連鑄坯缺陷-第四期課件

連鑄坯缺陷2013.7.12連鑄坯缺陷—第四期目錄第一部分

裂紋缺陷第一章綜述1.1裂紋分類方法

1.2各種裂紋的形成機(jī)理及其特征

1.3鑄坯裂紋類型與形成位置的關(guān)系

1.4連鑄坯形成裂紋的必要條件

1.5裂紋類型與微觀結(jié)構(gòu)和脆性溫度區(qū)間的關(guān)系

1.6鋼的裂紋敏感性評(píng)價(jià)

1.7鋼中殘余有害元素對(duì)性能影響第二章表面裂紋2.1網(wǎng)狀裂紋2.2星形裂紋2.3縱裂紋2.4橫裂紋

2013-7-121連鑄坯缺陷—第四期

第三章內(nèi)部裂紋1近表裂紋2中間裂紋3中心裂紋

4控制措施

第四章切割裂紋

目錄2023/12/192連鑄坯缺陷—第四期

第二部分連鑄坯其它缺陷第一章其它外表缺陷

渣溝

渣坑粘渣

卷渣

氣孔

劃痕

壓痕

夾痕第二章其它內(nèi)部缺陷氣孔

縮孔

目錄2013-7-123連鑄坯缺陷—第四期

中心疏松

中心偏析

第三章夾雜缺陷

第四章形狀缺陷

1.橢圓2.彎曲3.鼓肚后附：斷口分析1.斷口分析常用定義

2.T23鋼高溫拉伸斷口掃描電鏡形貌比較3.連鑄坯表面縱裂斷口分析方法應(yīng)用

4.鑄坯縱裂斷口案例

目錄2013-7-124連鑄坯缺陷—第四期1.1裂紋分類方法1.2各種裂紋的形成機(jī)理及其特征1.3鑄坯裂紋類型與形成位置的關(guān)系1.4連鑄坯形成裂紋的必要條件1.5裂紋類型與微觀結(jié)構(gòu)和脆性溫度區(qū)間的關(guān)系

1.6鋼的裂紋敏感性評(píng)價(jià)1.7鋼中殘余有害元素對(duì)性能影響第一章綜述2023/12/195連鑄坯缺陷—第四期1.1裂紋分類方法綜述

裂紋的種類出現(xiàn)的位置表面裂紋和內(nèi)部裂紋按裂紋的走向橫向裂紋和縱向裂紋按尺寸大小宏觀裂紋和微觀裂紋按出現(xiàn)的溫度范圍熱裂紋和冷裂紋按形成機(jī)理熱裂紋、冷裂紋、再熱裂紋、層狀撕裂和應(yīng)力腐蝕裂紋2023/12/196連鑄坯缺陷—第四期1.2各種裂紋的形成機(jī)理及其特征

熱裂紋在高溫階段發(fā)生的開(kāi)裂現(xiàn)象。是指在鋼的凝固過(guò)程中，在300℃以上高溫下產(chǎn)生的裂紋為熱裂紋。熱裂紋一般有在稍低于凝固溫度下產(chǎn)生的凝固裂紋，也有少數(shù)是在凝固溫度區(qū)發(fā)生的裂紋。它的特征是沿原奧氏體晶界開(kāi)裂。特征表面呈氧化色、外形曲折而不規(guī)則、沿晶斷裂特征。種類凝固裂紋液化裂紋高溫失延裂紋2023/12/197連鑄坯缺陷—第四期

結(jié)晶裂紋：金屬凝固結(jié)晶末期，在固相線附近發(fā)生的晶間開(kāi)裂現(xiàn)象，稱為凝固裂紋或結(jié)晶裂紋。其形成與凝固末期晶間存在的液膜有關(guān)，斷口具有沿晶間液膜分離的特征。裂紋無(wú)金屬光澤，有明顯的氧化色彩。1.2各種裂紋的形成機(jī)理及其特征液化裂紋：是一種沿奧氏體晶界開(kāi)裂的微裂紋，一般認(rèn)為是由于熱影響區(qū)金屬奧氏體晶界上的低熔點(diǎn)共晶，在熱源（火焰切割）高溫作用下發(fā)生重新熔化，使金屬的塑性和強(qiáng)度急劇下降，在拉伸應(yīng)力作用下沿奧氏體晶界開(kāi)裂而形成的。2023/12/198連鑄坯缺陷—第四期

高溫失延裂紋在固相線以下的高溫階段，金屬處于不斷增長(zhǎng)的固相收縮應(yīng)力作用之下，變形方式主要是依靠位錯(cuò)或空位沿著晶界的擴(kuò)散、移動(dòng)進(jìn)行。當(dāng)沿晶界的擴(kuò)散變形遇到障礙時(shí)（如三晶粒相交的頂點(diǎn)），就會(huì)因應(yīng)變集中導(dǎo)致裂紋?？昭ㄩ_(kāi)裂理論認(rèn)為晶界滑動(dòng)和晶界遷移同時(shí)發(fā)生，兩者共同作用可形成晶界臺(tái)階，進(jìn)而形成空穴并發(fā)展成微裂紋。

σσττBAC裂紋1.2各種裂紋的形成機(jī)理及其特征2023/12/199連鑄坯缺陷—第四期

冷裂紋鑄坯在室溫附近出現(xiàn)的裂紋。特征穿晶斷裂或晶間斷裂、具有金屬光澤或輕微氧化色、外形規(guī)則，常呈光滑曲線或直線狀。種類氫致裂紋淬火裂紋低塑性脆化裂紋1.2各種裂紋的形成機(jī)理及其特征2023/12/1910連鑄坯缺陷—第四期

氫致裂紋（延遲裂紋）：這類裂紋是在氫、鋼材淬硬組織和拘束應(yīng)力的共同作用下產(chǎn)生的，形成溫度一般在Ms以下200℃至室溫范圍，由于氫的作用而具有明顯的延遲特征，故又稱為氫致裂紋。裂紋的產(chǎn)生存在著潛伏期（幾小時(shí)、幾天甚至更長(zhǎng)）、緩慢擴(kuò)展期和突然開(kāi)裂三個(gè)連續(xù)過(guò)程。由于能量的釋放，常可聽(tīng)到較清晰的開(kāi)裂聲音（可用聲發(fā)射儀來(lái)監(jiān)測(cè)），常發(fā)生在剛性較大的低碳鋼、低合金鋼的焊接結(jié)構(gòu)中。1.2各種裂紋的形成機(jī)理及其特征2023/12/1911連鑄坯缺陷—第四期

氫致裂紋的機(jī)理(應(yīng)力誘導(dǎo)擴(kuò)散理論)缺陷提供裂紋源應(yīng)力集中的應(yīng)力區(qū)氫向高應(yīng)力區(qū)擴(kuò)散并聚集促使位錯(cuò)移動(dòng)或增值尖端微區(qū)的塑性應(yīng)變量增加氫濃度達(dá)到臨界值局部開(kāi)裂裂紋向前擴(kuò)展1.2各種裂紋的形成機(jī)理及其特征2023/12/1912連鑄坯缺陷—第四期2023/12/1913淬硬脆化裂紋：某些淬硬傾向大的鋼種，熱加工后冷卻到Ms至室溫時(shí)，因發(fā)生馬氏體相變而脆化，在拘束應(yīng)力作用下即可產(chǎn)生開(kāi)裂。這種裂紋又稱為淬火裂紋，其產(chǎn)生與氫的關(guān)系不大，基本無(wú)延遲現(xiàn)象，成形加工后常立即出現(xiàn)。這類裂紋常出現(xiàn)在具有強(qiáng)烈淬硬傾向的高（中）碳鋼、高強(qiáng)度合金鋼、工具鋼的焊件中。1.2各種裂紋的形成機(jī)理及其特征連鑄坯缺陷—第四期低塑性脆化裂紋：它是某些低塑性材料冷卻到較低溫度時(shí)，由于體積收縮所引起的應(yīng)變超過(guò)了材料本身所具有的塑性儲(chǔ)備量時(shí)所產(chǎn)生的裂紋。這種裂紋通常也無(wú)延遲現(xiàn)象，常發(fā)生在鑄鐵或硬質(zhì)合金構(gòu)件的成形加工中。如灰口鑄鐵在400℃以下基本無(wú)塑性，焊接裂紋傾向很大。

1.2各種裂紋的形成機(jī)理及其特征2023/12/1914連鑄坯缺陷—第四期

再加熱裂紋：鋼坯在一定溫度范圍內(nèi)再次加熱（消除應(yīng)力熱處理或其它加熱過(guò)程）而產(chǎn)生的裂紋為再熱裂紋。在消除應(yīng)力熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的再熱裂紋又稱消除應(yīng)力處理裂紋，也叫SR裂紋。

再熱裂紋的產(chǎn)生原因：一是與鋼中所含碳化物形成元素（Cr、Mo、V、Ti及B等）有關(guān)。如珠光體耐熱鋼中的V元素，會(huì)使SR裂紋敏感性顯著增加；

