连铸坯表面裂纹形成及防止.ppt

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1、连铸坯表面裂纹形成及防止连铸坯表面裂纹形成及防止 蔡开科蔡开科 孙彦辉孙彦辉北京科技大学冶金与生态工程学院北京科技大学冶金与生态工程学院 2007.8 1内容内容1 前言前言 2 铸坯表面纵裂纹铸坯表面纵裂纹 3 铸坯表面横裂纹铸坯表面横裂纹 4 铸坯表面星形裂纹铸坯表面星形裂纹 5 结论结论 21.前言前言 连铸坯质量概念：铸坯洁净度（夹杂物数量、类型、尺寸、分布）铸坯表面质量（表面裂纹、夹渣、气孔）铸坯内部质量（内部裂纹、夹杂物，中心疏松、缩孔、偏析）铸坯形状缺陷（鼓肚、脱方）31.前言前言缺陷的控制策略图缺陷的控制策略图 4 铸坯裂纹是影响连铸机产量和铸坯质量的主要缺陷。铸坯裂纹是影响连

2、铸机产量和铸坯质量的主要缺陷。据统计铸坯各类缺陷中的据统计铸坯各类缺陷中的50为裂纹。铸坯出现裂纹，为裂纹。铸坯出现裂纹，重者会导致漏钢和废品，轻者需进行精整。重者会导致漏钢和废品，轻者需进行精整。带液芯的铸坯在连铸机内运行和凝固过程中为什么带液芯的铸坯在连铸机内运行和凝固过程中为什么会产生裂纹，这是一个复杂的问题。当外力作用于带液会产生裂纹，这是一个复杂的问题。当外力作用于带液芯的坯壳上，究竟是否产生裂纹决定于钢的高温力学行芯的坯壳上，究竟是否产生裂纹决定于钢的高温力学行为、凝固的冶金行为和铸机设备运行状态。为、凝固的冶金行为和铸机设备运行状态。就裂纹而言，就裂纹而言，可分为铸坯表面裂纹和铸

3、坯内部裂纹两类。如图可分为铸坯表面裂纹和铸坯内部裂纹两类。如图1-11-1表表示连铸坯常见的表面裂纹类型。示连铸坯常见的表面裂纹类型。51 前言前言 图11 铸坯表面裂纹类型 1横向角部裂纹 2纵向角部裂纹 3横裂纹 4宽面纵向裂纹 5星形裂纹 6深振痕 本文仅就连铸坯表面裂纹产生的原因及其防止措施做一简要评述。62 铸坯表面纵裂纹铸坯表面纵裂纹2.1 板坯表面纵裂纹特征板坯表面纵裂纹特征 表表面面纵纵裂裂纹纹可可能能发发生生在在板板坯坯宽宽面面中中心心区区域域或或宽宽面面到到棱棱边边的的任任一一位位置置产产生生。图图21为为板板坯坯宽宽面面中中心心区区域域的的 纵纵 裂裂 纹纹 和和 纵纵

4、裂裂 纹纹 的的 显显 微微 形形 貌貌。以以2501200mm（C=0.08%）板坯为例：）板坯为例：细小纵裂纹：宽度细小纵裂纹：宽度1-2mm，深度，深度3-4mm，长，长100mm左左 右。右。宽大纵裂纹：宽度宽大纵裂纹：宽度10-20mm，深度，深度20-30mm，长度有，长度有 几米，严重时会贯穿板坯而报废几米，严重时会贯穿板坯而报废72 铸坯表面纵裂纹铸坯表面纵裂纹l综合分析表明纵裂纹有以下特征：综合分析表明纵裂纹有以下特征：（1）产生纵裂纹的表面常伴有凹陷（产生纵裂纹的表面常伴有凹陷（depression），纵），纵 裂纹的严重性与表面凹陷相对应。裂纹的严重性与表面凹陷相对应。（

