板坯缺陷原因

/板坯缺陷之二-《中厚板質量工程師手稿》—陳定乾（2011—０6-07１9:45：１9)轉載標簽:雜談分類：中厚板質量工程師手稿板坯缺陷

２、板坯裂紋據現場經驗，鑄坯表面存在深1㎜、長１0㎜的裂紋,會在后面的軋制工序中引起質量問題.ＹＢ/T2012-2004《連續(xù)鑄鋼板坯》的表面質量規(guī)定為：1、連鑄板坯表面不得有目視可見的重接、重疊、翻皮、結疤、夾雜、深度或高度大于3㎜的劃痕、壓痕、擦傷、氣孔、冷濺、皺紋、凸坑、凹坑和深度大于2㎜的裂紋，不得有高度大于5㎜的火焰切割瘤。2、連鑄板坯橫截面不得有影響使用的縮孔、皮下氣泡、裂紋。3、連鑄板坯表面如存在上述缺陷，應沿軋制方向清除,清除處應圓滑無棱角.清除寬度不得小于深度的6倍，長度不得小于深度的1０倍.表面清除的深度,單面不得大于連鑄板坯厚度的１0%，兩相對面清除深度之和不得大于厚度15％。清除深度自實際尺寸算起。4、如果清除深度大于厚度的4％,而清除處又不在連鑄坯寬度方向的中部1/3內時，可在連鑄板坯同一面上與長度方向的中心軸線對稱位置修磨相應的面積和深度。5、經供需雙方協商,連鑄板坯表面質量要求可在適當范圍內調整.板坯表面裂紋主要有：表面縱裂或角部縱裂、表面橫裂或角部橫裂、星裂。資料顯示：鋼的溫度與裂紋有關系，稱之為“鋼的高溫性能”。⑴鋼可分為三個延性區(qū):Ⅰ區(qū)凝固脆性區(qū)(Ｔｍ-1３50℃）,Ⅱ區(qū)高溫塑性區(qū)(1300-１000℃),Ⅲ區(qū)低溫脆化區(qū)（９０0—7０0℃)，Ⅰ區(qū)使鑄坯產生內裂紋，Ⅲ區(qū)使鑄坯產生表面裂紋.⑵外力作用為:結晶器坯殼與銅板摩擦力、鋼水靜壓力產生鼓肚、噴水冷卻不均勻產生熱應力、鑄坯彎曲或矯直力、支承輥不對中產生的機械力、相變應力，當這些力作用在高溫鑄坯表面或凝固前沿產生的應力或應變量超過鋼的σ臨或ε臨時就產生裂紋，然后在二冷區(qū)裂紋進一步擴展.⑶工藝性能為：澆注過熱度、雜質元素含量(Ｓ、Mn/S、Ｐ、Ｃu、Ｓｎ、Zｎ……）、二冷水量和鑄坯表面溫度分布、坯殼與結晶器銅板良好的潤滑性、結晶器液面的穩(wěn)定性、結晶器內坯殼均勻生長.設備性能：結晶器錐度、結晶器的振動（振動頻率f，振幅Ｓ，負滑脫時間tN）、氣水噴霧冷卻、對弧準確，防止坯殼變形（對弧誤差[0。5ｍm］）、在線檢測支承輥開口度（[0.５mｍ])、支承輥變形、多點矯直或連續(xù)矯直、多節(jié)輥、壓縮澆注等.外力、鋼的高溫性能、工藝性能和設備性能共同作用下產生缺陷.⑴表面縱向裂紋(見圖8)連鑄坯表面縱裂紋是指在鑄坯長度方向的裂紋。資料表明：縱裂一般發(fā)生在鑄坯內弧,長度有幾十毫米到幾百毫米,有的甚至貫穿，裂紋長度不小于100㎜,深有幾毫米,一般出現在鑄坯寬面中部,經常在Q235Ｂ等鋼種中出現，裂紋處有初次樹枝晶,一般可以通過按標準進行修磨(可參考YB/T20１2）給予去除。尺寸較小的裂紋,長度不大于20～30㎜，深度不大于１㎜,隨機出現在鑄坯寬面中部到1/4寬處，可用手砂輪修磨掉，如果不進行處理，鋼板上面會有裂紋，大多數可以輕微修磨消除。包晶鋼容易出現此種裂紋，從現場的實踐來看，〔Ｃ〕=0.1５～0.１６的鋼為多。技術人員認為縱裂紋有以下組織特點：與無裂紋部位相比,裂紋區(qū)的激冷層越薄，裂紋深度越大.產生原因是：