二是與加熱速度和加熱時(shí)間有關(guān)，不同的鋼種存在不同的易產(chǎn)生再熱裂紋的敏感溫度范圍。因此，在制定加熱工藝時(shí)，應(yīng)盡量減少坯料在敏感溫度范圍內(nèi)的停留時(shí)間。前者是內(nèi)在因素，后者是外在因素。1.2各種裂紋的形成機(jī)理及其特征2023/12/1915連鑄坯缺陷—第四期1.3鑄坯裂紋類型與形成位置的關(guān)系2023/12/1916連鑄坯缺陷—第四期期裂紋的深度

1.3鑄坯裂紋類型與形成位置的關(guān)系2013-7-1217連鑄坯缺陷—第四期1.3鑄坯裂紋類型與形成位置的關(guān)系裂紋的斷口2023/12/1918連鑄坯缺陷—第四期1.3鑄坯裂紋類型與形成位置的關(guān)系裂紋的脫碳2023/12/1919連鑄坯缺陷—第四期1.4連鑄坯形成裂紋的必要條件連鑄坯形成裂紋的必要條件:外因內(nèi)因，鋼的裂紋敏感性2023/12/1920連鑄坯缺陷—第四期1.5裂紋類型與微觀結(jié)構(gòu)和脆性溫度區(qū)間的關(guān)系2023/12/1921連鑄坯缺陷—第四期裂紋類型微觀結(jié)構(gòu)“脆性”溫度區(qū)A：內(nèi)裂紋：中間裂紋

中心裂紋柱狀晶ⅠB：凹陷形縱裂紋、星形裂紋（表面與心部）網(wǎng)狀裂紋（表面與心部）粗大奧氏體（Ⅰ）、ⅡC：表面橫裂紋沿粗大奧氏體晶界析出物或?qū)悠瑺铊F素體（Ⅰ）、Ⅱ、ⅢD：表面縱裂紋粗大奧氏體柱狀晶沿粗大奧氏體晶界析出物或?qū)悠瑺铊F素體氫致裂紋（Ⅰ）、Ⅱ、Ⅲ（Ⅰ）表示在凹陷底部，由于回?zé)峄蛑厝垡鸬牧鸭y1.5裂紋類型與微觀結(jié)構(gòu)和脆性溫度區(qū)間的關(guān)系2023/12/1922連鑄坯缺陷—第四期

(1)、在Ⅰ區(qū)，柱狀晶間裂紋因偏析導(dǎo)致在晶間形成富積S、P、有時(shí)也有B的液膜而加劇。(2)、在Ⅱ區(qū)，晶粒間界產(chǎn)生的裂紋，是由于細(xì)小的硫化物和硫氧化物的沉淀析出、以及鐵皮下富積的Cu、Sn、Sb等元素造成的。

(3)、在Ⅲ區(qū)，晶粒間界裂紋是由于在以低的變形速度變形的過(guò)程中氮化物和氮碳化物的動(dòng)態(tài)析出而產(chǎn)生的，有時(shí)沿奧氏體晶粒間界有先共析鐵素體而加劇裂紋。晶粒間界裂紋(星狀裂紋、橫裂紋)與析出物的富積有關(guān)，為此，初生奧氏體晶粒粗化是一個(gè)重要的先決條件，在呈現(xiàn)全部是鐵素體凝固并自然轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體時(shí)是最明顯。1.5裂紋類型與微觀結(jié)構(gòu)和脆性溫度區(qū)間的關(guān)系2013-7-1223連鑄坯缺陷—第四期對(duì)晶粒間界裂紋來(lái)說(shuō)，加Ti對(duì)減少星狀裂紋、橫裂紋有作用的，除了減少自由氮之外，加Ti還有細(xì)化晶粒的效果：細(xì)化奧氏體晶粒尺寸，也可以減輕非氧化性元素(Cu、Sn、Sb)在鐵皮下富積的影響。由于鋼中的硫會(huì)在晶界偏聚降低晶界強(qiáng)度，且凝固過(guò)程中在晶界形成熔點(diǎn)較低的(Mn、Fe)S，易造成晶界開(kāi)裂。Mintz提供了Mn／S臨界值實(shí)驗(yàn)公式，Mn／S=1.345XS-0.739。鋼中[A1]、[N]含量增加，連鑄坯的第Ⅲ低塑性區(qū)將變寬，這主要是由于鋼中細(xì)小的A1N沿晶界析出，降低了奧氏體晶界強(qiáng)度,易在應(yīng)力作用下沿晶界開(kāi)裂。1.5裂紋類型與微觀結(jié)構(gòu)和脆性溫度區(qū)間的關(guān)系2023/12/1924連鑄坯缺陷—第四期產(chǎn)生內(nèi)裂紋的判據(jù)

內(nèi)裂紋的產(chǎn)生主要決定于凝固面前沿所能承受的應(yīng)力應(yīng)變。當(dāng)凝固前沿承受的應(yīng)變?chǔ)懦^(guò)臨界應(yīng)變?chǔ)排R值，則產(chǎn)生裂紋。不同作者實(shí)際測(cè)定ε臨值如下：

C，％ε（應(yīng)變）

0.150.2～0.50.17～0.283.2～3.60.16～0.230.5～1.00.13～0.153.2～3.30.130.45～0.560.18～0.240.32～0.620.421.0～1.5

設(shè)計(jì)板坯、大方坯時(shí)，推薦值:SMS－Demag：ε臨=0.1%Danieli:ε臨≤0.16%1.5裂紋類型與微觀結(jié)構(gòu)和脆性溫度區(qū)間的關(guān)系2023/12/1925連鑄坯缺陷—第四期

ε臨值主要決定于鋼的成分。鋼中碳當(dāng)量CP、Mn/S比和ε臨關(guān)系如下圖。

CP值計(jì)算式如下：

CP＝C＋0.02Mn+0.04Ni-0.1Si-0.04Cr-0.1Mo

知道鋼成分與Mn/S，計(jì)算出CP值，由圖可查出ε臨值。

1.5裂紋類型與微觀結(jié)構(gòu)和脆性溫度區(qū)間的關(guān)系2023/12/1926連鑄坯缺陷—第四期1.6鋼的裂紋敏感性評(píng)價(jià)內(nèi)裂率（a）、表面裂紋率（b）、奧氏體晶粒尺寸（c）與碳C含量的關(guān)系2023/12/1927連鑄坯缺陷—第四期1.6鋼的裂紋敏感性評(píng)價(jià)2023/12/1928連鑄坯缺陷—第四期鐵-碳相圖（a）、凝固時(shí)鐵素體/奧氏體比例（b）和凝固范圍（c）1.6鋼的裂紋敏感性評(píng)價(jià)2023/12/1929連鑄坯缺陷—第四期

用鐵素體量FP（ferritePotential）來(lái)評(píng)價(jià)鋼的裂紋敏感性:碳鋼FP＝2.5(0.5-(%C))低合金鋼FP＝2.5(0.5-(%Cp))其中碳當(dāng)量＝Cp(%C)+0.02(%Mn)+0.04(%Ni)-0.1(%Si)-0.04(%Cr)-0.1(%Mo)-0.1(%S)

我司是根據(jù)鋼液凝固成坯殼的鐵素體比例來(lái)選用結(jié)晶器保護(hù)渣的：鐵素體比≧0.85，鐵素體比高，鑄坯收縮大，防鑄坯凹陷，用包晶鋼渣。鐵素體比＝0.8～0.5，用錳鋼渣。鐵素體比≦0.5，用45鋼渣。1.6鋼的裂紋敏感性評(píng)價(jià)2023/12/1930連鑄坯缺陷—第四期Cp=0.08-0.16%FP＝0.85-1.05表面縱裂凹陷敏感性內(nèi)裂/粘結(jié)相對(duì)裂紋敏感性RCS與鐵素體FP的關(guān)系二冷設(shè)計(jì)依據(jù)保護(hù)渣、一冷設(shè)計(jì)依據(jù)表裂/凹陷1.6鋼的裂紋敏感性評(píng)價(jià)2023/12/1931連鑄坯缺陷—第四期包晶鋼與非包晶鋼在結(jié)晶器內(nèi)坯殼形成示意圖(a)低碳鋼[w(C)<0.09%](b)亞包晶鋼[0.09%≤w(C)<0.17%](c)過(guò)包晶鋼[0.17%≤w(C)<0.53%]