5、2）裂纹沿树枝晶干方向扩展。裂纹沿树枝晶干方向扩展。（3）裂纹内发现有硅、钙、铝等元素的夹杂物。裂纹内发现有硅、钙、铝等元素的夹杂物。（4）在裂纹周围发现有在裂纹周围发现有P，S，Mn的偏析的偏析（5）在裂纹边缘出现有一定的脱碳层，说明裂纹是在高在裂纹边缘出现有一定的脱碳层，说明裂纹是在高 温下形成扩展的。温下形成扩展的。82 铸坯表面纵裂纹铸坯表面纵裂纹l铸坯表面裂纹与中厚板表面缺陷关系铸坯表面裂纹与中厚板表面缺陷关系：板坯表面裂纹板坯表面裂纹15mm深，当压缩比深，当压缩比4.26.8，产品裂，产品裂纹深度为纹深度为2mm。1000块板坯轧制统计：块板坯轧制统计：轧制厚度轧制厚度 裂纹指数

6、裂纹指数 40mm 11.25 92 铸坯表面纵裂纹铸坯表面纵裂纹 图2-1 板坯表面纵裂纹形貌 102 铸坯表面纵裂纹铸坯表面纵裂纹2.2 表面纵裂纹产生的原因表面纵裂纹产生的原因 板坯横断面低倍检验指出，纵裂纹起源于激冷层薄弱处（约2-3mm）。结晶器的模拟试验指出，纵裂纹起源于结晶的弯月面区（几十毫 米到150mm）周边坯壳厚度薄弱处。这说明纵裂纹起源于结晶器 的弯月面区初生凝固壳厚度的不均匀性。由于受力的作用：（1）板坯凝固壳四周温度不均匀而产生的收缩力。（2）板坯收缩由钢水静压力产生的鼓胀力。（3）宽度收缩受侧面约束产生的弯曲应力。这些力的的综合作用在坯壳上，当张应力超过钢的高温允许

7、的强度，则就在坯壳薄弱处萌生裂纹，出结晶器后在二冷区继续扩展。112 铸坯表面纵裂纹铸坯表面纵裂纹在结晶器弯月面区坯壳厚度生长不均匀的主要原在结晶器弯月面区坯壳厚度生长不均匀的主要原因是：因是：（1）包晶相变（）包晶相变（L+）收缩特征，气隙过早形成，）收缩特征，气隙过早形成，导致坯壳生长不均匀。导致坯壳生长不均匀。（2）工艺因素影响结晶的坯壳生长不均匀。）工艺因素影响结晶的坯壳生长不均匀。显然要防止产生纵裂纹，就是要使结晶的弯月面初显然要防止产生纵裂纹，就是要使结晶的弯月面初生坯壳厚度均匀，避免坯壳产生应力梯度。要做到这点，生坯壳厚度均匀，避免坯壳产生应力梯度。要做到这点，对于包晶相变的收缩

8、特征是由对于包晶相变的收缩特征是由Fe-C相图决定的，人为无相图决定的，人为无法改变，而重要的是准确控制影响结晶的初生坯壳生长法改变，而重要的是准确控制影响结晶的初生坯壳生长的工艺因素，来防止产生纵裂纹。的工艺因素，来防止产生纵裂纹。122 铸坯表面纵裂纹铸坯表面纵裂纹2.3 影响表面纵裂纹产生的因素影响表面纵裂纹产生的因素（1）钢水成分 S0.015%，纵裂纹增加（图2-2）；Mn/S升高，纵裂纹降低（图2-3）；C=0.120.15%，纵裂纹产生严重（图2-4）图2-2 钢中S与裂纹指数的关系 132 铸坯表面纵裂纹铸坯表面纵裂纹；图2-4 含碳量对板坯宽面纵裂纹的影响包晶相变钢转变，收缩

9、大，气隙过早形成，坯壳折皱，结晶器热流不稳定，坯壳厚度生长不均匀性加重。图2-3 Mn/S对纵裂的影响 142 铸坯表面纵裂纹铸坯表面纵裂纹（2）拉速拉速l 拉速增加，纵裂纹指数增加（图拉速增加，纵裂纹指数增加（图2-5）；）；l 拉速增加，渣膜厚度减少（图拉速增加，渣膜厚度减少（图2-6）。）。图2-5 拉速对纵裂纹的影响 图2-6 拉速对渣膜厚度的影响152 铸坯表面纵裂纹铸坯表面纵裂纹（3）保护渣保护渣 液渣层厚度液渣层厚度10mm，纵裂纹增加（图，纵裂纹增加（图2-7）。）。高凝固温度和高结晶器温度的保护渣，减少结晶器弯月面传热可使高凝固温度和高结晶器温度的保护渣，减少结晶器弯月面传热