圖8連鑄坯表面縱裂紋⑵表面橫裂紋（見圖9）橫裂紋可位于鑄坯面部或角部。橫裂紋與振痕共生，深度2～４mm，可達7ｍm，裂紋深處生成FｅO。不易剝落,熱軋板表面出現條狀裂紋。振痕深，柱狀晶異常，形成元素的偏析層，軋制板上留下花紋狀缺陷.鑄坯橫裂紋常常被ＦｅO覆蓋,只有經過酸洗后,才能發(fā)現。橫裂紋產生于結晶器初始坯殼形成振痕的波谷處，振痕越深,則橫裂紋越嚴重。振痕波谷處，奧氏體晶界脆性增大，為裂紋產生提供了條件。鑄坯運行過程中,受到外力（彎曲，矯直，鼓肚,輥子不對中等）作用時，剛好處于低溫脆性區(qū)的鑄坯表面處于受拉伸應力作用狀態(tài)，如果坯殼所受的ε臨〉1.3%,在振痕波谷處就產生裂紋。C＝０。０8~0．１5%，坯殼厚度不均勻性強，振痕深,表面易產生凹陷或橫裂紋；生產實踐表明,C＝0。15～0.18％或0。15～0.2０%時,振痕淺了，鑄坯邊部橫裂減少；降低鋼中［Ｎ］，防止氮化物沉淀。結晶器振動頻率f增加,振痕變淺,橫裂紋減少。負滑脫時間增加，振痕深度增加。結晶器液面波動增加，橫裂紋加重。保護渣耗量增加,橫裂紋減少。調整二冷水分布，在矯直前鑄坯溫度＞９０0℃,避開脆性區(qū)，合適二冷水量并降低鑄坯橫向溫度差,尤其是角部溫度。

圖9表面橫裂紋⑶表面星狀裂紋（見圖10)表面星狀裂紋指在連鑄坯表面呈星狀或網狀（也稱雞爪形）,一般深度小于10㎜，有時陷藏于氧化鐵皮下不容易被發(fā)現,板坯入庫目測檢查只容易發(fā)現大縱裂、邊部橫裂紋，星裂往往被放過去，案例中采用六西格瑪分析方法，對裂紋的判斷進行了一些討論,也許對今后的工作有所裨益。星裂經酸洗或噴丸后才出現在鑄坯表面。星裂可能會引發(fā)鋼板表面的龜裂、星裂等形式的裂紋。星裂可以通過鋼坯清理、鋼板表面修磨消除。金相觀察表明，裂紋沿初生奧氏體晶界擴展。裂紋中充滿FeO,軋制成品板材表面裂紋走向不規(guī)則，成彌散分布，細若發(fā)絲，深度很淺,最深達1．1mm.形成原因是:在摩擦力作用下，高溫凝固坯殼與結晶器銅板接觸,銅元素吸附在高溫坯殼上，Ｃu熔點是10４０℃，并在坯殼表面氧化鐵皮下的某一區(qū)域集,在1100℃下，其中有一部分液體。銅熔化沿著開裂的奧氏體晶界滲入，鑄坯出結晶器后受應力后被脆化。在裂紋里發(fā)現有銅（Cu＝1.6%）.鋼中含Cu＝0.0５～0。２%，高溫鑄坯由于Ｆe氧化，在FeO皮下形成含Ｃu的富集相（7０％Ｃu，1５%Ni,10％Sn，5?）熔點低,形成液相沿晶界穿行，在高溫時（1100～１20０℃）具有最大的裂紋敏感性。結晶器內和出結晶后的強冷會產生應力，使裂紋更重,即使沒有銅元素,保護渣的變化也會導致裂紋（見案例４)。對于高強度鋼中含有Aｌ、V和Ｎb等元素,形成氮化物沉淀以及硫化物在晶界沉淀.資料認為由于降低了晶界的強度，引起晶界脆化,導致星狀裂紋產生。表面網狀裂紋也有不含Cｕ也不含保護渣，當鋼水中［H］＞5．5ppm出現網狀裂紋廢品,當[H]＞10－11ppm,網狀裂紋廢品增加,降低鋼中[H］，降低［S］,提高Mn/S比,可使網狀裂紋明顯減少。樹枝晶間富集S→奧氏體晶界富集有(Fe，Mｎ)Ｓ(Mｎ2８－２９％,Fe３4-3５%,Ｓ３6%）,熔點98０－10０0℃，晶界形成硫化物液體薄膜，在外力作用下形成網狀裂紋.降低［S],提高Ｍn/S比,延長加熱時間，提高加熱溫度,使晶界(Fｅ，Mｎ）S轉變?yōu)椋蚽S,軋制板材無裂紋。??圖10星狀裂紋