1.6鋼的裂紋敏感性評(píng)價(jià)定向凝固組織示意圖2023/12/1932連鑄坯缺陷—第四期?Emi等指出，當(dāng)初始凝固階段冷卻速率較大時(shí)，包晶反應(yīng)后的凝固組織會(huì)出現(xiàn)不均勻的情況。?共焦激光掃描顯微鏡下觀察到的包晶反應(yīng)凝固過(guò)程的變化情況見(jiàn)下圖。這樣凝固后的基體組織受到應(yīng)力后更容易出現(xiàn)裂紋。1.6鋼的裂紋敏感性評(píng)價(jià)2023/12/1933連鑄坯缺陷—第四期凝固組織影響連鑄坯凝固組織的因素1、澆鑄條件的影響拉速、澆鑄溫度、二冷強(qiáng)度2、鋼中含量碳量影響含碳量0.18～0.45%(0.2～0.5%)的鋼等軸晶比率最大中高碳鋼較低碳鋼柱狀晶發(fā)達(dá)(Tc～Ts)寬含量碳0.6%柱狀晶最發(fā)達(dá)，0.1%時(shí)等軸晶最多。（0.6%無(wú)相變氣隙小，傳熱快，柱狀晶發(fā)達(dá)）3連鑄機(jī)機(jī)型的影響弧形連鑄機(jī)內(nèi)弧柱狀晶發(fā)達(dá)4、鑄坯斷面尺寸大斷面鑄坯中心等軸晶比例高較大。1.6鋼的裂紋敏感性評(píng)價(jià)2023/12/1934連鑄坯缺陷—第四期

1.6鋼的裂紋敏感性評(píng)價(jià)2023/12/1935連鑄坯缺陷—第四期

錳促進(jìn)柱狀晶生長(zhǎng)1.6鋼的裂紋敏感性評(píng)價(jià)2023/12/1936連鑄坯缺陷—第四期二冷制度1.6鋼的裂紋敏感性評(píng)價(jià)2023/12/1937連鑄坯缺陷—第四期1.6鋼的裂紋敏感性評(píng)價(jià)2023/12/1938連鑄坯缺陷—第四期1.7鋼中殘余有害元素對(duì)性能影響1、[H]對(duì)鋼性能的危害

氫以原子或離子形式溶于鋼中。由于原子半徑小，氫在鐵晶格內(nèi)與碳、氮、氧的原子一樣，以間隙式存在，形成間隙式固溶體，并且在鋼中的擴(kuò)散速度比其它原子快，即使在常溫下也容易擴(kuò)散。氫在鋼中的溶解是吸熱反應(yīng)，溫度越高，氫的溶解度越大

。Ti、Nb、V、Cr可顯著提高氫在鋼中的溶解度。另外，鋼中的氫可明顯降低鋼的塑性，是產(chǎn)生白點(diǎn)缺陷的根源，隨著對(duì)鋼純凈度要求的提高，今后要求特殊鋼的[H]≤1x10-6(1ppm)。

氫對(duì)鋼的主要危害是氫致裂缺陷(HIC—HydrogenInducedCracking)，即鋼中的[H]引起鋼材開(kāi)裂的現(xiàn)象。廣義上的氫致裂還包括氫引起鋼材的各種損傷及對(duì)鋼材性能的惡化。

氫致裂可以分為凝固過(guò)程產(chǎn)生的氫致裂HICL-S和受應(yīng)力作用下產(chǎn)生的氫致裂HICs，因此，分析研究氫致裂實(shí)際包括了這兩種情況，即HIC=HICL-S+HICs.2023/12/1939連鑄坯缺陷—第四期氫的具體危害：1.1導(dǎo)致鋼的機(jī)械性能下降。溶解于鋼中而未析出的氫會(huì)降低鋼的強(qiáng)度極限、斷面收縮率、延伸率和沖擊韌性，其中后三者導(dǎo)致鋼的脆性，在鋼材使用中危害極大。1.2產(chǎn)生白點(diǎn)。鋼中含氫量高則是產(chǎn)生白點(diǎn)的主要原因，在鋼的冷卻過(guò)程中，鋼液中的[H]呈過(guò)飽和固溶體狀態(tài)，同時(shí)它又具有相當(dāng)太的擴(kuò)散能力，因而氫原子逐漸聚集在某些部位，使鋼局部壓力增大而產(chǎn)生白點(diǎn)。體心立方鐵中氫、碳和氮的擴(kuò)散率如表l所示。1.7鋼中殘余有害元素對(duì)性能影響2023/12/1940連鑄坯缺陷—第四期白點(diǎn)實(shí)際上是存在于鋼坯(材)和大鍛件內(nèi)部的小裂縫。這種裂縫意味著鋼材中存在著原始的脆性開(kāi)裂小區(qū)域或裂紋源。白點(diǎn)的存在顯著地降低了鋼的橫向機(jī)械性能，使鋼材的塑性明顯降低。有白點(diǎn)的鋼材在熱處理過(guò)程中，往往形成淬火裂紋，并給日后的使用留下隱患，甚至造成嚴(yán)重的事故。白點(diǎn)易發(fā)生在大型鋼坯(錠)軋材及大型鍛件上。比如，汽輪機(jī)主軸、葉輪、車輪輪箍、重軌等產(chǎn)品上。白點(diǎn)易發(fā)生在含C>0.40％，Mn>0.70％的優(yōu)質(zhì)碳素鋼；含碳1％的滾珠軸承鋼；及含Cr、Ni、Mo、W等元素的合金鋼中。

1.3造成“氫腐蝕”在高溫狀態(tài)下，[H]與鋼液中的[C]發(fā)生反應(yīng)，即2H2(g)+[C]→CH4(g)，該反應(yīng)使壓力不斷增大，并在晶界聚集，使鋼產(chǎn)生開(kāi)裂、鼓泡。在中、高碳鋼中．尤以重軌、大型鍛件內(nèi)，此類缺陷出現(xiàn)較多。1.7鋼中殘余有害元素對(duì)性能影響2023/12/1941連鑄坯缺陷—第四期1．4產(chǎn)生“氫脆”“氫脆”是一種可逆性的破壞現(xiàn)象。在大于臨界的壓力作用一段時(shí)問(wèn)后，[H]可使鋼突然發(fā)生晶界斷裂。如在脆斷之前，及時(shí)去掉應(yīng)力則可以避免脆斷的發(fā)生(見(jiàn)圖2)。氫脆容易發(fā)生于中高碳鋼、高錳鋼、含鎳鋼和不銹鋼中。鋼在潮濕的腐蝕氣氛下使用，而發(fā)生的“腐蝕斷裂”現(xiàn)象，是“氫脆”的一種特殊形式。但“氫脆”在室溫附近最嚴(yán)重．而“腐蝕斷裂”則在較高溫度時(shí)加速．另外后者往往是穿晶斷裂。1.5引發(fā)酸脆這種情況易發(fā)生在薄鋼板和帶鋼的酸洗過(guò)程中。在含氫的還原性氣氛中加熱或電鍍時(shí)，鋼的表面會(huì)產(chǎn)生新生態(tài)的氫，從而加快了氫的滲入，導(dǎo)致鋼產(chǎn)生氫脆及表面凸泡。1.7鋼中殘余有害元素對(duì)性能影響2023/12/1942連鑄坯缺陷—第四期1.6產(chǎn)生氣泡和點(diǎn)狀偏析這是因?yàn)殇撘涸谀虝r(shí)會(huì)產(chǎn)生偏析。即凝固邊緣受擠壓的氫氣將析出到中心部分，并且濃度也逐漸增大．從而促進(jìn)中心孔洞和顯微孔的生長(zhǎng)、發(fā)育和形成，導(dǎo)致鑄坯(錠)產(chǎn)生疏松、縮孔、上漲、不均等缺陷。在板坯、大方坯、鋼錠、大鑄鋼件中，若對(duì)此控制不當(dāng)即會(huì)產(chǎn)生廢品。1.7導(dǎo)致鋼的焊接性能下降在焊接過(guò)程中，焊件母材因氫作用，將使材料產(chǎn)生宏觀缺陷。如氣孔、夾渣，并在斷口上多顯圓形、銀白色斑點(diǎn)，俗稱“魚(yú)眼”。魚(yú)眼位于表面層內(nèi)側(cè)。作為疲勞源，會(huì)在熱影響區(qū)產(chǎn)生裂紋。這對(duì)重要的結(jié)構(gòu)件和造船用寬厚板的危害極大。它還易發(fā)生在普通低合金鋼和大型結(jié)構(gòu)件上。1.7鋼中殘余有害元素對(duì)性能影響2023/12/1943連鑄坯缺陷—第四期2、[N]對(duì)鋼性能的危害除少量需要氮化物強(qiáng)化的鋼材及部分合金鋼、不銹鋼中要求有一定的含氮量外，氮對(duì)絕大多數(shù)鋼是有害的。潔凈鋼就對(duì)氮的含量做出了嚴(yán)格的限制。氮在鋼中有兩種存在形式：溶于鋼中的氮原子[N]和與其它元素結(jié)合的氮化物。氮在鋼中的溶解度遵循西瓦特定律。高溫下溶入鋼液的氮能在常溫下留存下來(lái)，且V、Nb、Cr、Ti可顯著提高氮在鋼中的溶解度。鋼中的氮與鋼材的脆化現(xiàn)象緊密相關(guān)。當(dāng)鋼中氮以間隙原子形式存在時(shí)，氮的危害便會(huì)產(chǎn)生。分析預(yù)測(cè)，今后較潔凈鋼中的[N]要求<20x10-6(20ppm)。1.7鋼中殘余有害元素對(duì)性能影響2023/12/1944連鑄坯缺陷—第四期氫的具體危害：

