2.4钢锭的凝固.pptVIP

2.3 铸件的凝固 2.3.1 模铸铸件（锭）的凝固 2.3.2 连铸坯的凝固 2.3.1 模铸铸件（锭）的凝固 将炼成的钢水浇注到铸铁制成的钢锭模内，凝固后形成的锭子称为钢锭。钢锭经轧制或锻压成为钢材后方能使用，所以钢锭是半成品。根据浇注方法的不同有上注钢锭和下注钢锭之分。下注锭的表面质量优于上注锭。根据脱氧程度的不同又有沸腾钢钢锭、半镇静钢钢锭和镇静钢钢锭三种。沸腾钢是脱氧不完全的钢，镇静钢是脱氧完全的钢，半镇静钢的脱氧程度介于前两者之间，接近于镇静钢。 钢锭的应用现状 模铸锭与连铸坯相比，所占比例逐年减少，最终将减少到约占10％，其中合金钢和不锈钢将减少到20％，工具钢和特殊钢将减少到40％。这是由于连铸坯可以多炉连浇、收得率高、不需初轧或开坯、能耗低，质量甚至优于模铸锭。 但模铸镇静钢不可能完全被淘汰，因为锻造用钢、一些小批量生产的高级合金钢及VAR(真空电弧重熔)和ESR(电渣精炼)用的坯料仍需用模铸镇静钢来生产。 钢锭的质量 钢锭的质量有表面质量和内部质量之分。表面质量以钢锭表面是否有结疤和裂纹及表皮的纯净度和致密度来衡量。内部质量则以钢锭内部的纯净度、致密度、低倍非金属夹杂物数量和宏观偏析的程度来衡量。沸腾钢的表面质量好，但由于锭心偏析大，内部质量不如镇静钢。 2.3.1.1 钢锭的浇注工艺 浇注方法 按钢水进入钢锭模的方位可分为上注和下注。 一般根据钢锭大小、钢种特点和车间生产条件等进行选择。表面质量要求严格的不锈钢、硅钢、薄板等钢种采用下注，内部质量要求较高的重轨、炮管等钢种多采用上注；小钢锭只能下注，大钢锭则适于上注。 2.3.2 钢锭(steel ingot)的凝固 模内钢水的凝固速度可用平方根定律表示： 根据上式可以求出凝固速度 其中：K为凝固系数 s为凝固层厚度，mm；t为凝固时间，min；v为凝固速度，mm/min。 例题 铸件凝固层厚度为5mm，凝固时间为0.1min，求该铸件的凝固系数及凝固速度。 由 得K=5/0.11/2=15.81mm/min1/2 由 得V=15.81/2/0.11/2=25mm/min 其中S、M、C三条实线分别为钢锭在凝固和模内保温期间三个点的温度变化曲线。 （1）S1、M1、C1三条点划线为钢锭凝固到40min(中间点尚未凝固)开始脱模入炉时锭表、中间点及中心点的温度变化曲线。 （2）S2、M2、C2三条长虚线则为中心点凝固后立即脱模并装炉时三个位置的温度随时间的变化曲线。 （3）S3、M3、C3(点虚线)为钢锭凝固到60min左右进行脱模时的温度变化曲线。 一、钢锭凝固收缩 钢液在冷却和结晶过程中所发生的体积收缩。 凝固收缩量 钢锭的凝固收缩包括液态收缩、结晶收缩和固态收缩三部分。即，为总的冷凝体积收缩率，％；εL、εc、εs分别为液态、结晶和固态的体积收缩率，％。 以35钢为例，由1725℃至室温的全部体积收缩率为：εv=εL+εc+εs=4％+3％+7.2％=14.2％。钢的凝固收缩量主要随含碳量的变化而变化。钢中含碳量提高，直到0.5％时结晶收缩量逐渐增加，继续提高时反而减小。而钢的固态收缩则随含碳量的增加而减小。因此，含碳量在0.2％～0.5％的钢冷凝的总收缩率最大。 钢液在冷却和结晶过程中所伴随发生的体积收缩，对钢锭的质量及物理、化学均匀性有重要影响： (1)产生缩孔与疏松 由于钢液的冷凝收缩，在浇注补缩不充分的条件下将会造成钢锭或铸件内部的缩孔和疏松缺陷，其容积最大可达浇钢容积的5％。缩孔产生于最后凝固的地方。 钢锭缩孔(shrinkage cavity) 镇静钢钢锭头部中心部位的漏斗状空腔。它是钢液冷凝收缩的结果。缩孔应控制在钢锭冒口线以上，以便开坯或轧制后切除。有时因浇注工艺不当会使缩孔尖细的底部伸入锭身，在加工成材后的该部位横向低倍试片上，呈现出形状不规则的中心小孔洞，称为缩孔残余。 为了防止产生缩孔缺陷，主要是控制钢锭的传热，以促使缩孔尽可能集中在钢锭的最上端，便于切除。最有效的技术措施有：选择合理的钢锭形状和尺寸，采用绝热板保温帽，控制合适的注温、注速和正确的补缩操作等。 (2)产生裂纹 钢在冷凝过程中产生的收缩一旦受阻，便产生应力。当此应力超过钢在当时温度条件下的强度极限或塑性极限时，就会造成裂纹。钢在红热状态下产生的裂纹称热裂纹，常温状态下产生的裂纹称冷裂纹。 实践表明，对钢锭热裂倾向起决定作用的不是钢锭在整个冷凝期间绝对收缩量的大小，而是它在某一时刻的最大收缩速度。在钢锭开始凝固的前5～10min内(钢锭的相应表面温度为1500～1200℃)是产生表面裂纹的最危险时期。 二、钢锭宏观偏析(macrosegregation