连铸板坯角部横裂产生的原因及应对措施.doc

铸坯角部横裂产生的原因及应对措施板坯可以在表面上观察到纵向裂纹，在尾部观察到中线裂纹。要了解板坯中的角裂纹及孔隙，必须用沿板坯边部进行火焰切割处理，切割出50mm宽，2～3mm深的槽。在检查板坯的裂纹时，在高强低合金钢（HSLA）、包晶钢、中碳钢中发现了角部横裂，但是在低碳铝镇静钢中却很少发现裂纹。包晶钢含有Nb，因此，角裂的百分比极高。虽然在板坯的疏松边发现了角部横裂，但板坯中的大多数裂纹出现在板坯的固定边。几乎板坯中所有的角部横裂纹与振动痕迹方向一致。在出厂前，必须对板坯中的角裂纹和针孔进行处理。处理板坯中出现的裂纹将增加产品成本，降低生产能力，耽误产品出厂日期。经过火焰切割后的板坯样品送到米塔尔研究实验室进行分析，以便确定其中角部横裂纹的发生原因。为减少角部横裂纹，米塔尔公司LazaroCardenas（MSLC）的操作人员、维修人员、技术人员组成了一支精干的团队，以降低板坯角部横裂纹的发生。 裂纹起因 当铸流表面遭受到热力应变、机械力应变或相变时，若该应变量超过了铸件材料的最大应变值，板坯就会发生横裂。在下列条件下板坯可能产生裂纹：（1）铸流表面温度下降至低延展区以下，拉伸应变导致铸件产生裂纹。(2)结晶器上热收缩应变引起板坯内部热断裂，产生裂纹。（3）结晶器上或结晶器附近所施加的外力引起表面热拉裂。 产品的延展性低是出现裂纹的主要原因。影响板坯横裂的因素还包括化学作用。减小温差，降低震动是避免板坯裂隙发生的主要措施。 角部裂分析对板坯切削样本（削痕深度2～3mm）进行化学成分分析的结果如表1。在这种钢中发现了严重的角部裂纹，主要原因是该种钢的Nb、V和C含量高，特别是C对包晶钢非常敏感。理论上讲，Nb(C，N)在1090开始析出，当温度下降，析出量快速增长，当温度降低到900时主要析出物为V（C，N），温度进一步下降到800时，晶间继续析出。众所周知，在温度降低过程中，Nb基及V基析出物沿奥氏体晶粒边界析出。事实上，晶核阻碍其析出，实际的析出温度还要低些，而且，由于处在低温高饱和条件，突然析出发出声响。大量析出物的出现软化了奥氏体晶粒边界，而且当板坯在弯曲拉应力作用下，就会沿晶体边界出现裂纹并扩展。 表1 板坯化学成分 ％ ———————————————————————————————————————— C Si Mn P S V Al Nb Ti Ca N ———————————————————————————————————————— 0.11 0.019 1.01 0.010 0.005 0.016 0.032 0.0290.014 0.0013 0.0030 ———————————————————————————————————————— 大多数情况下，连铸的板坯裂纹很难用肉眼观察得到。在板坯上切削出2～3mm槽后，就可见到其中的裂纹，大部分裂纹的深度超过3mm。但是，在火焰切削后，窄面出现的裂纹却很少。大多数裂纹发生在振动痕迹上。在钢坯宽面，大的裂纹长度可达25mm。从板坯宽面的表面算起，其裂纹深度约5～6mm。要对裂纹进行深入研究，就必须使用电子显微镜、SEM、微探针和火焰切削技术来了解外来颗粒、结晶器磨损脱落的金属元素、树状结构和裂纹周围的原奥氏体边界。火焰表面清理可能改变板坯表面的微结构，因此，在火焰表面清理的样品角部开始切割取样进行观察。 从一个观察面的树枝状结构裂纹观察，可以看出所有裂纹从表面穿透进入了钢的基体内部，裂纹不是枝晶间结构，裂纹切断了枝晶臂。电子显微镜观察结果表明，在无外来杂质的条件下（如结晶器磨损脱落的金属元素），SEM－EDAX和微探针成图显示，裂纹中没有Cu，Ni及Cr等元素出现。各种迹象表明这些裂纹并不是从凝固初始阶段的弯月形金属液面开始形成的。 不进行火焰表面清理的样品，在靠近板坯角部的宽面，可直接用抛光和浸蚀方法观察裂纹情况。板坯充分浸蚀后显示出的白色条带为粗晶粒网状结构，裂纹主要沿这个白条带结构出现。硬度测试表明，白相比黑相更软。这就表明白条带是冷却时沿奥氏体晶粒边界生成铁素体晶粒组织。根据计算，具有表1化学成分的钢的A3温度值为841。即铁素体晶粒组织大约在840时开始形成。铁素体晶粒组织较软，如果板坯角部温度降低于840，又在扇形面非弯曲点上，则在原奥氏体晶粒边界上较软的铁素体晶粒组织中Nb基及V基析出物析出，就很容易在板坯上形成裂纹，并不断扩大。 由Mintz及Abushosha先生作了具有类似化学成分的钢种热延展性试验。在750～900时，板坯延展性低，板坯的析出物成分和铁素体晶粒组织形成温度与计算分析相吻合。对未进行火焰表面清理的纵向剖开的样品进行浸蚀，观察其中的裂纹和铁素体晶粒组织，发现在振痕处开始的地方有3mm