2.1產(chǎn)生應(yīng)變時(shí)效所謂應(yīng)變時(shí)效即鋼在冷加工變形時(shí)，由于氮的作用，使鋼的強(qiáng)度、硬度提高，而塑性與沖擊韌性下降。這種缺陷多發(fā)生在冷軋低碳結(jié)構(gòu)鋼和回火軋制薄板中，并影響產(chǎn)品最終的成型性。隨著[N]含量增加，應(yīng)變時(shí)效將加劇。2.2產(chǎn)生“時(shí)效脆性”在一定的條件下，由于過(guò)飽和固溶體中析出氮化物的另一相，使鋼的硬度、強(qiáng)度突然上升，沖擊韌性急劇下降的現(xiàn)象稱為鋼的時(shí)效脆性。對(duì)于那些要求塑性高而含碳較低的鋼(如IF．08F鋼等)，因其在冶煉終點(diǎn)時(shí)[N]含量比較高，如果操作不當(dāng)，則氮的時(shí)效脆性將嚴(yán)重影響其內(nèi)在質(zhì)量。1.7鋼中殘余有害元素對(duì)性能影響2023/12/1945連鑄坯缺陷—第四期2.3產(chǎn)生“老化”溫度降低后．氮的溶解度也隨之下降，并在晶界上析出Fe16N2、Fe4N，這些析出物很脆，并易使鋼斷裂。由于這種析出過(guò)程緩慢，時(shí)間往往很長(zhǎng)，所以又被稱作“老化”現(xiàn)象。這種現(xiàn)象對(duì)低溫狀態(tài)下使用的低碳鋼影響尤為突出，并將大大降低其正常使用壽命。2.4產(chǎn)生“藍(lán)脆”

有試驗(yàn)證明，低碳鋼在150～450℃(通常金屬翻造的發(fā)藍(lán)溫度)范圍內(nèi)，由于氮化物Fe4N的析出，可使鋼的抗拉強(qiáng)度迅速增高至一個(gè)頂峰后再回落，從而使鋼的沖擊韌性突然下跌，甚至基本消失，這被稱之為“藍(lán)脆現(xiàn)象。特別需要指出的是，多次重復(fù)試驗(yàn)表明。隨[N]含量的增加，藍(lán)脆”現(xiàn)象的頻次也增多。1.7鋼中殘余有害元素對(duì)性能影響2023/12/1946連鑄坯缺陷—第四期2.5產(chǎn)生“紅熱脆性”含有氮化物鋼種的軋材表面質(zhì)量較好。但在氮化物含量高達(dá)0.03％～0.05％范圍時(shí)，氮化物可在加熱溫度升高時(shí)，使鋼在軋制過(guò)程中發(fā)生斷裂。金茨布爾格在優(yōu)質(zhì)鋼軋制一書(shū)中，對(duì)此做了詳細(xì)的闡述，通常認(rèn)為此時(shí)[N]的危害與[s]相似。2.6產(chǎn)生“冷脆”當(dāng)溫度略低于常溫時(shí)，沖擊韌性顯著降低的現(xiàn)象，稱為鋼的冷脆。[N]和[P]一樣，是造成鋼冷脆的主要原因。低碳鋼中的溶解氮可使鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度上升，并使鋼冷脆現(xiàn)象加重。以鎮(zhèn)靜鋼(O.30%si)為例，當(dāng)溫度在0℃左右，[N]含量低于60ppm時(shí)，不易發(fā)生脆斷；當(dāng)[N]含量大于60ppm時(shí)，則易發(fā)生脆斷。用電弧爐冶煉此類鋼種時(shí)，尤其要重視[N]的變化。2.7造成組織琉松鋼中的氮將會(huì)使鋼的宏觀組織琉松，甚至產(chǎn)生皮下氣泡和偏析。這不僅降低了鋼的機(jī)械性能。甚至可在軋制時(shí)產(chǎn)生批量報(bào)廢。1.7鋼中殘余有害元素對(duì)性能影響2023/12/1947連鑄坯缺陷—第四期3鋼中全氧T0對(duì)鋼性能的危害在整個(gè)煉鋼工藝過(guò)程中氧的作用至關(guān)重要，煉鋼中既要用氧，也要脫氧。所謂脫氧，不僅是要降低鋼中溶解的自由氧，而且還要盡可能地去除脫氧產(chǎn)物，即夾雜物中的含氧量。因此脫氧應(yīng)該是脫除鋼中的全氧T0

。全氧T0包括自由氧和脫氧產(chǎn)物兩部分。資料表明，氧在鋼中的主要危害作用是通過(guò)夾雜物的行為表現(xiàn)出來(lái)的?，F(xiàn)代工藝已經(jīng)能將鋼中的自由氧控制在5ppm以下，而夾雜物對(duì)鋼性能的影響則不僅在其數(shù)量上，更重要的是在夾雜物的大小、形狀及其分布上。對(duì)鋼中全氧的控制水平，反應(yīng)了一個(gè)鋼鐵企業(yè)的工藝、設(shè)備能力。以經(jīng)典鋼種軸承鋼為倒。生產(chǎn)的廠家不少，但使用壽命相差很大。而軸承鋼全氧是在5ppm還是在lO～15ppm，往往是最后質(zhì)量競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。近期我公司在接受埃及車輪定貨時(shí)，用戶就把全氧T0≥15ppm作為驗(yàn)收的標(biāo)準(zhǔn)。1.7鋼中殘余有害元素對(duì)性能影響2023/12/1948連鑄坯缺陷—第四期3.1導(dǎo)致鋼的機(jī)械性能下降鋼中溶解的自由氧對(duì)強(qiáng)度指標(biāo)影響不大，僅使塑性指標(biāo)有所下降。而鋼中的氧化物夾雜，則將使鋼的強(qiáng)度、塑性指標(biāo)全面下降。因此，全氧T0的增高，將使鋼的綜合機(jī)械性能或使用性能下降。氧對(duì)純鐵機(jī)械性能的影響如圖8所示。3.2產(chǎn)生裂紋鋼中氧化物夾雜易使鋼在壓延過(guò)程中產(chǎn)生裂紋或產(chǎn)生各向異性。鋼中氧化物夾雜Al2O3及MA(MgO·Al2O3)熔點(diǎn)均大于2OOO℃，因此在軋制溫度下，具有很強(qiáng)的抗變形阻力。由于其膨脹系數(shù)遠(yuǎn)比鋼的基體小(鋼基體為12.5×10—6／℃；Al2O3為8×10—6／℃；MA為8.4×10—6／℃)。所以在軋后冷卻的過(guò)程中，在鋼的基體和夾雜物周圍將產(chǎn)生不同步收縮，產(chǎn)生形變應(yīng)力場(chǎng)，導(dǎo)致鋼材出現(xiàn)局部裂紋。另外由于夾雜物的形狀受壓延變形力的作用。并且不同種類的夾雜物變形后的分布、走勢(shì)也不同，而使鋼材產(chǎn)生了明顯的各向異性，影響了其正常使用。1.7鋼中殘余有害元素對(duì)性能影響2023/12/1949連鑄坯缺陷—第四期3.3降低疲勞壽命鋼中氧化物夾雜可降低鋼的疲勞壽命，并且隨鋼中氧化物夾雜數(shù)量的增加，鋼的疲勞壽命降低。有關(guān)研究表明，當(dāng)把鋼中存在的夾雜物看成一個(gè)孔洞時(shí)，就可根據(jù)彈性理論來(lái)計(jì)算其應(yīng)力集中值。當(dāng)夾雜物影響區(qū)的應(yīng)力集中值超過(guò)理論疲勞強(qiáng)度所能承受的臨界值時(shí)，即達(dá)到了材料的極限。所以?shī)A雜物越大，則孔洞越大，就愈易產(chǎn)生疲勞裂紋。Al2O3夾雜在鋼中產(chǎn)生疲勞裂紋的臨界尺寸為10μm。除了夾雜物的數(shù)量、形狀、大小之外，夾雜物的分布不同，則對(duì)疲勞性壽命的影響亦不同，并且分布在靠近表面的比分布在內(nèi)部的影響更大，如產(chǎn)生剝落、掉塊、斷裂等。3.4降低鋼的沖擊韌性鋼中氧化物夾雜將使鋼的沖擊韌性下降，并且隨著鋼中氧化物含量的增加，鋼的脆性轉(zhuǎn)變溫度提高，沖擊值顯著下降。當(dāng)To<0.003％時(shí)(約相當(dāng)氧在r—Fe中的溶解度)，氧對(duì)脆性轉(zhuǎn)變溫度沒(méi)有什么影響；但當(dāng)To>0.003％以后，隨著To增加，脆性轉(zhuǎn)變溫度顯著升高。1.7鋼中殘余有害元素對(duì)性能影響2023/12/1950連鑄坯缺陷—第四期3.5降低冷熱變形能力鋼中氧化物夾雜也使鋼的冷熱變形能力下降。鋼的變形能力，可用夾雜物的變形量與鋼基體變形之比r=ε1／ε2來(lái)表示。當(dāng)r=1時(shí)，夾雜物的變形量與鋼的基體變形量相同。當(dāng)r=O時(shí)，則夾雜物不變形。五類不同的氧化物夾雜對(duì)鋼的變形能力是不同的。其中Al2O3

