的結晶器振動機構。的結晶器振動機構。（2） 合適的二次冷卻水量合適的二次冷卻水量 根據鋼種不同根據鋼種不同,二冷配水量分布應使鑄坯表面二冷配水量分布應使鑄坯表面溫度分布均勻溫度分布均勻,應盡量減少鑄坯表面和邊部溫度差。應盡量減少鑄坯表面和邊部溫度差。采用動態二冷配水模型。采用動態二冷配水模型。（3） 合適鑄坯轎直溫度，以避開脆性區。合適鑄坯轎直溫度，以避開脆性區。4 鑄坯表面星形裂紋 4 鑄坯表面星形裂紋鑄坯表面星形裂紋4.1鑄坯表面星形（網狀）裂紋特征鑄坯

12、表面星形（網狀）裂紋特征l 裂紋位于鑄坯表面被裂紋位于鑄坯表面被FeO覆蓋，經酸洗后才能發現。覆蓋，經酸洗后才能發現。表面裂紋分布無方向性，形貌呈網狀（圖表面裂紋分布無方向性，形貌呈網狀（圖4-1），裂紋），裂紋深度可達深度可達1-4mm，有的甚至達，有的甚至達20mm。 l金相觀察表明，裂紋沿初生奧氏體晶界擴展。裂紋中充金相觀察表明，裂紋沿初生奧氏體晶界擴展。裂紋中充滿滿FeO，軋制成品板材表面裂紋走向不規則，成彌散分，軋制成品板材表面裂紋走向不規則，成彌散分布，細若發絲，深度很淺，最深布，細若發絲，深度很淺，最深 達達1.1mm。必須進行。必須進行人工修復。人工修復。 圖4-1 鑄坯表面的

13、網狀裂紋4 鑄坯表面星形裂紋4.2鑄坯表面星形裂紋產生原因鑄坯表面星形裂紋產生原因 鑄坯表面星形裂紋沿一次晶界分布，裂紋邊界有脫鑄坯表面星形裂紋沿一次晶界分布，裂紋邊界有脫C現象，說明現象，說明是在結晶器內高溫下（是在結晶器內高溫下（1400C）坯殼奧氏體轉變之前形成的。）坯殼奧氏體轉變之前形成的。 對于鑄坯表面星狀裂紋形成的原因，有不同的觀點，大致有以下對于鑄坯表面星狀裂紋形成的原因，有不同的觀點，大致有以下看法：看法：（1） 銅滲透和銅富集銅滲透和銅富集l 銅滲透銅滲透 結晶器下部。銅板渣層破裂，發生固結晶器下部。銅板渣層破裂，發生固/固摩擦接觸，固摩擦接觸，Cu局部粘附在局部粘附在坯殼上

14、，坯殼上，Cu熔點是熔點是1040，Cu熔化沿奧氏體晶界滲透，熔化沿奧氏體晶界滲透， 晶界破晶界破坯而失去塑性，產生熱脆現象。在裂紋里發現有銅（坯而失去塑性，產生熱脆現象。在裂紋里發現有銅（Cu=1.6%），），也證明了這點。也證明了這點。l 銅富集銅富集 鋼中含有鋼中含有Cu=0.050.2%，高溫鑄坯由于，高溫鑄坯由于Fe氧化，在氧化，在FeO皮下皮下形成含形成含Cu的富集相的富集相 (70% Cu，15%Ni，10%Sn，5% Fe)熔點低，熔點低，形成液相沿晶界穿行，在高溫時形成液相沿晶界穿行，在高溫時(11001200)具有最大的裂紋具有最大的裂紋敏感性。敏感性。 4 鑄坯表面星形裂

15、紋（2） 表面凹陷和不規則褶皺（振痕）表面凹陷和不規則褶皺（振痕）l 板坯表面有凹陷和不規則振痕，清理后，發現有的分布板坯表面有凹陷和不規則振痕，清理后，發現有的分布細小裂紋，裂紋深度細小裂紋，裂紋深度2mm，發現含有，發現含有SiAlCaNa的的氧化物。在軋材表面會遺傳有像頭發絲細小裂紋，有時還氧化物。在軋材表面會遺傳有像頭發絲細小裂紋，有時還會發現有會發現有Al2O3、SiO2、NaK類似于保護渣。類似于保護渣。（3） 晶間硫化物脆性晶間硫化物脆性l 樹枝晶間富集樹枝晶間富集S奧氏體晶界富集有（奧氏體晶界富集有（Fe,Mn）S(Mn 28-29%,Fe34-35%,S 36%), 熔點熔點

16、980-1000，晶界形成硫，晶界形成硫化物液體薄膜，化物液體薄膜， 在外力作用下形成網狀裂紋。在外力作用下形成網狀裂紋。4 鑄坯表面星形裂紋4.3 防止星形裂紋措施防止星形裂紋措施 （1）Cu-Ag, Cr-Zr-Cu結晶器銅板結晶器銅板+鍍鍍Ni或鍍或鍍Cr。 （2）針對鋼成分對裂紋的敏感性，將）針對鋼成分對裂紋的敏感性，將C，S，Mn/S，N 含量控制在合理范圍。含量控制在合理范圍。 （3）澆注工藝參數的優化，合適的澆注溫度，拉速，）澆注工藝參數的優化，合適的澆注溫度，拉速， 二冷水量。二冷水量。 （4）合適的保護渣性能。）合適的保護渣性能。 （5）連鑄機設備狀況（與防縱橫裂紋措施相同）。）連鑄機設備狀況（與防縱橫裂紋措施相同）。 5結論（1）連鑄坯產生裂紋主要決定于）連鑄坯產生裂紋主要決定于: 鋼成分對裂紋敏感性、鋼成分對裂紋敏感性、 澆注工藝條件、連鑄機設備狀況。澆注工藝條件、連鑄機設備狀況。（2）帶液芯連鑄坯在連鑄機內運行過程中受外力作用是）帶液芯連鑄坯在連鑄機內運行過程中受外力作用是 坯殼產生裂紋的外因坯殼產生裂紋的外因,鋼的高溫力學行為是產生裂紋鋼的高溫力學行為是產生裂紋 的內因的內因,而設備、工藝因素是產生裂紋的條件。而設備