10、可使纵裂发生率减少纵裂发生率减少50%。图2-7 液渣层厚度对纵裂纹的影响162 铸坯表面纵裂纹铸坯表面纵裂纹（4）结晶器液面波动结晶器液面波动l 液面波动液面波动60Cal/cm2s（2.1MW/M2）,纵裂纹增加；中碳钢（0.11%C），结晶器热流41Cal/cm2s(1.7MW/M2),纵裂纹增加。图2-10 铸坯热流对纵裂指数的影响 182 铸坯表面纵裂纹铸坯表面纵裂纹l2501400mm板坯，结晶的宽面平均热流与板坯纵裂指数如图板坯，结晶的宽面平均热流与板坯纵裂指数如图2-11。结晶的侧面热流与纵裂纹指数如图。结晶的侧面热流与纵裂纹指数如图2-12。由图可知：结。由图可知：结晶器的宽

11、面铜板平均热流为晶器的宽面铜板平均热流为1.4-1.6MW/m2，侧面平均热流为，侧面平均热流为1.1-1.3MW/m2，板坯表面纵裂纹发生率最小。，板坯表面纵裂纹发生率最小。图2-11宽面铜板热流与裂纹的关系 图2-12侧面铜板热流与裂纹的关系192 铸坯表面纵裂纹铸坯表面纵裂纹l图图2-13和图和图2-14分别为结晶器两宽面铜板和两侧面铜板热流差值与板坯纵分别为结晶器两宽面铜板和两侧面铜板热流差值与板坯纵裂纹关系，由图可知，对称铜板热流差值控制在裂纹关系，由图可知，对称铜板热流差值控制在0.05MW/m2时，板坯时，板坯表面纵裂纹发生率较小。这说明对称铜板导出热量相同凝固坯壳厚度生长表面纵

12、裂纹发生率较小。这说明对称铜板导出热量相同凝固坯壳厚度生长均匀。均匀。图2-13宽面铜板热流差值与裂纹的关系 图2-14侧面铜板差值与裂纹的关系 202 铸坯表面纵裂纹铸坯表面纵裂纹l侧边铜板热流与宽边铜板热流之侧边铜板热流与宽边铜板热流之比为比为0.8-0.9时板坯表面纵裂纹最时板坯表面纵裂纹最小（图小（图2-15）。如比值太小，说）。如比值太小，说明侧面铜板热流过低，凝固坯壳明侧面铜板热流过低，凝固坯壳厚度较薄，钢水静压力作用使侧厚度较薄，钢水静压力作用使侧面鼓胀，加大了宽面坯壳变形，面鼓胀，加大了宽面坯壳变形，在薄弱处产生微裂纹。如比值过在薄弱处产生微裂纹。如比值过大，说明侧边热流过高，

13、侧边凝大，说明侧边热流过高，侧边凝固坯壳生长过厚，当宽面鼓胀时，固坯壳生长过厚，当宽面鼓胀时，侧边不能随之收缩而导致宽面坯侧边不能随之收缩而导致宽面坯壳薄弱处应力集中产生微细裂纹。壳薄弱处应力集中产生微细裂纹。图2-15 侧面热流与宽面热流比值与裂纹关系 212 铸坯表面纵裂纹铸坯表面纵裂纹l结晶器弱冷，有利结晶器弱冷，有利于减少纵裂纹（图于减少纵裂纹（图2-16）。某厂板坯结）。某厂板坯结晶器水量减少（由晶器水量减少（由100%降至降至87%），），二冷强度由二冷强度由100%降降至至80%，纵裂指数，纵裂指数由由1.92降至降至0.51。图2-16 结晶器弱冷对小纵裂纹的影响 222 铸坯

