包晶鋼中裂紋的研究_第1頁(yè)
包晶鋼中裂紋的研究_第2頁(yè)
包晶鋼中裂紋的研究_第3頁(yè)
包晶鋼中裂紋的研究_第4頁(yè)
包晶鋼中裂紋的研究_第5頁(yè)
已閱讀5頁(yè),還剩28頁(yè)未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶(hù)提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡(jiǎn)介

武漢科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)PAGEPAGEII摘要近年來(lái),包晶鋼的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。然而,表面裂紋是包晶鋼的主要缺陷之一,對(duì)其表面質(zhì)量影響很大,嚴(yán)重影響產(chǎn)品的合格率。因此,觀察裂紋形態(tài)及組織并分析其產(chǎn)生原因是非常有意義的。本文的實(shí)驗(yàn)材料為15CrMo包晶鋼連鑄坯,剝皮2mm,無(wú)探傷裂紋,然后進(jìn)行連軋。選取連軋10道次后的直徑為100mm棒材,編號(hào)為1#;選取12道次后的直徑為75mm的棒材,編號(hào)為2#。本文采用金相檢驗(yàn),掃描電子顯微鏡和化學(xué)成分分析等方法對(duì)棒材的表面裂紋進(jìn)行了觀察分析,了解了表面裂紋的形態(tài)及組織特征,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)裂紋形成原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,1#試樣裂紋內(nèi)C、O含量高,Ca、Si和Al的氧化物夾渣較多,還有少量Mg的化合物,而且裂紋周?chē)写罅康腟i和MnS等夾雜物;2#試樣裂紋內(nèi)C含量較高,主要為Al、Si和Ca的氧化物夾渣富集,并且有大量Mg的化合物,裂紋內(nèi)還有少量的As、Cu、Ni等元素。裂紋周?chē)蠸i夾渣,大量的Si、Ca及Al的氧化物等夾雜物和MnS夾雜。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知:1#試樣表面裂紋產(chǎn)生的主要原因是由于澆注過(guò)程中結(jié)晶器保護(hù)渣的流動(dòng)性惡化,結(jié)晶器內(nèi)鋼水液面波動(dòng)大,鋼水的流動(dòng)不合理,浸入式水口插入結(jié)晶器深度不夠等因素使保護(hù)渣卷入到坯殼中形成Al和Si氧化物夾渣富集于鋼坯表層下面。夾渣形成以后,在連軋過(guò)程中,夾雜物逐漸露出鋼材表面,在應(yīng)力作用下沿夾渣富集處形成裂紋。2#試樣表面裂紋周?chē)嬖诿撎棘F(xiàn)象,說(shuō)明表面裂紋主要是在均熱爐中均熱時(shí)因?yàn)闇囟炔痪鶆驅(qū)е戮植窟^(guò)熱而產(chǎn)生的,并且在隨后的軋制過(guò)程中不斷擴(kuò)展。針對(duì)表面裂紋的產(chǎn)生原因,提出了以下減少表面裂紋的措施:選用合適的保護(hù)渣、采用電磁制動(dòng)技術(shù)、控制鋼水的過(guò)熱度、選擇大容量的中間包等。關(guān)鍵字:表面裂紋;結(jié)晶器;保護(hù)渣;夾雜物………….000000000000000000000000000000000000000000AbstrctInrecentyears,applicationofperitecticsteelhasbeenmoreextensive.However,surfacecrackisoneofthemajordefect,whichhasgreatimpactonthequalityofthesurfaceandseriouslyaffectsthepassingrateofproductsseriously.Soit’sverymeaningfultoobservethemorphologiesandthemirco-structureofthesurfacecracksandinvestigateincausesofthesurfacecracks.Thetestmaterialsaretwoperitecticsteelbars(15CrMo),whichareafterrollinginthispaper,bothofthelengthare250mm,diametersare100mmand75mm.Theformerisnumbered1#andthelatterisnumbered2#.Thepresentpaperhasanalyzedthesurfacecracksofthebarsbymircroscopictest,electiondiffractionspectrometer(EDS)andchemicalcompositionanalysisoftheinclusions,themorphologiesandthemirco-structurecharactersofthesurfacecrackshavebeenknown.Accordingtotheresultsofcracks,thecausesofthesurfacecracksareanalyzed.TheresultsshowsthattherearehighcontentofC,O;moreoxideinclusionsofCa,SiandAlandasmallamountofMgcompoundsinthecrackofthefirstsample(1#).Besides,aroundthecracktherearealargenumberofotherinclusionssuchasSiandMnS.TherearehighcontentofCinthecrackofthesecondsample(2#).Furthermore,oxideslagsofAl,SiandCaenrichinthecrackandalargenumberofMgcompoundsinthecrack,asmallnumberofAs,Cu,Niandotherelementsarealsofoundinthecrack.ThereareinclusionofSi,alargenumbermoreoxideslagsofCa,SiandinclusionsofAlandMnSaroundthecrack.Combiningtheexperimentalresults,thepapershowsthatthecausesofthesurfacecracksofthefirstsample(1#)isthatthemoldwallisinvolvedintheblankshell,formsoxideslagsofAl,SiandCaandenrichbelowthesurfacebilletbecauseofsomefactors,whicharethedeteriorationofthemobilityofmoldpowderintheprocessofcasting,thelargefluctuationsofthesurfaceofmoltensteelinmoldflux,theunreasonableflowofmoltensteel,theinappropriatedepthofsubmergednozzleetc.Aftertheformationofslag,inclusionsaregraduallyexposedinthesurfaceofsteelduringtheprocessofrolling,andformcracksalongtheslagenrichmentunderthestress.Thedecarbonizationphenomenonisfoundaroundthesurfacecrackofthesecondsample(2#).Thisshowsthatsurfacecracksaremainlyformedwhenthebarsareheateduniformlyinuniform-heatingfurnace.Forthecausesofsurfacecracks,somemeasuresareproposedasthefollowingsoastoreducethesurfacecracks:selecttheappropriatemoldflux,usethetechnologyofelectromagneticbraking,controltheoverheatingofmoltensteelandselectthelargetankmiddle-capacityetc.Keywords:Surfacecrack;Moldwall;Moldflux;Inclusions目錄1文獻(xiàn)綜述 