剛玉及鋁酸鈣型夾雜物、尖晶石型夾雜物在800～1400℃之間的變形量為0，在冷熱態(tài)均十分有害。除此以外，純SiO2石英型夾雜，硅酸鹽型夾雜將使冷變形能力下降；(Fe、Mn)O型夾雜則將使熱變形能力下降。1.7鋼中殘余有害元素對(duì)性能影響2023/12/1951連鑄坯缺陷—第四期3.6導(dǎo)致鋼的切削性變壞鋼中氧化物夾雜還使鋼的切削性變壞。切削性是指切削金屬的難易程度。夾雜物對(duì)切削性能的影響，可從切削工藝四個(gè)基本要點(diǎn)來(lái)分析。不易產(chǎn)生變形的氧化物夾雜(比如Al2O3

、鈣鋁酸鹽、尖晶石系等)，將使鋼的切削性能變壞。能產(chǎn)生塑性變形的氧化物夾雜，對(duì)切削性能的影響雖然比不易變形的氧化物夾雜好一些。但綜合評(píng)價(jià)，一般認(rèn)為氧化物夾雜對(duì)鋼的切削性能都是有害的，而不易變形的氧化物夾雜危害更大。3.7加劇鋼的熱脆性氧化物夾雜(FeO)加劇了鋼的熱脆性。硫可使鋼產(chǎn)生“熱脆性”，但不可低估氧化物夾雜(FeO)的推波助斕作用，由于硫在固態(tài)鋼中的溶解度很低，當(dāng)鋼水脫硫不好而凝固時(shí)，硫就以FeS析出，以薄膜或鏈狀分布在晶粒間，F(xiàn)eS熔點(diǎn)較低為1190℃；當(dāng)FeS與Fe以共晶形式出現(xiàn)時(shí)，熔點(diǎn)只有988℃；此時(shí)如果有氧化物夾雜(FeO)存在，F(xiàn)eS與FeO便生成共晶體，分布于晶界，當(dāng)鋼在800～1200℃進(jìn)行鍛造時(shí)，會(huì)因晶界發(fā)生熔化而開(kāi)裂，呈熱脆性。1.7鋼中殘余有害元素對(duì)性能影響2023/12/1952連鑄坯缺陷—第四期

1.7鋼中殘余有害元素對(duì)性能影響2023/12/1953連鑄坯缺陷—第四期3.1網(wǎng)狀、星形裂紋3.2縱裂紋3.3橫裂紋第三章表面裂紋連鑄坯缺陷—第四期3.1網(wǎng)狀、星形裂紋星形裂紋網(wǎng)狀裂紋25MnV鋼連鑄坯酸洗后表面形貌2023/12/1955連鑄坯缺陷—第四期

鋼坯酸洗后鋼坯表面露出小發(fā)紋，有的呈直線型，也有的成環(huán)繞不規(guī)則塊狀封閉型發(fā)紋。與網(wǎng)狀、星形裂紋形成機(jī)理相同。3.1網(wǎng)狀、星形裂紋2023/12/1956連鑄坯缺陷—第四期連鑄過(guò)程中鑄坯表層微觀組織演變與微裂紋形成的關(guān)系（ppts：析出物）3.1網(wǎng)狀、星形裂紋2023/12/1957連鑄坯缺陷—第四期連鑄坯表面星狀（網(wǎng)狀）裂紋與控制3.1.1產(chǎn)生的部位與形態(tài)特征一般發(fā)生在晶間的細(xì)小裂紋，呈星狀或呈網(wǎng)狀。通常是隱藏在氧化鐵皮之下難于發(fā)現(xiàn)，經(jīng)酸洗或噴丸后才出現(xiàn)在鑄坯表面,分布無(wú)方向性。裂紋深度可達(dá)1-4mm，寬度0.3-1.5mm。

金相觀察發(fā)現(xiàn)裂紋沿初生奧氏體晶界擴(kuò)展，裂紋中富集氧化物。軋成材后，裂紋走向不規(guī)則，細(xì)到發(fā)絲，深淺不一，最深可達(dá)1mm，須人工修復(fù)。

鑄坯表面星狀裂紋在加熱和軋制過(guò)程中大部分不能消除，成為成品管表面的微裂紋缺陷。3.1網(wǎng)狀、星形裂紋2023/12/1958連鑄坯缺陷—第四期3.1.2形成原因及機(jī)理（1）Cu的滲透和富集結(jié)晶器下部銅管渣層破裂，發(fā)生銅管與坯殼的直接摩擦接觸，Cu熔點(diǎn)較低（1040℃），熔化后向鑄坯表面層的奧氏體晶界滲透，產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象，增加了坯殼裂紋的敏感性。鋼中含Cu0.05%－0.20%，高溫鑄坯因Fe氧化，在FeO皮下形成低熔點(diǎn)含Cu的富集相，形成液相沿晶界穿行，在1100－1200℃高溫時(shí)具有很大的裂紋敏感性。

（2）晶界硫化物、氮化物脆性

結(jié)晶器鍍層雖然阻斷了Cu向晶界的滲透，但有AlN、BN或硫化物[(Fe,Mn)S(熔點(diǎn)980～1000℃)在晶界沉淀或形成液體薄膜，降低了晶界的強(qiáng)度，引起晶界的脆化，在外力（摩擦力）作用下形成網(wǎng)狀裂紋。

（3）H2過(guò)飽和析出

坯殼溫度降低時(shí)，H析出并向晶界微孔隙擴(kuò)散成H2，造成附加應(yīng)力，最終導(dǎo)致坯殼沿晶界斷裂，形成網(wǎng)狀裂紋。3.1網(wǎng)狀、星形裂紋2023/12/1959連鑄坯缺陷—第四期3.1.3預(yù)防表面星狀/網(wǎng)狀裂紋的措施◆采用表面鍍層結(jié)晶器

◆精選原料，降低Cu、Sn等元素的原始含量

◆降低鋼中含硫量，并控制w(Mn)/w(S)>40◆控制鋼中Al、N的含量

◆采用合適的保護(hù)渣

◆優(yōu)化結(jié)晶器錐度

◆選擇合適的二次冷卻制度

◆保持良好的設(shè)備狀況性3.1網(wǎng)狀、星形裂紋2023/12/1960連鑄坯缺陷—第四期3.2縱裂紋3.2.1產(chǎn)生機(jī)理在結(jié)晶器內(nèi)坯殼表面就存在細(xì)小裂紋，鑄坯進(jìn)入二冷區(qū)后，微小裂紋繼續(xù)擴(kuò)展形成明顯裂紋。傳統(tǒng)機(jī)理能解析結(jié)晶器區(qū)域產(chǎn)生的裂紋，但有局限性?！舫跎膛鳉な芰Γ?）凝固收縮應(yīng)力，即因凝固收縮而產(chǎn)生的坯殼環(huán)向的應(yīng)力；2）兩個(gè)凝固層之間的應(yīng)力，即新凝固層對(duì)初生坯殼的作用力；3）收縮、鼓肚形成的坯殼應(yīng)力，即收縮、氣隙、鋼水靜壓力作用；4）坯殼本身的溫度梯度形成的熱應(yīng)力。

初生坯殼其承受的應(yīng)力超過(guò)了坯殼高溫強(qiáng)度，在薄弱處產(chǎn)生應(yīng)力集中致使縱向裂紋。2023/12/1961連鑄坯缺陷—第四期有研究者對(duì)產(chǎn)生表面裂紋的鑄坯取樣分析發(fā)現(xiàn)：凡是有縱裂紋產(chǎn)生的部位，皆是少或無(wú)細(xì)小等軸晶之處。邊緣細(xì)小等軸晶層的厚度差有的相差5-6mm，這說(shuō)明出現(xiàn)表面縱裂紋的鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)形成坯殼時(shí)極不均勻。坯殼內(nèi)細(xì)晶層較薄處在結(jié)晶器內(nèi)的凝固較快，出現(xiàn)了過(guò)早的集中收縮進(jìn)而產(chǎn)生了凹陷。收縮使得坯殼過(guò)早地與結(jié)晶器形成了氣隙，這樣就增加了熱阻，減小了冷卻強(qiáng)度，從而形成了有利于柱狀晶生長(zhǎng)的條件。而柱狀晶的晶界存在大量的易偏析元素如S、P等，其結(jié)合強(qiáng)度較差，在隨后的凝固應(yīng)力及各種機(jī)械應(yīng)力的作用下產(chǎn)生了縱裂紋源。該縱裂紋源在二冷區(qū)得以進(jìn)一步擴(kuò)展，出現(xiàn)了鑄坯表面的縱裂紋。3.2縱裂紋2023/12/1962連鑄坯缺陷—第四期裂紋類型微觀結(jié)構(gòu)“脆性”溫度區(qū)A：內(nèi)裂紋：中間裂紋