14、表面纵裂纹铸坯表面纵裂纹（6）结晶器的锥度结晶器的锥度 结晶器锥度对纵裂纹的影响结晶器锥度对纵裂纹的影响如图如图2-17;锥度锥度0.8%/m，窄面凹入，窄面凹入无角部纵裂。无角部纵裂。板坯角部纵裂纹与出结板坯角部纵裂纹与出结晶器宽面鼓肚有关。宽面鼓晶器宽面鼓肚有关。宽面鼓肚而窄面随之收缩（凹入），肚而窄面随之收缩（凹入），则无角部纵裂纹，而窄面凸则无角部纵裂纹，而窄面凸出则有角部纵裂纹。出则有角部纵裂纹。强化足辊宽面冷却，减强化足辊宽面冷却，减弱窄面冷却可消除角部纵裂弱窄面冷却可消除角部纵裂纹。纹。图2-17结晶器锥度和钢成分对皮下内裂的影响（断面尺寸240 x240mm,拉速0.7m/mi

15、n）232 铸坯表面纵裂纹铸坯表面纵裂纹（7）结晶器振动结晶器振动l 振痕浅，无角部纵裂纹；振痕浅，无角部纵裂纹；l 振痕深，角部纵裂纹增加；振痕深，角部纵裂纹增加；l 负滑脱时间值增大，板坯表面纵裂升高；负滑脱时间值增大，板坯表面纵裂升高；0.20.3s，纵裂降低。，纵裂降低。（8）结晶器钢液流动结晶器钢液流动l 水口对中，防止产生偏流；水口材质浸蚀，出口流股不对称，造水口对中，防止产生偏流；水口材质浸蚀，出口流股不对称，造成偏流。成偏流。l水口插入深度合适水口插入深度合适242 铸坯表面纵裂纹铸坯表面纵裂纹（9）结晶器变形结晶器变形 对于小方坯常出现角部纵裂纹（靠近角部棱边或离开角部对于小

16、方坯常出现角部纵裂纹（靠近角部棱边或离开角部10-15mm）,它是与凝固前沿热撕裂有关的。它的产生决定于：它是与凝固前沿热撕裂有关的。它的产生决定于：l方坯菱变；方坯菱变；l结晶器圆角半径结晶器圆角半径R(R大，纵裂沿棱角；大，纵裂沿棱角；R小，纵裂离开角部小，纵裂离开角部)；l结晶器变形与磨损。结晶器变形与磨损。保持结晶器合适锥度，较大的圆角半径（保持结晶器合适锥度，较大的圆角半径（R6-8mm），准确对弧），准确对弧和支承，防止结晶器磨损，均匀的冷却等可消除小方坯角部纵裂。和支承，防止结晶器磨损，均匀的冷却等可消除小方坯角部纵裂。（10）出结晶器下口的冷却）出结晶器下口的冷却 足辊和零段二

17、冷水过强，板坯宽面纵裂加剧，如水流密度由足辊和零段二冷水过强，板坯宽面纵裂加剧，如水流密度由110 l/m2.min 降到降到60 l/m2.min，纵裂指数由，纵裂指数由2降到零。降到零。252 铸坯表面纵裂纹铸坯表面纵裂纹2.4.防止表面纵裂纹措施防止表面纵裂纹措施防止纵裂纹产生的根本措施，就是使结晶器弯月面区防止纵裂纹产生的根本措施，就是使结晶器弯月面区域坯壳生长厚度均匀。域坯壳生长厚度均匀。（1）结晶器初始坯壳均匀生长结晶器初始坯壳均匀生长l 热顶结晶器（弯月面区热流减少热顶结晶器（弯月面区热流减少5060）l 波浪结晶器（弯月面区热流减少波浪结晶器（弯月面区热流减少1725）l 结晶

18、器弱冷结晶器弱冷l 合适结晶器锥度合适结晶器锥度对于板坯：为补偿结晶器宽面凝固壳收缩，对于板坯：为补偿结晶器宽面凝固壳收缩，窄面给出线性锥度如图所示，应满足：窄面给出线性锥度如图所示，应满足：对于方坯：管式结晶器由单锥度对于方坯：管式结晶器由单锥度（0.6%/m,0.75%/m）多锥度（结晶器上部多锥度（结晶器上部1.42.3/m，结晶器下部，结晶器下部0.60.8/m）抛物线抛物线锥度演变。锥度演变。l 控制结晶器窄面热流与宽面热流比值为控制结晶器窄面热流与宽面热流比值为0.80.9，以减少纵裂纹。以减少纵裂纹。l调节结晶器水量和进出水温度，控制结晶器弯月面调节结晶器水量和进出水温度，控制结