11.1本課題的主要研究意義及研究?jī)?nèi)容 11.1.1本課題的研究意義 11.1.2本課題的研究?jī)?nèi)容 11.2包晶鋼的簡(jiǎn)介 11.2.1包晶鋼的定義 11.2.2包晶鋼的凝固特點(diǎn) 21.3棒材缺陷的研究現(xiàn)狀 31.3.1棒材缺陷的種類(lèi) 31.3.2棒材缺陷形成的根源 31.4包晶鋼棒材表面裂紋的研究 41.4.1表面裂紋的形成機(jī)理 41.4.2表面裂紋的影響因素 41.4.3減少鑄坯表面微裂紋的措施 82實(shí)驗(yàn)研究方法 92.1實(shí)驗(yàn)材料 92.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備 92.3實(shí)驗(yàn)過(guò)程 102.3.1宏觀檢驗(yàn) 102.3.2微觀檢驗(yàn) 102.3.3現(xiàn)場(chǎng)工藝了解 113實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論 123.1宏觀形貌特征 123.2微觀形貌特征 123.2.11#試樣裂紋SEM分析 123.2.22#試樣裂紋SEM分析 173.3試樣的金相組織 203.4討論與分析 214結(jié)論 24參考文獻(xiàn) 25致謝 271文獻(xiàn)綜述1.1本課題的主要研究意義及研究?jī)?nèi)容1.1.1本課題的研究意義近年來(lái),包晶鋼的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。然而,由于偏析和嚴(yán)重的體積收縮形成的表面裂紋是鋼中最為常見(jiàn)又比較嚴(yán)重的缺陷之一,對(duì)其表面質(zhì)量影響很大。表面裂紋嚴(yán)重的導(dǎo)致鋼材報(bào)廢,表面裂紋不嚴(yán)重的也需要?jiǎng)兤ぃ瑢?dǎo)致工作量增大,并且造成能源的浪費(fèi)。所以對(duì)包晶鋼棒材表面裂紋的研究是非常有意義的。1.1.2本課題的研究?jī)?nèi)容本文通過(guò)對(duì)包晶鋼棒材進(jìn)行取樣、制樣、宏觀觀察、掃描電鏡及能譜分析和裂紋尖端組織觀察等過(guò)程,結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表面裂紋產(chǎn)生的原因并提出相應(yīng)措施。1.2包晶鋼的簡(jiǎn)介1.2.1包晶鋼的定義包晶鋼是含碳量約為0.09%~0.17%,在凝固過(guò)程中會(huì)發(fā)生包晶發(fā)應(yīng),并且伴隨這一轉(zhuǎn)變還出現(xiàn)較大的體積變化和線(xiàn)收縮的鋼種。此鋼種容易發(fā)生結(jié)晶器漏鋼事故和鑄坯表面質(zhì)量缺陷,是連鑄較難澆鑄的鋼種[1]。由于包晶鋼的含碳量很低,屬于典型的中碳鋼,而且發(fā)生包晶反應(yīng)的溫度較高,反應(yīng)速度(實(shí)際上是碳的擴(kuò)散速度)相當(dāng)慢,化學(xué)成分較難達(dá)到均勻,所以容易產(chǎn)生偏析,而且很難消除,材料易發(fā)生斷裂。1.2.2包晶鋼的凝固特點(diǎn)在中碳鋼的凝固過(guò)程中,包晶反應(yīng)是發(fā)生的一系列相變中的其中一個(gè)相變。與包晶反應(yīng)有聯(lián)系的比體積變化可導(dǎo)致裂紋的形成與宏觀偏析。鋼液的凝固過(guò)程相圖見(jiàn)圖1.1:圖1.1鋼液凝固過(guò)程相圖在Fe-C相圖中,1495℃時(shí)發(fā)生包晶反應(yīng):δFe(g)+L(l)→γFe(g)。在此反應(yīng)中,δFe(ωC=0.10%)、γFe(ωC=0.18%)和L(ωC=0.53%)三相共存。