中心裂紋柱狀晶ⅠB：凹陷形縱裂紋、星形裂紋（表面與心部）網(wǎng)狀裂紋（表面與心部）粗大奧氏體（Ⅰ）、ⅡC：表面橫裂紋沿粗大奧氏體晶界析出物或?qū)悠瑺铊F素體（Ⅰ）、Ⅱ、ⅢD：表面縱裂紋粗大奧氏體柱狀晶沿粗大奧氏體晶界析出物或?qū)悠瑺铊F素體氫致裂紋（Ⅰ）、Ⅱ、Ⅲ（Ⅰ）表示在凹陷底部，由于回?zé)峄蛑厝垡鸬牧鸭y現(xiàn)在研究對(duì)產(chǎn)生表面裂紋的鑄坯分析發(fā)現(xiàn)：3.2縱裂紋2023/12/1963連鑄坯缺陷—第四期縱裂是否產(chǎn)生主要取決于：●結(jié)晶器內(nèi)初生坯殼厚度是否均勻；●坯殼高溫力學(xué)強(qiáng)度；●坯殼所受應(yīng)力大??；●出結(jié)晶器后坯殼所受機(jī)械應(yīng)力與熱應(yīng)力大小。影響結(jié)晶器初生坯殼厚度不均勻的主要因素是彎月面處結(jié)晶器的傳熱狀況:◆鋼種的化學(xué)成分；◆夾雜物含量；◆結(jié)晶器冷卻；◆保護(hù)渣特性；◆水口工藝參數(shù)；◆液面波動(dòng)；◆拉速；◆鋼水過(guò)熱度；◆結(jié)晶器錐度。3.2縱裂紋2023/12/1964連鑄坯缺陷—第四期3.2縱裂紋

結(jié)晶器彎月面處鑄坯坯厚度不均勻圖例2023/12/1965連鑄坯缺陷—第四期

出結(jié)晶器鑄坯坯厚度不均勻圖例3.2縱裂紋2023/12/1966連鑄坯缺陷—第四期

3.2縱裂紋2023/12/1967連鑄坯缺陷—第四期3.2.2預(yù)防表面縱裂紋的措施最根本措施是促進(jìn)初生坯殼的均勻生長(zhǎng):◆結(jié)晶器采用合理的倒錐度◆選用性能良好的保護(hù)渣凹陷鋼：高熔點(diǎn)、高黏度、高堿度（結(jié)晶性）（控制固渣層厚度，控制熱流）粘結(jié)鋼：低熔點(diǎn)、低黏度、低堿度（玻璃性）（控制液渣層厚度，控制摩擦力）黏度·拉速＝(0.2-0.4)Pa.s.m/min

鋼液面液渣層厚度10-15mm

均勻渣膜厚度（0.95vc)

適當(dāng)?shù)脑模?.3-0.5kg/m2，0.5-0.7kg/t)

◆合理的澆注溫度及拉坯速度◆合理的結(jié)晶器鋼液流場(chǎng)3.2縱裂紋2023/12/1968連鑄坯缺陷—第四期◆浸入式水口(SEN)

SEN對(duì)中；合理的SEN設(shè)計(jì)（出口直徑與傾角）；合適的SEN插入深度?！艉线m的電磁控制器結(jié)構(gòu)與參數(shù)◆控制鋼的化學(xué)成分

[C]盡量避開(kāi)包晶區(qū)；

[S]<0.015%,[Mn/S]>30;殘余元素[Cu]、[As]、[Zn]<0.1%。◆控制好出結(jié)晶器鑄坯的運(yùn)行（零段準(zhǔn)確對(duì)弧，二冷均勻性）◆結(jié)晶器振動(dòng)合適的tN;合適的頻率和振幅；振動(dòng)偏差（縱向，橫向<0.2mm）。3.2縱裂紋2023/12/1969連鑄坯缺陷—第四期3.3.1連鑄坯表面橫向裂紋與控制

連鑄坯表面橫裂紋是發(fā)生較多的鑄坯表面缺陷，尤其中碳鋼(0.09%-0.20%)、低合金鋼和含Nb、V、Ti微合金化鋼鑄坯的發(fā)生率較高。3.3.2產(chǎn)生的部位與形貌特征表面橫向裂紋多出現(xiàn)在鑄坯的內(nèi)弧側(cè)振痕波谷處，鑄坯的上表面，深度2-7mm,寬0.2mm，長(zhǎng)度通常10-100mm。裂紋處于鐵素體網(wǎng)狀區(qū)，也正好是初生奧氏體晶界，在鑄坯表面通常較難發(fā)現(xiàn)。裂紋部分氧化，但在裂紋內(nèi)端則少有脫碳和氧化現(xiàn)象。當(dāng)鑄坯表面有星狀龜裂紋時(shí)，受矯直應(yīng)力作用，細(xì)小裂紋擴(kuò)展成橫裂紋。3.3橫裂紋2023/12/1970連鑄坯缺陷—第四期3.3橫裂紋3.3.3產(chǎn)生機(jī)理◆凝固坯殼在結(jié)晶器振動(dòng)過(guò)程中受到保護(hù)渣道周期性變化的壓力而變形，形成振痕，同時(shí)伴隨著該區(qū)域晶間偏析的出現(xiàn)，這些區(qū)域熔點(diǎn)較低，易于形成晶間微裂紋。

◆由于振痕波谷處向結(jié)晶器的熱傳輸降低而使溫度較高，從而促進(jìn)該區(qū)域奧氏體晶粒長(zhǎng)大。

◆在矯直時(shí)，鑄坯內(nèi)弧側(cè)承受拉伸應(yīng)力，在振痕波谷處應(yīng)力集中；凝固組織粗大，坯殼強(qiáng)度低；同時(shí)振痕波谷處又常是析出物的集中處。因此，振痕波谷處容易產(chǎn)生橫裂。2023/12/1971連鑄坯缺陷—第四期大多數(shù)研究者認(rèn)為橫裂紋是在凝固過(guò)程中產(chǎn)生：?Mintz認(rèn)為鋼中N易與Al、V、Nb等元素形成氮化物在晶界析出而降低鋼的熱塑性，促進(jìn)了裂紋的發(fā)生；?Harada等發(fā)現(xiàn)偏析是橫向裂紋的起源，振痕下最容易產(chǎn)生裂紋并在奧氏體晶界發(fā)展，并最終形成大量橫裂紋；?Takeuchie等認(rèn)為含Al、Nb、V鋼鑄坯易產(chǎn)生細(xì)小的橫裂紋，在彎曲或矯直中擴(kuò)展成較大的橫裂紋；?Jana等認(rèn)為由于成分偏析與產(chǎn)生微孔，微孔在應(yīng)力作用下收縮產(chǎn)生裂紋。3.3橫裂紋2023/12/1972連鑄坯缺陷—第四期

一般認(rèn)為，連鑄設(shè)備較佳情況下，微合金高強(qiáng)度鋼（如含B鋼、含Nb鋼）及全Al含量較高的碳素結(jié)構(gòu)鋼（如Q345C、Q345D、Q345E）連鑄坯在振痕波谷處產(chǎn)生的橫裂與在矯直時(shí)出現(xiàn)的脆性“口袋區(qū)”有關(guān)。由于受鋼種成分的影響，不同鋼種的脆性“口袋區(qū)”的溫度區(qū)間不盡相同，但一般都出現(xiàn)在600~900℃的溫度范圍。斷裂面的特點(diǎn)是晶間斷裂，晶粒的各面常伴隨有在二相微粒周圍出現(xiàn)的空腔。

3.3橫裂紋2023/12/1973連鑄坯缺陷—第四期3.3.4成分對(duì)橫裂紋的影響A、碳

C＝0.08%～0.18%，彎月面附近液相與δ相幾乎同時(shí)消失轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體:

→造成較大的體積收縮

→增大了坯殼與銅板之間的孔隙

→熱阻增大

→傳熱不均勻凝固坯殼厚度不均勻

熱應(yīng)力、摩擦力、鋼水靜壓力作用坯殼薄弱處產(chǎn)生裂紋。同時(shí)，鑄態(tài)奧氏體晶粒粗大，伸長(zhǎng)率低，裂紋非常敏感。

C＝0.10～0.15%坯殼厚度不均勻性強(qiáng)，振痕深，表面易產(chǎn)生凹陷或橫裂紋；生產(chǎn)實(shí)踐表明，C＝0.15～0.18%或0.15～0.20%時(shí)，振痕淺了，鑄坯橫裂減少；3.3橫裂紋2023/12/1974連鑄坯缺陷—第四期B、Mn≥0.80%以上，鑄坯導(dǎo)熱效果下降，橫裂增加。C、鋁隨鋁含量的不同，皮下橫裂指數(shù)也不同。隨鋁含量增加，皮下橫裂紋增多。有研究得出皮下橫裂對(duì)[Al]的回歸式，并作出皮下橫裂指數(shù)與鋼中鋁含量關(guān)系圖。大多數(shù)研究表明，在含Nb鋼中，鋁含量增加會(huì)使裂紋增加。3.3橫裂紋2023/12/1975連鑄坯缺陷—第四期