⑷表面凹坑(見圖１1）鑄坯表面的凹坑,是在結晶器內產生的，有兩種可能：一是保護渣熔化效果不好，導致結團,出結晶器后脫落導致；二是澆鋼工在澆注過程中，挑保護渣條不當導致。HYPＥRLINK””\ｌ＂blｏｇid=624233360１０1７ｘaｂ&url=＂＼ｔ”_blanｋ”

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圖11表面凹坑3、氣泡氣泡一般分成兩種，一種是針孔狀氣泡,另一種是蜂窩狀氣泡。針孔狀氣泡形貌特征是，鑄坯酸浸試面或硫印圖上呈現針孔狀黑斑，由于鋼液裹入氣體而形成；蜂窩狀泡形貌特征是，鑄坯酸浸試面或硫印圖上角部呈現方向垂直鑄坯表面的條狀和橢圓狀氣孔,因鋼液脫氧不良或澆鑄系統(tǒng)潮濕而產生.如果在軋制中不能焊合，形成中間裂紋,造成鋼板探傷不合及分層，或切削加工后出現裂紋。一般認為鋼水脫氧不足是產生氣泡的主要原因，從碳的氧勢圖中看,隨著溫度的降低，碳氧反應的平衡會發(fā)和生移動，鋼中C-O平衡被破壞，由C－Ｏ反應生成一氧化碳氣體，當一氧化碳氣體的分壓大于鋼液靜壓力與大氣壓力之和時，就產生一氧化碳氣泡。在鋼液的凝固過程中,這些氣泡被樹枝晶捕集或受到已凝固表面層的阻礙而不能從鋼坯中逸出，就會在鋼坯中富集,凝固時就會形成鑄坯皮下氣泡。另外,鋼水中的氣體含量高(尤其是氫）也是生成氣泡的一個重要原因,這些通過各種方式溶解在鋼液中的氣體,隨著鋼水溫度的降低,在鋼中溶解度下降,就會從鋼液中析出,產生氣泡。氣泡的嚴重程度與鋼水中氣體含量多少有關。鋼中氣體含量少時常常產生鑄坯皮下不足1mm的皮下針孔。僅僅分布于鑄坯皮下深約１５mm的范圍內。鋼中氣體含量大時則出現直徑較大的大氣泡,并且分布在整個鑄坯斷面上,甚至于裸露于鑄坯表面。圖１２20CrMnTi與表面相通的兩個皮下氣泡金相形態(tài)，弧形白色區(qū)為高溫氧化鐵素體