包晶鋼的凝固正好處于包晶區(qū),其凝固過(guò)程為:包晶反應(yīng)區(qū)域的鋼水澆入結(jié)晶器后,當(dāng)靠近結(jié)晶器壁的鋼液的溫度降到液相線(xiàn)溫度時(shí),首先從液體中結(jié)晶出固體δFe,并以枝晶形式長(zhǎng)大;當(dāng)液體溫度低于1495℃時(shí),發(fā)生包晶反應(yīng)δFe+L→γFe,圍繞δFe枝晶形成γFe包層,構(gòu)成δFe+L→γFe的三相界面;溫度繼續(xù)降低,γFe相通過(guò)碳原子在相界面上擴(kuò)散長(zhǎng)大,不斷消耗δFe相和液相,直到全部變成在Fe-C相圖中,碳含量在0.09%~0.53%區(qū)間的碳鋼都會(huì)發(fā)生包晶反應(yīng),只是當(dāng)碳含量大于0.18%后,由于液相較少,包晶反應(yīng)造成的收縮也較小。通常碳鋼包晶區(qū)碳含量為0.09%~0.18%,收縮量最大時(shí)包晶點(diǎn)的碳含量為0.15%左右[2]。包晶凝固的特點(diǎn)主要?dú)w納為[3]:⑴液態(tài)無(wú)限互溶,固態(tài)有限互溶;⑵γ在δ中的分配系數(shù)小于1;⑶兩條液相線(xiàn)按同一方向傾斜;⑷在溫度略低于TP以下時(shí),成分為C的液體與成分為A的δ相產(chǎn)生包晶反應(yīng),形成成分為B的γ相,即:LC+δA→γB1.3棒材缺陷的研究現(xiàn)狀1.3.1棒材缺陷的種類(lèi)棒材通常是采用軋制、擠壓或鍛造工藝制成的半成品。棒材中的缺陷主要分為表面缺陷和內(nèi)部缺陷兩種,如圖1.2所示,內(nèi)部缺陷主要是由鑄錠和坯料內(nèi)的缺陷在軋制等工藝過(guò)程中延展而成的,主要是位于中心部位的縮孔和夾雜物,以及變形過(guò)程中因這些缺陷而產(chǎn)生的裂紋等。表面缺陷主要是裂紋和折疊。棒材的多數(shù)缺陷都沿縱軸延展,當(dāng)軋制變形量較大時(shí),缺陷也會(huì)變得更長(zhǎng)些[4]。市場(chǎng)上對(duì)無(wú)表面缺陷和無(wú)內(nèi)在缺陷的棒材和線(xiàn)材的需求量很高。圖1.2棒材主要缺陷1.3.2棒材缺陷形成的根源不同的鋼種在澆注和軋制過(guò)程中的表現(xiàn)完全不同。對(duì)由連鑄(CC坯)和傳統(tǒng)的澆注(模注)所生產(chǎn)的材料經(jīng)常會(huì)有缺陷。這些缺陷可能包括坯料表面下的結(jié)晶器保護(hù)渣、夾渣或偏析等[5]。后者可能會(huì)產(chǎn)生低熔點(diǎn)相,在軋制過(guò)程中會(huì)部分熔化,導(dǎo)致結(jié)疤和橫向角裂。當(dāng)進(jìn)行不合適的冷卻時(shí)則常常會(huì)產(chǎn)生縱向表面裂紋。在軋制過(guò)程中,不合適的尺寸彎曲、扭曲的或菱形的坯料可能造成諸如扭曲之類(lèi)的嚴(yán)重缺陷。所以,為了生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,在軋制以前通常要對(duì)坯料的表面進(jìn)行研磨。1.4包晶鋼棒材表面裂紋的研究1.4.1表面裂紋的形成機(jī)理包晶鋼棒材表面裂紋的形成主要可以歸結(jié)為鋼自身的高溫力學(xué)性能、凝固冶金行為這兩個(gè)方面的原因。不少研究者[6,7,8,9]通過(guò)大量的試驗(yàn)和理論分析提出了如下所述的裂紋形成機(jī)理:⑴力學(xué)觀點(diǎn)。①臨界應(yīng)力:以凝固過(guò)程中坯殼所承受的應(yīng)力來(lái)判斷裂紋的形成。如應(yīng)力超過(guò)了固相線(xiàn)溫度附近臨界強(qiáng)度值時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂紋。②臨界應(yīng)變:當(dāng)固液界面固相的變形量超過(guò)臨界應(yīng)變值時(shí)就產(chǎn)生裂紋。⑵冶金學(xué)觀點(diǎn)。①晶界脆化理論:在凝固前沿大約液相分率為10%富集溶質(zhì)的液體薄膜(如硫化物)包圍樹(shù)枝晶,降低了固相線(xiàn)溫度附近鋼的延性和強(qiáng)度,當(dāng)外力作用時(shí)裂紋就沿著晶界發(fā)生,致使凝固前沿產(chǎn)生裂紋。