用鋁脫氧時(shí)不能過(guò)剩，對(duì)奧氏體晶粒粗大的鋼，溶解量在O.004％以內(nèi)較適合。若過(guò)低會(huì)產(chǎn)生大顆粒硅酸鹽夾雜物；過(guò)高則奧氏體晶粒會(huì)變得不均勻，且鋁的回收率不穩(wěn)定。

為了加強(qiáng)脫氧、細(xì)化晶粒并防止表面裂紋發(fā)生，內(nèi)控要求脫氧時(shí)控制Al含量，加微量Ti來(lái)代替Al脫氧。這是因?yàn)橛肁l脫氧的同時(shí)，Al和鋼中氮結(jié)合成AIN，由于AIN在奧氏體中的溶解度比在鐵素體中小，鋼在冷卻時(shí)AIN由奧氏體進(jìn)入晶界上的鐵索體析出，AIN作為脆性相使鋼材裂紋傾向增大。而Ti和碳、氮、硫均具有較強(qiáng)的親和力，一方面與碳、氮結(jié)合產(chǎn)生細(xì)化晶粒作用，另一方面與硫結(jié)合。3.3橫裂紋2023/12/1976連鑄坯缺陷—第四期D、鈮許多文獻(xiàn)認(rèn)為，加Nb會(huì)促進(jìn)鑄坯橫裂紋的形成。確實(shí)加鈮可使鋼的延展槽變深、變寬，使之向高溫區(qū)域伸展。只加0.017%的鈮就會(huì)產(chǎn)生不良影響。在含鈮鋼中加鋁與增加氮含量的效果一樣，會(huì)使延展槽加深、加寬。有研究表明[N]<0.004%，可控制橫裂紋。3.3橫裂紋2023/12/1977連鑄坯缺陷—第四期?

有研究認(rèn)為含鈮鋼中Cu、Ni含量達(dá)到0.2%－0.3%時(shí)，會(huì)促進(jìn)橫向裂紋生成；

?含鈮鋼中Ca和P的影響目前觀點(diǎn)不一；

?添加0.02%－0.04%的Ti就減少含鈮鋼橫向裂紋（粗大沉積之故），要完全消除，需達(dá)到0.15%；

?有研究稱與僅含鈮的鋼相比，加V可改善含鈮鋼的熱延展性。這可能是由于形成了更粗大的沉積(V，Nb)(C，N)的緣故。3.3橫裂紋2023/12/1978連鑄坯缺陷—第四期E、釩與含鈮鋼相比，含釩鋼的橫裂紋關(guān)注度要少得多。有研究表明，N<0.005%時(shí)，釩加到0.1%對(duì)橫向裂紋影響很小，但當(dāng)?shù)扛邥r(shí)（如0.02%)時(shí)，橫裂紋就有可能出現(xiàn)（釩0.15%）。事實(shí)上，產(chǎn)品中的[V]·[N]與延展槽的深度、寬度間可建立起聯(lián)系。[V]·[N]最高的產(chǎn)品（0.1%V×0.01%N）其延展性并不亞于含鈮0.028%的鋼。3.3橫裂紋2023/12/1979連鑄坯缺陷—第四期●有研究者對(duì)含釩鋼和含鈮鋼的熱延展性做了直接對(duì)比，含0.16%的V、0.011%的N的鋼比含0.039%Nb的鋼熱延展性要優(yōu)越?！駸嵫诱剐陨系牟町愂怯捎诔练e上的差異造成的。在含釩鋼中VN沉積較少，而在含鈮鋼中，因各種形式的沉積溶解性不同，從而使Nb(CN)沉積較多。

●Mintz指出：在與連鑄板坯相似的處理?xiàng)l件下，VN沉積要比Nb(CN)沉積粗大，從而使其對(duì)熱延展性的不良影響較輕。但發(fā)現(xiàn)釩鈦鋼與鈮鈦鋼兩者的熱延展性相似。●有一項(xiàng)研究采用熱彎試驗(yàn)來(lái)模擬薄板坯連鑄，發(fā)現(xiàn)：加0.1%V對(duì)含0.007%N的鋼的熱延展性沒(méi)有影響；當(dāng)?shù)鲋?.02%時(shí)，延展性確實(shí)下降，但未降到含鈮0.04%的鋼的程度。3.3橫裂紋2023/12/1980連鑄坯缺陷—第四期F、鈦含鈦鋼而言，由于TiN沉積在高溫下保持穩(wěn)定，且在晶界產(chǎn)生釘扎效應(yīng)，故導(dǎo)致尺寸細(xì)小的奧氏體晶粒形成，這對(duì)熱延展性會(huì)帶來(lái)明顯益處。

加Ti對(duì)C－Mn－Al鋼的影響報(bào)道很少，Ti與熱延展性間的關(guān)系也不十分明朗。有報(bào)告提及Ti對(duì)鑄坯橫裂紋的影響。

Williams認(rèn)為對(duì)[C]<0.09%、[Mn]:0.3-0.8%、[Ti]:0.01%-0.06%的鋼不需要火焰清理，Ti不會(huì)導(dǎo)致表面缺陷。3.3橫裂紋2023/12/1981連鑄坯缺陷—第四期G、硼大量的研究工作集中在硼的微合金化方面，發(fā)現(xiàn)由于B在高溫下優(yōu)先析出粗大的BN顆粒從而抑制細(xì)小AlN的析出，減弱了細(xì)小AlN對(duì)晶界的釘扎作用，提高了晶粒的生長(zhǎng)能力，同時(shí)還有一部分固溶B偏集在奧氏體晶界抑制鐵素體形核，導(dǎo)致熱軋鋼帶晶粒粗化，屈服強(qiáng)度降低。硼對(duì)鑄坯裂紋的影響方面的研究報(bào)道很少。3.3橫裂紋2023/12/1982連鑄坯缺陷—第四期防止和消除硼結(jié)構(gòu)鋼“硼脆”的途徑“硼相”是M23(C，B)6型含碳硼化合物，硼相沿晶界沉淀成網(wǎng)狀析出，不僅使鋼的淬透性降低，也是造成“硼脆”的根源。因此，要防止或消除“硼脆”，必須限制“硼相”。限制“硼相”：控制鋼中的硼含量；國(guó)內(nèi)外的研究者一致認(rèn)為，硼結(jié)構(gòu)鋼中的硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(酸溶硼)在0.0005％～0.0030％較好。生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)也證明，硼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.001％～0.003％較好，超過(guò)0.003％沖擊值波動(dòng)較大，最好上限控制在0.0025％為宜。控制熱加工工藝及熱處理工藝。加熱溫度、保溫時(shí)間及加熱次數(shù)的控制。加熱溫度越高，晶粒越粗大，晶界減少，沿晶界析出“硼相”的可能增加。熱加工時(shí)常常為改善塑性，易于鍛或軋，加熱溫度往往過(guò)高，保溫時(shí)間長(zhǎng)，停鍛或停軋溫度（有時(shí)大于1000℃)，而后的冷卻速度又小，使“脫硼”和“硼相”析出很嚴(yán)重，故鍛或軋溫度不應(yīng)大于1150℃。3.3橫裂紋2023/12/1983連鑄坯缺陷—第四期3.3.5析出物對(duì)鋼的橫列的影響析出物尺寸越粗大，斷面收縮率越大，塑性越好。當(dāng)奧氏體晶界質(zhì)點(diǎn)粗大，呈稀疏分布，橫裂紋產(chǎn)生的廢品減少；當(dāng)奧氏體晶界質(zhì)點(diǎn)細(xì)小，呈密實(shí)分布，鑄坯因橫裂產(chǎn)生的廢品增加。因此控制沉淀在奧氏體晶界質(zhì)點(diǎn)的粗大或控制質(zhì)點(diǎn)（如AlN、TiN、MnS）不在晶界析出，可以降低對(duì)裂紋的敏感性。一般的C—Mn鋼（Ｍn﹥1%)、C—Mn—Nb(V)鋼連鑄坯容易產(chǎn)生橫裂紋。因?yàn)樵谳^高溫度下（1050℃～1100℃),Nb(CN)已開(kāi)始在晶界沉淀，降低了晶界的結(jié)合力，導(dǎo)致沿沉淀物周圍的空洞生長(zhǎng)，促使晶界裂紋的擴(kuò)展，同時(shí)使鋼的脆化溫度區(qū)間加寬，對(duì)裂紋敏感性增加。3.3橫裂紋2023/12/1984連鑄坯缺陷—第四期

