连铸坯裂纹控制北京科技大学冶金与生态工程学院目录1连铸坯裂纹概论2连铸坯内部裂纹产生及防止3连铸坯表面裂纹产生及防止4连铸坯裂纹形成机理5总结6案例分析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）这些缺陷的控制战略如下图所示引起连铸坯产品质量问题主要是三种缺陷：◆非金属夹杂物：如薄板表面缺陷、线材拉拔脆段、中厚板超声探伤不合格等◆铸坯裂纹：如中厚板、棒材表面缺陷等◆铸坯中心缺陷：管线钢氢脆裂纹、高碳硬线拉拔脆断等根据钢种和用途，减少连铸坯缺陷或把缺陷控制在使产品不致产生废品限度内，这是提高连铸坯质量的任务。本文主要是讨论连铸坯裂纹控制。1连铸坯裂纹概论1.1连铸坯裂纹类型（1）连铸坯表面裂纹（图1－1）◆纵裂纹◆横裂纹◆网状裂纹◆皮下针孔图1－1铸坯表面缺陷示意图1－表面纵裂纹；2－表面横裂纹；3－网状裂纹；4－角部横裂纹；5－边部纵裂纹；6－表面夹渣；7－皮下针孔；8深振痕（2）铸坯内部裂纹（图1－2）◆中间裂纹◆矫直裂纹◆角部裂纹◆中心线裂纹◆三角区裂纹图◆皮下裂纹1－2铸坯内部裂纹示意图1－角裂；2－中间裂纹；3－矫直裂纹；4－皮下裂纹；5－中心线裂纹；6－星状裂纹内部裂纹是带液芯的坯壳在二冷区凝固过程中在固液交界面产生的。它会影响中厚板的力学性能和使用性能1.2为什么会产生裂纹连铸坯裂纹的形成是一个非常复杂的过程，是传热，传质和应力相互作用的结果。带液芯的高温铸坯在连铸机运行过程中，各种力作用于高温坯壳上产生变形，超过了钢的允许强度和应变是产生裂纹外因，钢对裂纹敏感性是产生裂纹的内因，而连铸机设备和工艺因素是产生裂纹的条件。高温带液芯铸坯在连铸机内运行过程中是否产生裂纹，主要决定于：（1）外力作用（2）钢的高温性能（3）工艺性能（4）设备性能图1－3产生裂纹因素示意图（1）外力作用◆结晶器坯壳与铜板摩擦力◆钢水静压力产生鼓肚（图1－4）◆喷水冷却不均匀产生热应力◆铸坯弯曲或矫直力◆支承辊不对中产生的机械力◆相变应力当这些力作用在高温铸坯表面或凝固前沿产生的应力或应变量超过钢的σ临或ε临时就产生裂纹，然后在二冷区裂纹进一步扩展。图1－4鼓肚现象（2）钢的高温性能钢可分为三个延性区：◆Ⅰ区凝固脆性区（Tm-1350℃）◆Ⅱ区高温塑性区（1300-1000℃）◆Ⅲ区低温脆化区（900-700℃）Ⅰ区使铸坯产生内裂纹，Ⅲ区使铸坯产生表面裂纹。图1－5钢的延性示意图（3）工艺性能◆低过热度浇注◆杂质元素含量（S、Mn/S、P、Cu、Sn、Zn……）◆合适的二冷水量和铸坯表面温度分布◆坯壳与结晶器铜板良好的润滑性◆结晶器液面的稳定性◆结晶器内坯壳均匀生长（4）设备性能◆结晶器锥度◆结晶器的振动（振动频率f，振幅S，负滑脱时间tN）◆气水喷雾冷却◆对弧准确，防止坯壳变形（对弧误差〈0.5mm〉◆在线检测支承辊开口度(〈0.5mm〉◆支承辊变形◆多点矫直或连续矫直◆多节辊◆压缩浇注2连铸坯内裂纹形成及防止2.1铸坯内裂纹产生位置◆铸坯内有不同形状的内裂纹（图1-2）◆内裂纹产生在脆性凝固区，ZST（零强度温度）－ZDT（零塑性温度）区间（图2-1）◆硫印检验表明，绝大多数内裂纹出现于距板坯表面约30～80mm，沿柱状晶方向延伸（图2－2，250×1550mm,Q235）；◆探针分析表明，内裂纹中存在夹杂物，主要是MnS（图2－3）。图2-1凝固两相区主要特征参数变化图2-2存在内部裂纹缺陷的铸坯硫印检验结果图2-3裂纹附近和正常部位的成分（wt%）2.2产生内裂纹的判据内裂纹的产生主要决定于凝固面前沿所能承受的应力应变。当凝固前沿承受的应变ε超过临界应变ε临值，则产生裂纹。不同作者实际测定ε临值如下：C，％ε（应变）设计板坯、大方坯时，推荐值:0.150.2～0.50.17～0.283.2～3.6SMS－Demag：ε临=0.1%0.16～0.230.5～1.0Danieli:ε临≤0.16%0.13～0.153.2～3.30.130.45～0.560.18～0.240.32～0.620.421.0～1.5ε临值主要决定于钢的成分。钢中碳当量CP、Mn/S比和ε临关系如图2－4。CP值计算式如下：CP＝C＋0.02Mn+0.04Ni-0.1Si-0.04