②柱狀晶區(qū)的切口效應(yīng):凝固前沿的柱狀晶生長(zhǎng)的根部,相當(dāng)于一個(gè)切口,產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致裂紋。③硫化物脆性:硫化物沿晶界分布形成Ⅱ類(lèi)硫化物,引起晶間脆性,成為裂紋優(yōu)先擴(kuò)展的地方。④質(zhì)點(diǎn)沉淀理論:鑄坯在冷卻凝固過(guò)程中,AlN等質(zhì)點(diǎn)在奧氏體晶界沉淀,增加了晶界脆性,增加了裂紋的敏感性。⑤偏析理論:任何事物的發(fā)生、發(fā)展都是由內(nèi)因和外因共同作用的結(jié)果,裂紋的形成也不例外??v裂紋無(wú)論外觀有何差別,在裂紋形成前都存在著局部偏析,這種偏析總是在鑄坯表面沿樹(shù)枝晶表面主軸擴(kuò)展。偏析包括C、Mn、P、S的富集??v裂開(kāi)口部位總是沿偏析厚度和長(zhǎng)度方向擴(kuò)展。⑥非金屬夾雜物理論:鋼中各類(lèi)夾雜物含量的增加,加強(qiáng)了鋼的裂紋的敏感性。而夾雜物來(lái)源途徑主要有兩種,即外來(lái)夾雜和內(nèi)生夾雜。其原因包括:脫氧產(chǎn)物、渣卷入、耐材熔損及氧化產(chǎn)物等。成分組成主要為Al2O3,復(fù)合產(chǎn)物和硫化物。在鋼水潔凈度一定的情況下,夾雜物的數(shù)量和分布主要取決于鑄機(jī)類(lèi)型、拉速、澆注溫度及中間結(jié)構(gòu)等。1.4.2表面裂紋的影響因素影響連鑄坯表面縱裂紋的形成和發(fā)展的因素很多,但這些因素一般可分為化學(xué)成分和工藝因素兩方面。1.4.2化學(xué)成分對(duì)包晶鋼縱裂的影響是通過(guò)影響其高溫力學(xué)性能實(shí)現(xiàn)的,一般改善鋼的高溫力學(xué)性能(特別是第Ⅰ脆性區(qū)性能)的元素對(duì)防止縱裂都有有益作用,而惡化高溫力學(xué)性能的元素促使表面縱向裂紋的增加。.1碳含量的影響碳是鋼中最基本的元素,對(duì)組織性能影響最大,其對(duì)鋼的凝固收縮、結(jié)晶器導(dǎo)出熱量等都有影響,對(duì)鋼的熱裂傾向性影響很大[10]。碳含量為0.09%~0.15%時(shí),鋼水在凝固過(guò)程中發(fā)生包晶反應(yīng),在發(fā)生δFe(g)+L(l)→γFe(g)相變時(shí),在相變過(guò)程中線(xiàn)收縮量增加3.8%的體積收縮,產(chǎn)生較大的收縮應(yīng)力,鑄坯與結(jié)晶器壁之間產(chǎn)生較大的空隙,空隙處傳熱速率降低,局部凝固遲緩,造成坯殼厚度不均勻,應(yīng)力下裂紋在凝固殼薄弱處產(chǎn)生。所以碳含量在包晶區(qū)內(nèi),鑄坯縱裂紋發(fā)生率高(見(jiàn)表1.1)。為保證某些鋼的性能指標(biāo),不能完全通過(guò)降低或提高C含量來(lái)避開(kāi)包晶區(qū),因而重要的是準(zhǔn)確控制影響結(jié)晶的初生坯殼生長(zhǎng)的工藝因素,來(lái)防止裂紋的產(chǎn)生。表1.1鋼水中的碳含量與縱裂影響調(diào)查表[11][C]成分/%縱裂出現(xiàn)的概率/%縱裂程度0.03~0.071.0輕微0.07~0.1630.0嚴(yán)重.2硫含量對(duì)包晶鋼表面縱裂有很大的影響,在碳含量不變的情況下,硫含量增加則縱裂的可能性增加。這是由于硫在鋼中的溶解度極小,與鐵生成化合形成低熔點(diǎn)的熱脆性共晶體,并在晶界析出所致,硫偏析降低了比表面能,析出物與基體的結(jié)合力因硫的偏析而下降,促進(jìn)了晶界滑移。硫引起的晶界脆化與鋼的Mn/S有很大關(guān)系,當(dāng)鋼中Mn/S<40時(shí),發(fā)生嚴(yán)重脆化現(xiàn)象。鋼水中硫和磷是影響鋼的裂紋敏感性的重要元素。磷、硫在δ-Fe中的溶解度及擴(kuò)散系數(shù)要比在γ-Fe中大得多,在相變時(shí)有可能產(chǎn)生晶界富集[12],而且使鋼的塑性下降而變脆。此外,提高鋼中錳硫比,可以減少縱裂紋發(fā)生率,一般[Mn]/[S]<100時(shí),縱裂紋發(fā)生率較高。