方坯內(nèi)部質(zhì)量的研究

方坯內(nèi)部質(zhì)量講課人：余德河電話-mail:Yudehe001@163.com余德河簡(jiǎn)介：

1、國(guó)家高級(jí)質(zhì)量工程師

2、東北大學(xué)材料工程學(xué)士，北京科技大學(xué)冶金工程碩士。

3、主要從事材料的物理分析、研發(fā)、工藝開(kāi)發(fā)及質(zhì)量管理等工作。小故事：某小鎮(zhèn)有一加油站，有一天先后來(lái)了兩個(gè)外地人，都問(wèn)到加油工同一個(gè)問(wèn)題：“這個(gè)鎮(zhèn)的人容易相處嗎？”加油工并不是直接回答問(wèn)題，而是先問(wèn)：“你們那的人好相處嗎？”第一個(gè)人回答說(shuō)：“我們那的人不好相處?！奔佑凸t告訴他：“我們這的人也不好相處?！碑?dāng)?shù)诙€(gè)人回答時(shí)，他說(shuō)：“我們那的人很好相處。”加油工的回答是：“我們這的人也很好相處?！?/p>

你對(duì)鋼鐵的態(tài)度決定了它對(duì)你的回報(bào)。前言主要內(nèi)容方坯的凝固組織方坯的主要內(nèi)部缺陷控制內(nèi)部質(zhì)量的措施方坯凝固組織激冷層柱狀晶等軸晶方坯的主要內(nèi)部缺陷

中心偏析中心疏松和縮孔連鑄坯中心偏析是指位于鑄坯中心部位的碳、磷、硫、錳等元素集聚變化而使含其突然升高(成分出格)的偏析現(xiàn)象。方坯中心部位的偏析狀況

中心疏松和縮孔中心偏析形成機(jī)理

——“小鋼錠”理論“小鋼錠”結(jié)構(gòu)形成示意圖

內(nèi)部缺陷對(duì)內(nèi)部質(zhì)量造成的危害

對(duì)鋼成材的影響

造成分層、斷口不合格使鋼報(bào)廢

增加裂紋和疏松的敏感性

對(duì)鋼性能的影響

降低鋼材綜合性能

使鋼材出現(xiàn)各向異性

降低鋼材韌性

引起鋼材氫脆，降低耐腐蝕性能

降低鋼材疲勞性能

惡化鋼材穿孔性能

容易引起焊裂，影響焊接性能內(nèi)部質(zhì)量的控制1、鋼液成分的控制

2、過(guò)熱度的控制

3、拉速的控制

4、采用電磁攪拌技術(shù)

5、二次冷卻制度

6、采用輕壓下技術(shù)

1、鋼液成分的控制

碳含量的控制

鋁含量的控制

減少易偏析元素的含量

增加細(xì)化晶粒的元素

降低液態(tài)鋼碳當(dāng)量，消除馬氏體形成含碳量對(duì)等軸晶率的影響橫斷面化學(xué)成分偏析曲線澆注溫度對(duì)鑄坯的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部質(zhì)量的影響注溫

過(guò)冷度激冷層凝固前沿溫度梯度兩相區(qū)柱狀晶坯殼厚度的均勻性中心縮孔中心疏松中心偏析高小薄大窄寬不均勻大高高低大厚小寬窄均勻小低低3、拉速的控制拉速對(duì)化學(xué)成分偏析程度的影響不同拉速下中心疏松評(píng)級(jí)比較4、采用電磁攪拌技術(shù)Metallurgicalbenefitsofelectromagneticstirring

電磁攪拌的組合及應(yīng)用電磁攪拌對(duì)等軸晶帶的影響電磁攪拌對(duì)鑄坯內(nèi)在質(zhì)量的影響5、二次冷卻制度鑄坯表面?zhèn)鳠岱绞?/p>

二冷水的分配

對(duì)于普碳鋼、低合金鋼，冷卻強(qiáng)度一般為1.0~1.5L/kg；中碳鋼、高碳鋼、合金鋼冷卻強(qiáng)度為0.6~0.8L/kg。如果高碳鋼采用高冷卻強(qiáng)度時(shí)，必須采取相應(yīng)措施，避免過(guò)大的溫度梯度對(duì)鑄坯質(zhì)量帶來(lái)的不利影響。

強(qiáng)冷技術(shù)二次水膜強(qiáng)冷裝置

6、采用輕壓下技術(shù)

Fromlefttoright,thereductionremovessegregatedliquidfromthecentralzoneandthenclosestheporosityPrincipleofsoftreduction輕壓下率與偏析度的關(guān)系