19、晶器弯月面铜板温度为恒定值。铜板温度为恒定值。262 铸坯表面纵裂纹铸坯表面纵裂纹（2）结晶器钢水流动的合理性结晶器钢水流动的合理性l 液面波动液面波动35mml 浸入式水口对中，防止偏流浸入式水口对中，防止偏流l 合理的浸入式水口设计（合适的出口直径，倾角）合理的浸入式水口设计（合适的出口直径，倾角）l 合适的水口插入深度合适的水口插入深度（3）结晶器振动结晶器振动l 合适的负滑脱时间合适的负滑脱时间tNl 合适的频率和振幅合适的频率和振幅l 防止振动偏差防止振动偏差(纵向，横向纵向，横向0.2mm)272 铸坯表面纵裂纹铸坯表面纵裂纹（4）合适的保护渣合适的保护渣 对结晶器坯壳表面易产生凹

20、陷（纵裂）和粘结的钢种，选用保护渣的原则是：对结晶器坯壳表面易产生凹陷（纵裂）和粘结的钢种，选用保护渣的原则是：凹陷钢（包晶钢）凹陷钢（包晶钢）粘结钢粘结钢 *热流控制热流控制 *摩擦力控制摩擦力控制 *固体渣层厚度固体渣层厚度 *液渣膜厚度液渣膜厚度 *较高熔点较高熔点 *低熔点低熔点 *较高粘度较高粘度 *低粘度低粘度 *较高结晶温度（高碱度）较高结晶温度（高碱度）*低碱度（玻璃性）低碱度（玻璃性）除设计合适的保护渣组成和熔化性能外，在生产上，根据浇注钢种和拉速，除设计合适的保护渣组成和熔化性能外，在生产上，根据浇注钢种和拉速，控制好：控制好：l v（粘度（粘度拉速）拉速）0.20.4 P

21、asm/minl 结晶器钢液面上液渣层厚度结晶器钢液面上液渣层厚度1015mml 均匀渣膜厚度（均匀渣膜厚度（d=0.95Vc-0.47）l 合适渣子消耗（合适渣子消耗（0.30.5kg/m2，或，或0.50.7kg/t）282 铸坯表面纵裂纹铸坯表面纵裂纹（5）出结晶器铸坯运行出结晶器铸坯运行l 结晶器与零段的支撑对弧准确结晶器与零段的支撑对弧准确l 二次冷却均匀性二次冷却均匀性（6）调整钢水成分调整钢水成分l 钢中碳含量避开包晶区，钢中碳含量避开包晶区，C向下线或上线控制向下线或上线控制l钢中钢中S30l 残余元素残余元素Cu、As、Zn控制控制1.3%，在振痕波谷处就产生裂纹。图33 钢

22、高温延性示意图 343 铸坯表面横裂纹铸坯表面横裂纹3.3影响产生横裂纹因素影响产生横裂纹因素（1）钢成分钢成分l C0.100.15%，坯壳厚度不均，坯壳厚度不均匀性强，振痕深，表面易产生凹陷匀性强，振痕深，表面易产生凹陷或横裂纹；生产实践表明，或横裂纹；生产实践表明，C0.150.18%或或0.150.20%时，时，振痕浅了，铸坯边部横裂减少；振痕浅了，铸坯边部横裂减少；l 降低钢中降低钢中N，防止氮化物沉淀；，防止氮化物沉淀；（2）结晶器振动特点结晶器振动特点l 振痕深度增加，横裂纹增加（图振痕深度增加，横裂纹增加（图3-4）；）；l 振动频率振动频率f增加增加,振痕变浅，横裂纹振痕变浅