圖1４鋼板上的氣泡連鑄氣泡原因分析及預防措施在鑄坯坯表皮以下,沿柱狀晶方向生長的孔洞稱為氣泡。接近于鑄坯表面，相對比較小的氣泡且密集分布的稱之氣孔。根據氣泡位置，將露出表面的稱之為表面氣泡，不漏出表面的稱之為皮下氣泡.鋼水脫落不良是產生氣泡的主要原因,而鋼中氣體含量高（主要是氫）也是形成氣泡的一個重要原因。另外出鋼、澆注過程空氣、水分的帶入也會產生氣泡。由于發(fā)生的位置不同，通常把露出鑄坯表面的氣泡稱為表面氣泡;把潛伏在鑄坯表面下邊而又靠近表面的稱為皮下氣泡。前者在未經清理的鑄坯表面即可觀察到,而后者只有在對鑄坯表面進行清理之后才可觀察到。當氣泡直徑較小但密集在一定面積時稱為針孔。當連鑄坯有氣泡缺陷時，在進一步軋制過程中，會在軋材表面形成鱗狀折疊缺陷，因此對有氣泡缺陷的鑄坯應進行修磨處理.

鑄坯表面氣泡形成的原因，一般是在凝固過程中，鋼中的氧、氫、氮和碳等元素在凝固界面富集.當其生成的ＣO，H2,N2等氣體的總壓力大于鋼水靜壓力和大氣壓力之和時,就會有氣泡形成。如果這些氣泡不能及時從鋼中逸出，就會存在于鑄坯表面或皮下成為氣泡缺陷。連鑄坯脫氧不足(鋼中殘鋁量小于0。0015%)往往是生成鑄坯表面或皮下氣泡的重要原因。此外操作因素對氣泡缺陷也有一定影響，如在冶煉末期終點控制不當，鋼水過氧化，或者出鋼時間長，澆注溫度高,以鋼包和耐火材料烘烤不良等，都會使鋼中溶解的氣體增加,并導致形成鑄坯氣泡的危險。

?為了防止鑄坯表面氣泡孔的生成，首要條件是控制鋼中總的氣體含量.為避免發(fā)生表面和皮下氣泡，鋼中氧的活度應小于一極限值。當鋼中含炭量一定時，此極限值和鋼中含[Ｈ]量與含[Ｎ］量有關.隨著鋼中［H］和[N］的增加,此極限值降低。因此加強限制和控制鋼中[Ｈ］和［N]的含量,對生產無氣泡缺陷的鑄坯是必要的?？刂平Y晶器中鋼液面的波動，對減少鑄坯針孔也很重要。在自動控制液面情況下,鑄坯的針孔數比手動澆注情況下大為減少。近年來發(fā)展的結晶器電磁攪拌技術(M－-EＭS），可以促使氣體從凝固界面逸出,因而可減少鑄坯表面和皮下氣泡的形成。

?a在實際生產中，產生氣泡的常見原因

⑴脫氧不良，當鋼中溶解鋁大于０。008%就可防止CO氣泡產生.

?（2)鋼水過熱渡大.??(3）兩次氧化，空氣中水汽吸入。??⑷保護渣水分超標。?

⑸結晶器上口滲水。

⑹結晶器潤滑油過量.?

⑻中間包襯(絕熱板)潮濕。??一般整爐鑄坯出現氣泡是由于鋼水脫氧不足所引起的，中間包開澆第一爐的前面數鑄坯出現氣泡，是由于絕熱板潮濕或粘結劑分解向鋼水增氫所致.對于連續(xù)出現的氣泡缺陷，應檢查保護渣水分（要求小于0．5％）和結晶器上口是否滲水。??b采取的措施

?⑴冶煉鎮(zhèn)靜鋼一定要脫氧安全，防止在澆注過程中產生CＯ。??⑵確定正確的出鋼溫度,防止高溫出鋼。??⑶采用無氧化澆注,防止鋼水吸氣。?

