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连铸板坯和方坯表面缺陷的分析与判定

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摘要：无论是钢板、板卷，还是棒材或型材，它们的表面缺陷主要有两种基本来源：轧制过程产生或起始于板坯/方坯来料。通常，裂纹等各种各样的缺陷大多源于初始铸坯，而非产生于后面的工序。不管是方坯还是板坯，各种缺陷的产生机理是类似的。描述板坯/方坯上存在的各种缺陷，并举例不同工艺条件下这些缺陷的表现形式。此外，还提出判定各种缺陷的一些指导准则。

关键词：板坯，方坯，缺陷，判定

0前言

在钢板、板卷、棒材及型钢上的诸如裂纹及其他等缺陷，大多源于板坯/方坯上的缺陷。这些缺陷产生的原因分析已见诸于Thomas，Tsai，Brimacombe，Szekeres等专家学者的众多文献资料，还有一些讲座培训，例如每年举办一届的不列颠哥伦比亚大学关于连铸的KeithBrimacombe讲座。大多数钢厂面临的最大挑战是缺乏如何判定、检查这些缺陷及相应地采取何种对策。令人遗憾的是，目前很多钢厂在遇到表面缺陷问题时所做的一些措施并不恰当，甚至没有对板坯/方坯进行检测分析便做出相应的判定和措施。

1板坯和方坯表面缺陷

板坯和方坯上的所有表面缺陷几乎可以被分成五大类，并且在世界上大多数铸机上它们的发生位置基本上也是可以预测的。基于经验，按照发生概率的大小顺序列出了五大类缺陷及它们可能发生的主要位置，见表1。

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依据加热炉的氧化条件，可以确定板坯/方坯表面缺陷的临界深度，从而判定缺陷是否最终会成为板材、板卷或棒材上的轧制表面缺陷。大部分加热炉操作会导致1%-2%厚度的铸坯氧化成氧化铁皮。如果铸坯的厚度为220mm，就意味着在加热过程中会造成2.2-4.4mm的厚度损失。这个厚度损失同样会传递到表面缺陷。如果铸坯表面缺陷的深度小于铸坯厚度的1%-2%，那么这些缺陷将在加热过程中消除。而那些比成为氧化铁的1%-2%厚度更深的缺陷，最终会造成轧材的表面缺陷。

1.1针状气孔/疏松

在所有铸机上，针状气孔/疏松几乎都是常见的，也是最容易被忽略的铸坯缺陷。如果钢中的气体得不到合理控制，就会在板坯/方坯表面上产生针状气孔/疏松。当凝固率达到90%而气体总压力Ar+H2+N2+CO+CO2＞1atm时，针状气孔/疏松就会在板坯/方坯表面上形成。找出表面和皮下针状气孔/疏松的形成原因并不困难。在实际生产中，皮下通常是指表面以下10mm的深度。根据经验，针状气孔/疏松是影响钢板/板卷表面质量的最突出问题。

下面看一个板坯上的针状气孔/疏松的例子，钢种是V和Nb复合微合金化的A572Cr50结构钢，含0.15%C，在铸坯上角部出现针状气孔/疏松，导致14.3mm厚的成材的上边部出现缺陷，如图1中所示。该板坯进行了展宽轧制以满足板宽尺寸的需要。需要注意的是，只有采取了正确的火焰清理，才能发现板坯上的针状气孔/疏松。

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随着为满足轧材宽度需要而采取的轧制方式（直轧或是展宽轧制）的变化，针状气孔/疏松的直径大小会同成材的厚度或直径（棒材）一起决定其在钢板上的最终几何形状或特征。图2为不同轧制方式（直轧或是展宽轧制）和成材厚度下的针状气孔形状变化示意图。

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图3为因针状气孔/疏松引起其他表面缺陷的举例。

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1.2裂纹

纵裂和横裂是连续浇铸板坯/方坯上的第二大常见的表面缺陷。在炼钢控制良好的情况下，纵裂相比于横裂少见。为拉速和碳含量选择合理的结晶器保护渣是控制纵裂的关键因素。懂得结晶器保护渣重要性的炼钢厂通常会有三种之多的保护渣，分别满足低碳钢（wC＜0.09%），包晶钢（wC0.09%-0.15%）和碳含量高的钢种（wC＞0.15%）需要。令人遗憾的是，仍然有很多钢厂试图只用一种保护渣来生产全部品种。纵裂或深或浅，通常位于铸坯的上表面或下表面，如图4所示。在铸坯出连铸机时，会看到铸坯表面上呈现一道道暗线的纵裂纹。

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当采用直轧时，大部分纵向裂纹会被轧平，看起来像一条类似缺陷的长缝，如图5所示。如果采用了展宽轧制，纵向裂纹则表现出一定的宽度，但依然具有采用直轧时的特点。经过展宽轧制后，类似缺陷的缝隙可能会变得不直。

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横裂主要产生于板坯或方坯的上表面接近边部的地方。在一些严重的情况下，横裂还会出现在板坯/方坯的表面。由于横裂通常与铸坯低塑性（由微合金化元素析出和温度引起）有关，低热塑性会引起板坯/方坯在矫直过程中开裂，所以横裂多出现在铸坯的上表面。图6显示了清理和不清理两种状态下在板坯上表面角部出现的横向裂纹。铸态板坯/方坯表面上的这些裂纹尺寸非常小，以致于很难用肉眼发现。因此，火焰清理是检查这类缺陷的最好工具。

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不管轧制工艺如何，根据横裂纹自身的几何形状，它们轧制后形成的缺陷形状类似于由针状气孔/疏松造成的缺陷，如图7所