23、，横裂纹减少（图减少（图3-5）；）；l 负滑脱时间增加，振痕深度增加负滑脱时间增加，振痕深度增加（图（图3-6），方坯），方坯tN=0.120.15s，板坯，板坯tN=0.20s。图3-4 振痕深度与横裂纹产生几率的关系353 铸坯表面横裂纹铸坯表面横裂纹图3-5 振动频率与振痕深度的关系 图3-6 负滑脱与振痕深度的关系 363 铸坯表面横裂纹铸坯表面横裂纹（3）结晶器液面波动结晶器液面波动l 结晶器液面波动增加，横裂纹加重（图结晶器液面波动增加，横裂纹加重（图3-7）。）。l（4）保护渣性能保护渣性能l 保护渣耗量增加，横裂纹减少（图保护渣耗量增加，横裂纹减少（图3-8）；）；图3-7

24、结晶器液面波动与角裂发生率的关系图3-8 保护渣消耗量与角裂发生率的关系373 铸坯表面横裂纹铸坯表面横裂纹（5）合适二冷强度合适二冷强度l 调整二冷水分布，在调整二冷水分布，在矫直前铸坯温度矫直前铸坯温度900，避开脆性区，避开脆性区（图（图3-9）；）；l 合适二冷水量并降低合适二冷水量并降低铸坯横向中心与边部铸坯横向中心与边部温度差，尤其是避免温度差，尤其是避免角部温度过低。角部温度过低。图3-9 矫直温度与横裂纹关系 383 铸坯表面横裂纹铸坯表面横裂纹3.4 防止横裂纹措施防止横裂纹措施（1）采用高频率采用高频率,小振幅结晶器振动小振幅结晶器振动 负滑脱时间负滑脱时间t N与拉速与拉

25、速v成正比成正比,与频率和振幅与频率和振幅f成反成反比比.为防止横裂纹为防止横裂纹,就要减浅振痕就要减浅振痕,则必须降低则必须降低,要降低要降低,则则必须采用高频率必须采用高频率(100400min-1),小振幅小振幅(5mm)的结的结晶器振动机构。晶器振动机构。（2）合适的二次冷却水量合适的二次冷却水量 根据钢种不同根据钢种不同,二冷配水量分布应使铸坯表面温度分二冷配水量分布应使铸坯表面温度分布均匀布均匀,应尽量减少铸坯表面和边部温度差。采用动态二应尽量减少铸坯表面和边部温度差。采用动态二冷配水模型。冷配水模型。（3）合适保护渣性合适保护渣性 保护渣用量和粘度保护渣用量和粘度,既要满足减浅振

26、痕既要满足减浅振痕,又要防止坯壳又要防止坯壳粘结粘结.最少为最少为 0.3kg/m2。393 铸坯表面横裂纹铸坯表面横裂纹（4）合适铸坯轿直温度，以避开脆性区。合适铸坯轿直温度，以避开脆性区。（5）矫直辊水平度管理（图矫直辊水平度管理（图3-10）矫直辊水平度异常时，铸坯矫直应变比正常大（正常矫直辊水平度异常时，铸坯矫直应变比正常大（正常1.19，异常为异常为2.69），使横裂多且深，所以应把辊水平度控制在），使横裂多且深，所以应把辊水平度控制在2mm以内。以内。图3-10 轿直辊水平度对铸坯横裂的影响404 铸坯表面星形裂纹铸坯表面星形裂纹 4 铸坯表面星形裂纹铸坯表面星形裂纹4.1铸坯表面

27、星形（网状）裂纹特征铸坯表面星形（网状）裂纹特征l 裂纹位于铸坯表面被裂纹位于铸坯表面被FeO覆盖，经酸洗后才能发现。表面裂纹分覆盖，经酸洗后才能发现。表面裂纹分布无方向性，形貌呈网状（图布无方向性，形貌呈网状（图4-1），裂纹深度可达），裂纹深度可达1-4mm，有，有的甚至达的甚至达20mm。l金相观察表明，裂纹沿初生奥氏体晶界扩展。裂纹中充满金相观察表明，裂纹沿初生奥氏体晶界扩展。裂纹中充满FeO，轧制成品板材表面裂纹走向不规则，成弥散分布，细若发丝，深轧制成品板材表面裂纹走向不规则，成弥散分布，细若发丝，深度很浅，最深度很浅，最深 达达1.1mm。必须进行人工修复。必须进行人工修复。图4