7、中間包恒溫技術(shù)中間包恒溫技術(shù)是冶煉高品質(zhì)鋼的關(guān)鍵技術(shù)，主要采用兩種方式:1.等離子加熱恒溫技術(shù)2、電磁加熱恒溫技術(shù)目前我們國(guó)家使用較好的企業(yè)有寶鋼、興澄鋼廠。連鑄坯內(nèi)部裂紋主要內(nèi)容內(nèi)部裂紋的形成機(jī)理鋼的高溫力學(xué)性能對(duì)內(nèi)部裂紋的影響連鑄坯的凝固及傳熱對(duì)內(nèi)部裂紋的影響連鑄坯變形對(duì)內(nèi)部裂紋的影響內(nèi)部裂紋分類鑄坯厚度的四分之一處鑄坯橫斷面中心區(qū)距側(cè)面25～50mm左右鑄坯厚度的四分之一處鑄坯橫斷面中心區(qū)內(nèi)部裂紋形成機(jī)理外因內(nèi)因鑄坯凝固過(guò)程中，一方面，凝固前沿的柱狀晶間由于P、S等元素的偏析而形成低熔點(diǎn)的液相薄膜，使凝固前沿抵抗拉應(yīng)力的能力大大減弱；另一方面，鑄坯運(yùn)行過(guò)程中，凝固前沿受到各種拉應(yīng)力的作用，當(dāng)作用于凝固前沿的拉應(yīng)力超過(guò)某一臨界值時(shí)，凝固前沿就沿柱狀晶開(kāi)裂，形成內(nèi)部裂紋。鑄坯斷面硫印圖鋼的高溫力學(xué)行為

內(nèi)部裂紋都發(fā)生在第Ⅰ脆性溫度區(qū)，即固/液兩相區(qū)范圍內(nèi)，其生成的過(guò)程都是經(jīng)過(guò)拉伸應(yīng)力作用到凝固界面上，造成沿一次樹(shù)枝晶或等軸晶的晶界開(kāi)裂，然后濃化鋼水填充到這些開(kāi)裂的縫隙中這三個(gè)階段。鋼的高溫力學(xué)性能是內(nèi)部裂紋的內(nèi)因，決定著高溫下坯殼所能承受的臨界應(yīng)變/應(yīng)力的大小。

ZST（零強(qiáng)度溫度），固相線溫度以上20～30℃，晶體開(kāi)始能承受微小的拉伸力。

ZDT（零塑性溫度），固相線以下40～50℃。固相線溫度Ts和零塑性溫度ZDT之間溫度區(qū)間的大小(△T＝Ts－ZDT)是衡量凝固前沿內(nèi)裂傾向的一個(gè)尺度。△T越大，在這段溫度范圍內(nèi)，由應(yīng)力作用形成裂紋的機(jī)率就越大，雖然在此溫度范圍內(nèi)，鋼具有一定強(qiáng)度，但無(wú)塑性變形能力。錳硫比對(duì)高溫力學(xué)性能的影響Mn/S大于60時(shí)，沒(méi)有低塑性區(qū)。內(nèi)裂紋產(chǎn)生條件ε外

>ε臨界ε外－－鼓肚應(yīng)變、矯直應(yīng)變、夾輥不對(duì)中應(yīng)變、熱應(yīng)變。

鼓肚應(yīng)變和夾輥不對(duì)中應(yīng)變占很大比重，矯直應(yīng)變和熱應(yīng)變產(chǎn)生的影響很小。臨界應(yīng)變的確定臨界應(yīng)變隨著碳含量的增加而減小

隨著碳、硫含量的增加，內(nèi)部裂紋的發(fā)生頻率增大。連鑄坯凝固傳熱熱量傳遞的方式傳導(dǎo)對(duì)流輻射釋放的熱量過(guò)熱凝固潛熱顯熱冷卻區(qū)域結(jié)晶器一冷區(qū)二冷區(qū)空冷區(qū)

二冷系統(tǒng)與鑄坯質(zhì)量因此，二冷區(qū)鑄坯表面溫度分布應(yīng)符合鋼種的高溫延性曲線，二冷配水應(yīng)使得矯直時(shí)鑄坯表面溫度避開(kāi)脆性區(qū)，控制在鋼延性最高的溫度區(qū)。對(duì)于低碳鋼，矯直時(shí)鑄坯表面溫度應(yīng)大于900℃?？刂畦T坯表面溫度變化速率，一般要求沿鑄坯長(zhǎng)度方向冷卻速率不超過(guò)200℃/m，控制二冷區(qū)鑄坯溫度回升速率不大于100℃/m。

產(chǎn)生的熱應(yīng)力較強(qiáng)或嚴(yán)重不均鋼的高溫塑性較差和強(qiáng)度不足二冷強(qiáng)度過(guò)強(qiáng)、過(guò)弱或者區(qū)域冷卻嚴(yán)重不均超過(guò)鋼的臨界應(yīng)變產(chǎn)生鑄坯的內(nèi)部裂紋、表面裂紋和鼓肚等質(zhì)量缺陷

警告2003-3-7比水量增加，裂紋的發(fā)生頻率減小。拉速增大，裂紋的長(zhǎng)度和數(shù)量增加。連鑄坯變形鼓肚應(yīng)變矯直應(yīng)變熱應(yīng)變機(jī)械應(yīng)變鑄坯的鼓肚最大鼓肚量凝固坯殼厚度輥間距S―――坯殼厚度；P―――鋼水靜壓力;L―――輥間距；Ee―――修正了的等價(jià)彈性模量;鼓肚應(yīng)變沿拉坯方向的分布沿鑄坯長(zhǎng)度方向，鼓肚量增大到一定程度后便不再增大，隨著鑄坯表面溫度的不斷降低以及坯殼厚度的不斷增大，坯殼抵抗鋼水靜壓力的能力不斷增強(qiáng)，鼓肚應(yīng)變呈不斷減小的趨勢(shì)。在同一扇形段內(nèi)，鼓肚量及鼓