鋼中含Al量增加，橫向裂紋廢品增加。AlN在奧氏體晶界析出，降低了晶界內(nèi)聚力，增加了轉(zhuǎn)變脆性，使900℃～700℃鋼延性大降低，裂紋敏感性增加。

鋼中Al、Nb、N增加，在A3轉(zhuǎn)變溫度以上就有氮化物和C—N化物沉淀，擴(kuò)大了降低鋼延性溫度的范圍。

連鑄二冷強(qiáng)度對(duì)質(zhì)點(diǎn)的析出有重要影響。二冷采用弱冷卻（0.6L/kg),沿奧氏體晶界AlN析出減少了。3.3橫裂紋2023/12/1985連鑄坯缺陷—第四期3.3.6結(jié)晶器振動(dòng)-重要(1)振痕深度增加，橫裂紋增加。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。

3.3橫裂紋2023/12/1986連鑄坯缺陷—第四期(2)結(jié)晶器振動(dòng)特點(diǎn)◆振痕深度增加，橫裂紋增加（圖3－15）；◆振動(dòng)頻率f增加,振痕變淺，橫裂紋減少（圖3－16）；◆負(fù)滑脫時(shí)間增加，振痕深度增加（圖3－17）。圖3-15振痕深度與橫圖3-16振動(dòng)頻率與圖3-17負(fù)滑脫與振痕裂紋產(chǎn)生幾率的的關(guān)系振痕深度的關(guān)系深度深度的關(guān)系3.3橫裂紋2023/12/1987連鑄坯缺陷—第四期3.3.7鑄機(jī)對(duì)弧精度的影響如果鑄機(jī)輥道對(duì)中、對(duì)弧不好，鑄坯在通過(guò)不同輥道、扇形段時(shí)遭受的低應(yīng)變速率下的變形會(huì)引起鋼中微細(xì)碳、氮化物的動(dòng)態(tài)析出，造成鋼脆化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生裂紋。

3.3橫裂紋2023/12/1988連鑄坯缺陷—第四期3.3.8預(yù)防表面橫裂紋的措施成分控制●選擇碳和合金添加量，避免包晶凝固，尤其0.1%-0.13%●盡可能減少Nb，使用V取代Nb●盡可能減少Al、N●向含Nb鋼中添加V●考慮加Ti工藝與設(shè)備控制●合適的保護(hù)渣（保證減淺振痕和防止坯殼粘結(jié)）●高頻率、小振幅結(jié)晶器振動(dòng)[h∝(A·tn)/f]●二冷區(qū)采用平穩(wěn)熱冷卻，控制矯直鑄坯溫度●保持結(jié)晶器液面穩(wěn)定●設(shè)備各組件嚴(yán)格對(duì)中●矯直輥水平度嚴(yán)格管理（<2mm）3.3橫裂紋2023/12/1989連鑄坯缺陷—第四期

矯直輥水平度管理矯直輥水平度異常時(shí)，鑄坯矯直應(yīng)變比正常大（正常1.19％，異常為2.69％），使橫裂多且深，所以應(yīng)把輥水平度控制在2mm以內(nèi)。

矯直輥水平度對(duì)鑄坯橫裂的影響

3.3橫裂紋2023/12/1990連鑄坯缺陷—第四期P22鋼坯橫裂紋2023/12/1991連鑄坯缺陷—第四期4.1皮下裂紋4.2中間裂紋4.3中心裂紋

4.4控制措施第四章內(nèi)部裂紋連鑄坯缺陷—第四期皮下裂紋：離鑄坯表面不等（3～10內(nèi)部mm)的細(xì)小裂紋，主要是由于鑄坯表層溫度反復(fù)回升所發(fā)生的多次相變，裂紋沿兩種組織交界面擴(kuò)展而形成的。

4.1皮下裂紋2023/12/1993連鑄坯缺陷—第四期中間裂紋：

發(fā)生在連鑄坯的柱狀晶區(qū)，并沿柱狀晶擴(kuò)展，該裂紋被稱為中間裂紋。成因與危害：該裂紋的產(chǎn)生與二次冷卻產(chǎn)生的熱應(yīng)力有密切的關(guān)系。（1）澆注溫度高，鋼液過(guò)熱度大，拉速高。（2）二次冷卻制度不合理，造成鑄坯表面回溫嚴(yán)重。（3）噴嘴/水條安裝位置不當(dāng)。鋼坯加熱時(shí)，裂紋會(huì)被氧化，軋制不能焊合，對(duì)鋼材質(zhì)量造成危害。預(yù)防及消除方法（1）根據(jù)鋼種，選擇合適的澆注溫度和拉速。（2）采用合適的二次冷卻制度。（3）噴嘴/水條安裝位置要符合工藝要求。檢查處理

用硫印或低倍進(jìn)行評(píng)級(jí)判斷。

4.2中間裂紋2023/12/1994連鑄坯缺陷—第四期中間裂紋2023/12/1995連鑄坯缺陷—第四期(1)平行于鑄坯輥痕的裂縫特征：連鑄拉矯機(jī)上下輥夾緊鑄坯會(huì)在鑄坯上留下上下兩條平行的輥痕，在平行于或接近平行于輥痕的中間位置形成一條連續(xù)或不連續(xù)條狀中心裂縫。產(chǎn)生原因：二冷室支承輥位置精度不高導(dǎo)致的裂縫。消除方法：提高?；【取?/p>

4.3中心裂紋2023/12/1996連鑄坯缺陷—第四期平行于鑄坯上拉矯機(jī)輥痕的裂縫中心裂紋2023/12/1997連鑄坯缺陷—第四期(2)壓下裂紋是與拉輥壓下方向相平行的一種中心裂紋。當(dāng)壓下過(guò)大時(shí)，即使鑄坯完全凝固也有可能形成裂紋。

產(chǎn)生原因：輥壓過(guò)大鑄坯心部開(kāi)裂。

鑄坯過(guò)輥溫度在第三脆性溫度區(qū)間。

消除方法：降低輥壓。

提高過(guò)輥溫度。4.3中心裂紋2023/12/1998連鑄坯缺陷—第四期中心裂紋輥壓過(guò)大鑄坯心部開(kāi)裂，裂紋垂直于輥面2023/12/1999連鑄坯缺陷—第四期中心裂紋(3)島狀中心裂紋，選擇合適的末端電磁攪拌位置可消除這種類型裂紋。2023/12/19100連鑄坯缺陷—第四期中心裂紋(4)氫致中心裂紋，裂紋呈W型2023/12/19101連鑄坯缺陷—第四期

(5)中心星狀裂紋在圓坯斷面中心出現(xiàn)呈放射狀的裂紋。形成原因：由于凝固末期液相穴內(nèi)殘余鋼液凝固收縮，而周圍的固體阻礙其收縮產(chǎn)生拉應(yīng)力，中心鋼液凝固放出潛熱而加熱周圍的固體使其膨脹，在兩者綜合作用下，使中心區(qū)受到破壞而導(dǎo)致放射性裂紋?？刂拼胧旱瓦^(guò)熱度澆注,控制好二次冷卻,以便液芯矯直時(shí)有均勻較大的等軸晶面積和低矯直溫度?？刂坪貌煌?guī)格矯直壓力,防止壓扁,小規(guī)格鑄坯增加機(jī)械限位,從而減少鑄坯變形量。圓坯連鑄的內(nèi)裂與鋼種及規(guī)格,以及二次冷卻方式和冷卻強(qiáng)度有著密切的關(guān)系,同時(shí)與鑄機(jī)的設(shè)備狀態(tài)更有密不可分的直接影響,在采取以上針對(duì)性措施的同時(shí),我們還針對(duì)不同的鋼種,不同的規(guī)格,調(diào)整了工藝參數(shù),使拉速、鋼水過(guò)熱度和二冷強(qiáng)度達(dá)到了良好的匹配,從根本上控制住了圓管坯內(nèi)裂的產(chǎn)生4.3中心裂紋2023/12/19102連鑄坯缺陷—第四期中心星狀裂紋(1)中心裂紋2023/12/19103連鑄坯缺陷—第四期中心裂縫

星形狀中心裂縫（2）2023/12/19104連鑄坯缺陷—第四期中心裂紋星形狀中心裂縫（2）2023/12/19105連鑄坯缺陷—第四期定義與外觀

在靠近中心部位的柱狀晶區(qū)產(chǎn)生，一般產(chǎn)生在內(nèi)弧一側(cè)，在中心無(wú)等軸晶區(qū)時(shí)，裂紋可穿過(guò)中心，該裂紋被稱為中心裂紋。成因及危害（1）澆注溫度高，鋼液過(guò)熱度大。（2）拉速高。（3）二次冷卻制度不合理，冷卻太強(qiáng)。（4）噴嘴/水