⑷鋼包、中間包、水口要烘烤、去潮。?

Ｆ雙澆??鑄坯表面在水平方向呈現的不連續(xù)重接痕跡為“雙澆”（或重接),對接位置往往是由于中斷澆注造成的。

a產生雙澆原因?

(1)生產中操作不當，如：水口堵塞、更換浸入式水口、拉坯故障停車等。在彎月面形成不連續(xù)凝殼,繼而再澆都會造成雙澆缺陷。重接(雙澆)處在軋制時不能焊合應該切除。

（2）結晶器的注流突然停澆，或瞬間停止拉坯。如果停澆時間過長,就會在鑄坯表面形成明顯的重接。?

（3）鋼水太粘、溫度過低、水口堵塞、注流偏離等都可能引起重皮。?

ｂ防止雙澆措施

?減少注流中斷的時間是防止雙澆的唯一措施。

?G翻皮

?凝殼在結晶器內發(fā)生輕微破裂時，會有少量鋼水流出來,彌合裂口，鑄坯表面有橫向的折疊狀,好像貼了一層皮似的，稱之為翻皮或重皮,嚴重將導致漏鋼.??ａ常見的原因

（1）操作不當引起的結晶器內潤滑不足或短時間拉速過快造成的潤滑不足.

?(２）結晶器彎月面出的鋼管內壁有變形和凹坑（大于0。5mm）.

（3）燒氧造成的毛糙，形成掛鋼。?

（4)溫度過高，凝殼薄，易撕裂.

?（5）結晶器上口或邊角出有滲漏水。

?(６)結晶器震動參數選擇不當。??由于結晶器銅管內壁上部掛鋼所造成的翻皮是連續(xù)出現的,由于操作因素（潤滑不足，過熱度大）所造成的翻皮是個別的、繼續(xù)的。??ｂ采取的措施

（１）穩(wěn)定拉速,潤滑好結晶器。??（2）對結晶器的使用要嚴格把關,其參數誤差超過規(guī)程嚴禁使用。

?(3）嚴格按澆注制度澆鋼,超過鋼種要求的澆鑄溫度上限應拒澆。

?H振痕異常

鑄坯側面正常的振痕是呈波浪狀等距離地分布在鑄坯表面,如果振痕不是水平線,而是在離鑄坯角部很短的距離處,變成模糊的變形曲線，再在靠近相對的角部重新變成水平線狀，這就是異常振痕,有時異常振痕表現為振痕過深，類似“橫溝”的現象。在連鑄過程中，為了避免坯殼與結晶器壁粘結，通常連鑄機都設有結晶器振動裝置,由于結晶器上下往復運動,在鑄坯表面形成周期性的和拉坯方向垂直的震動痕跡。他是在坯殼不斷的不斷的被拉破又不斷重新焊合的過程中形成的,若振痕深度較淺（小于0.5mm)，而且比較規(guī)則的話,在鑄坯進一步加工時不會形成的缺陷。但是如果振痕較深,在振痕谷部往往潛伏著橫裂、夾渣和針孔等缺陷,這些缺陷將危害成品質量,在這種情況下，就構成了鑄坯的“深振痕”表面缺陷。[NｅｘtＰage］?

研究工作證實,振痕深度和振動參數（頻率、振幅、負滑動時間等）、鋼中含炭量、保護渣性能以及結晶器液面波動狀態(tài)等因素有關，隨著震動頻率的增加振幅的減小，振痕深度變小,因而采用高頻率小振幅的振動方式，可顯著改善鑄坯表面質量，鋼中含碳量對振痕的影響。顯然低碳鋼（０.1％左右時）鑄坯的振痕最深。這種情況和前邊已多次提到的低碳鋼坯殼表面粗糙不平有關.調解保護渣粘度，降低保護渣消耗量，也有利于減小振痕深度.??一些研究工作證實，當結晶器內彎月面處液面保持高溫時，可顯著減小振痕深度,改善鑄坯表面質量.為此，近年國外研制一種帶有不銹鋼插件的熱頂結晶器。使用這種新型結晶器，可顯著改善振痕深度。

?a振痕異常原因?