28、-1 铸坯表面的网状裂纹41424 铸坯表面星形裂纹铸坯表面星形裂纹4.2铸坯表面星形裂纹产生原因铸坯表面星形裂纹产生原因 铸坯表面星形裂纹沿一次晶界分布，裂纹边界有脱铸坯表面星形裂纹沿一次晶界分布，裂纹边界有脱C现象，说明是在结晶现象，说明是在结晶器内高温下（器内高温下（1400C）坯壳奥氏体转变之前形成的。）坯壳奥氏体转变之前形成的。对于铸坯表面星状裂纹形成的原因，有不同的观点，大致有以下看法：对于铸坯表面星状裂纹形成的原因，有不同的观点，大致有以下看法：（1）铜渗透和铜富集铜渗透和铜富集l 铜渗透铜渗透 结晶器下部。铜板渣层破裂，发生固结晶器下部。铜板渣层破裂，发生固/固摩擦接触，固摩擦

29、接触，Cu局部粘附在坯壳局部粘附在坯壳上，上，Cu熔点是熔点是1040，Cu熔化沿奥氏体晶界渗透，熔化沿奥氏体晶界渗透，晶界破坯而失去塑性，晶界破坯而失去塑性，产生热脆现象。在裂纹里发现有铜（产生热脆现象。在裂纹里发现有铜（Cu=1.6%），也证明了这点。），也证明了这点。l 铜富集铜富集 钢中含有钢中含有Cu=0.050.2%，高温铸坯由于，高温铸坯由于Fe氧化，在氧化，在FeO皮下形成含皮下形成含Cu的富集相的富集相(70%Cu，15%Ni，10%Sn，5%Fe)熔点低，形成液相沿晶界穿行，熔点低，形成液相沿晶界穿行，在高温时在高温时(11001200)具有最大的裂纹敏感性。具有最大的裂纹

30、敏感性。434 铸坯表面星形裂纹铸坯表面星形裂纹（2）奥氏体晶界沾污奥氏体晶界沾污l 结晶器弯月面初生坯壳结晶器弯月面初生坯壳,由于由于转变转变收缩收缩鼓胀鼓胀坯壳弯曲坯壳弯曲在张力和钢水静压力作用下奥氏体晶界裂开在张力和钢水静压力作用下奥氏体晶界裂开,固固/液界面富集溶质的液界面富集溶质的液体进入裂纹液体进入裂纹,加上晶界析出物加上晶界析出物,污染了晶界成为晶界薄弱点污染了晶界成为晶界薄弱点,是产生是产生星状裂纹的起点星状裂纹的起点.l 铸坯在运行过程中铸坯在运行过程中,进一步受到张力作用进一步受到张力作用(如鼓肚如鼓肚不对中不对中不均匀不均匀冷却冷却),裂纹进一步扩展裂纹进一步扩展.（3）

31、表面凹陷和不规则褶皱（振痕）表面凹陷和不规则褶皱（振痕）l 板坯表面有凹陷和不规则振痕，清理后，发现有的分布细小裂纹，板坯表面有凹陷和不规则振痕，清理后，发现有的分布细小裂纹，裂纹深度裂纹深度2mm，发现含有，发现含有SiAlCaNa的氧化物。在轧材表面的氧化物。在轧材表面会遗传有像头发丝细小裂纹，有时还会发现有会遗传有像头发丝细小裂纹，有时还会发现有Al2O3、SiO2、NaK类似于保护渣。类似于保护渣。l 采用与防止纵向裂纹产生的措施，尤其是控制结晶器振动（高频采用与防止纵向裂纹产生的措施，尤其是控制结晶器振动（高频率，小振幅）和低粘度碱性保护渣，使星形裂纹明显减少。率，小振幅）和低粘度碱

32、性保护渣，使星形裂纹明显减少。444 铸坯表面星形裂纹铸坯表面星形裂纹（4）H2过饱和析出过饱和析出l 试验指出，表面网状裂纹也有不含试验指出，表面网状裂纹也有不含Cu也不含保护渣，当钢水中也不含保护渣，当钢水中 H5.5ppm出现网状裂纹废品，当出现网状裂纹废品，当H10ppm，网状裂纹废品增加，网状裂纹废品增加l 在结晶器的弯月面区，结晶速度很快（冷却速度在结晶器的弯月面区，结晶速度很快（冷却速度100/s），凝固初生坯），凝固初生坯壳壳H过饱和，当坯壳温度降低时，原子过饱和，当坯壳温度降低时，原子H从固体析出，向晶间的微孔隙扩从固体析出，向晶间的微孔隙扩散变成散变成H2，造成附加应力，再

33、加钢水静压力和收缩力，超过了一定温度下，造成附加应力，再加钢水静压力和收缩力，超过了一定温度下钢的允许强度，则沿晶界断裂，形成网状裂纹。钢的允许强度，则沿晶界断裂，形成网状裂纹。l 降低钢中降低钢中H，降低，降低S,提高提高Mn/S比，可使网状裂纹明显减少。比，可使网状裂纹明显减少。（5）晶间硫化物脆性晶间硫化物脆性l 树枝晶间富集树枝晶间富集S奥氏体晶界富集有（奥氏体晶界富集有（Fe,Mn）S(Mn 28-29%,Fe34-35%,S 36%),熔点熔点980-1000，晶界形成硫化物液体薄膜，晶界形成硫化物液体薄膜，在外力作用在外力作用下形成网状裂纹。下形成网状裂纹。l 降低降低S，提高，

34、提高Mn/S比，延长加热时间，提高加热温度，使晶界（比，延长加热时间，提高加热温度，使晶界（Fe,Mn）S 转变为转变为MnS,轧制板材无裂纹。轧制板材无裂纹。铸坯表面星形裂纹形成机理是非常复杂的，可能不是单一因素而是多种铸坯表面星形裂纹形成机理是非常复杂的，可能不是单一因素而是多种因素作用的结果。因素作用的结果。454 铸坯表面星形裂纹铸坯表面星形裂纹4.3 防止星形裂纹措施防止星形裂纹措施 （1）Cu-Ag,Cr-Zr-Cu结晶器铜板结晶器铜板+镀镀Ni或镀或镀Cr。（2）针对钢成分对裂纹的敏感性，将）针对钢成分对裂纹的敏感性，将C，S，Mn/S，N 含量控制在合理范围。含量控制在合理范围

35、。（3）浇注工艺参数的优化，合适的浇注温度，拉速，二）浇注工艺参数的优化，合适的浇注温度，拉速，二 冷水量。冷水量。（4）合适的保护渣性能。）合适的保护渣性能。（5）连铸机设备状况（与防纵横裂纹措施相同）。）连铸机设备状况（与防纵横裂纹措施相同）。465结论结论（1）连铸坯产生裂纹主要决定于）连铸坯产生裂纹主要决定于:钢成分对裂纹敏感性、钢成分对裂纹敏感性、浇注工艺条件、连铸机设备状况。浇注工艺条件、连铸机设备状况。（2）带液芯连铸坯在连铸机内运行过程中受外力作用是）带液芯连铸坯在连铸机内运行过程中受外力作用是 坯壳产生裂纹的外因坯壳产生裂纹的外因,钢的高温力学行为是产生裂纹钢的高温力学行为是产生裂纹 的内因的内因,而设备、工艺因素是产生裂纹的条件。而设备、工艺因素是产生裂纹的条件。（3）根据所浇钢种）根据所浇钢种,对连铸机设备的调整应符合钢凝固收对连铸机设备的调整应符合钢凝固收 缩规律缩规律,使其坯壳不受变形为原则使其坯壳不受变形为原则,对工艺参数的优化对工艺参数的优化,使其得到合理的铸坯凝固结构。这样使连铸坯不产使其得到合理的铸坯凝固结构。这样使连铸坯不产 生裂纹或控制裂纹不足以造成废品的所允许的范围生裂纹或控制裂纹不足以造成废品的所允许的范围 内。内。47 thank you thank you for your attention for your attention48