（1）結晶器震動異常是造成振痕異常的根本原因。?

（2)結晶器銅管內表面不平整，特別是彎月面處有溝槽。??(３）結晶器內潤滑不當也會造成振痕異常。?

(４）操作不當引起。

?ｂ采取的措施?

（1）嚴格檢查結晶器的震動系統(tǒng)，防止出現震動異常.

?（2）加強對結晶器的管理，防止結晶器帶病工作。

（3）加強對結晶器的潤滑。

?I冷濺

?由于金屬?

Ｉ冷濺

?由于金屬小顆粒夾在鑄坯和結晶器壁之間,在鑄坯表面形成分廠粗糙的凹痕面，稱之為冷濺。

a造成冷濺的原因

（1）

敞口澆注時鋼流的噴濺粘到結晶器的表面的冷鋼嵌入凝固殼。

?(2）

結晶器液面波動太大，把渣中的不容物卷入凝固殼。?

（3)

澆注過程中燒氧操作不當使液滴飛濺到結晶器壁上.

?b采取的措施?

（１)

穩(wěn)定結晶器液面，防止液面波動量過大。?

(2）

防止鑄流堵塞，正確澆氧,以免液滴飛濺到結晶器壁上。??(3）

采用保護澆注，提高自開率.

Ｊ滲漏??出現在鑄坯表面的(成串的）鋼液凝滴,稱為滲漏.

ａ滲漏的原因??

(1)

凝殼上的小裂紋，可能發(fā)生在結晶器內或二次冷卻裝置上部?

(2)

其他一些缺陷及事故造成的滲漏。發(fā)生滲漏時，如果不及時對結晶器或二次冷卻加強冷卻,

就將會發(fā)生漏鋼，它是許多缺陷或事故的預警報。

?b采取的措施

結晶器及二冷供水合適。??K擦傷

?在鑄坯表面沿拉環(huán)坯方向連續(xù)或部連續(xù)的劃痕稱為擦傷,其深度和寬度不一，引成原因主要是外來的損傷，加之拉速太快、鑄坯溫度過高，鑄坯表面在高溫狀態(tài)時硬度較低所至.??a生產中造成擦傷的原因

(１）結晶器下有異物，劃傷鑄坯。

（２)足輥或導向輥旋轉不良，時轉時不轉，附有氧化鐵而造成鑄坯損傷.

（３）因漏鋼后冷鋼、硬渣粘附在輥子上未及時清理,與鑄坯摩擦劃傷。?

(4)拉矯水套處氧化鐵堆積過多。

?（5）采用液壓剪切機時剪機套口附近有異物所至.?

（2）角部縱向裂紋。這種裂紋在方坯中較常出現.發(fā)生這種裂紋的原因和方坯的形狀缺陷。當鑄坯發(fā)生脫方時，在其鈍角處冷卻速度快,較早收縮形成氣隙，隨后此處坯殼的生長受氣隙影響厚度交薄,當其受到橫向拉應力的作用時,即形成角部縱裂紋。當結晶器某些參數設計不當，圓角半徑過大，倒錐度過小，或者因結晶器使用次數較多變形量較大時,都會使鑄坯角部冷卻不均勻，并誘發(fā)角部縱裂紋的發(fā)生.適當增大結晶錐度,使用凹面結晶器提高鑄坯角部散熱率，在二冷區(qū)對鑄坯均勻冷卻，防止鑄坯脫方，都有助于減少角部縱裂紋的發(fā)生.?

(3)表面橫裂紋(和角部橫裂紋）。表面橫裂紋多發(fā)生在弧形聯主機