資料顯示[13],當(dāng)S含量在0.015%以上時(shí)鑄坯的裂紋敏感性隨S含量的增加而增加,裂紋指數(shù)升高。這是因?yàn)榱蚴逛摰难由炻曙@著降低的緣故,圖1.3為S含量與裂紋發(fā)生率的關(guān)系圖。圖1.3S含量與裂紋發(fā)生率的關(guān)系.3酸溶鋁的含量以及Ca/Als比率可能是影響鑄坯質(zhì)量的又一項(xiàng)關(guān)鍵因素。鋼中Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)若太大,當(dāng)鋼水注入到結(jié)晶器以后,鋼中Al2O3上浮到鋼液面,被液態(tài)保護(hù)渣吸收溶解,促成保護(hù)渣粘度迅速增加,使坯殼表面渣膜減薄,厚度不均,以致結(jié)晶器內(nèi)的傳熱和潤(rùn)滑也不均勻,從而造成鑄坯的縱裂。.另外,與縱裂有關(guān)的元素還有Al、As、Nb、V、Ti等。鋁對(duì)鋼液純凈度有影響,與水口堵塞關(guān)系很大,影響結(jié)晶器內(nèi)鋼液流場(chǎng)分布的穩(wěn)定性,從而影響凝固坯殼的均勻性。Al、As、Nb、V、Ti、B都會(huì)形成沉淀質(zhì)點(diǎn),在微細(xì)的裂紋源上析出,促進(jìn)裂紋的擴(kuò)展。.2拉速的波動(dòng)和增大都會(huì)導(dǎo)致鑄坯表面縱裂的產(chǎn)生,拉速增大導(dǎo)致凝固初期結(jié)晶器鋼水凝固推遲和坯殼表面平均溫度升高,在結(jié)晶器內(nèi)生成的坯殼越薄,坯殼不均勻性就越嚴(yán)重。拉速越低,鑄坯在冷卻區(qū)受到的冷卻強(qiáng)度越大,使鑄坯易產(chǎn)生表面裂紋和內(nèi)裂。而拉速變化導(dǎo)致負(fù)滑脫時(shí)間變化而產(chǎn)生縱裂,保證負(fù)滑脫時(shí)間不變,則拉速變化對(duì)表面縱裂理解的影響可以得到控制。1.4.2鋼水在結(jié)晶器內(nèi)凝固過(guò)程中釋放的熱量有鋼水過(guò)熱、凝固潛熱和坯殼顯熱,澆注溫度高則鋼水過(guò)熱大,導(dǎo)致鋼水凝固推遲、坯殼厚度減薄且坯殼平均溫度升高[l4],在應(yīng)力不變的情況下,由于坯殼溫度向鋼的第工脆性區(qū)移動(dòng),則縱裂傾向加重。.3結(jié)晶器外表溫度過(guò)低,液面波動(dòng)過(guò)大,冷卻強(qiáng)度不夠,錐度不合理,連鑄保護(hù)渣的厚度過(guò)大,黏度、熔點(diǎn)、熔化速度、堿度等不合理等均會(huì)導(dǎo)致表面裂紋的形成。包晶鋼由于初生凝固坯殼生長(zhǎng)不均勻,在冷卻水量控制方面要求進(jìn)行弱冷,以增強(qiáng)坯殼變形能力,需采用提高保護(hù)渣堿度和適當(dāng)減少結(jié)晶器冷卻水量的措施來(lái)控制結(jié)晶器內(nèi)冷卻強(qiáng)度[15]。在結(jié)晶器傳熱過(guò)程中,結(jié)晶器壁和坯殼間的渣膜對(duì)傳熱系數(shù)的控制起著重要作用。不同冶金性能的保護(hù)渣其控制傳熱的能力不同。低的粘度便于保護(hù)渣流入坯殼和結(jié)晶器壁之間,快速形成保護(hù)渣膜。導(dǎo)熱性一般是通過(guò)控制保護(hù)渣的堿度來(lái)獲得,堿度大于1.0的保護(hù)渣,凝固后形成晶體,導(dǎo)熱性差,相應(yīng)結(jié)晶器的熱流密度低[16]。所以用降低液渣層的粘度的方法來(lái)滿(mǎn)足潤(rùn)滑防止縱裂及拉漏,同時(shí)使保護(hù)渣具有適當(dāng)?shù)哪虦囟群徒Y(jié)晶溫度以增加燒結(jié)層和粉渣層的比例減緩傳熱,抑制表面裂紋的產(chǎn)生。日本和歌山鋼廠研究得出,采用發(fā)熱型保護(hù)渣進(jìn)行澆鑄,可以改善保護(hù)渣的熔化性能,減輕縱裂紋[17]。結(jié)晶器進(jìn)出水溫差、進(jìn)水溫度及進(jìn)水流量對(duì)縱裂也存在影響,減小結(jié)晶器內(nèi)冷卻水流量或提高進(jìn)出水溫差,可以使導(dǎo)熱減小,由此可以減小表面縱裂。.4液面波動(dòng)大,阻礙液渣均勻流入,導(dǎo)致坯殼凝固不均勻,引起表面縱裂;液面波動(dòng)大,鋼水溢過(guò)渣圈,液渣流入空隙后形成厚的渣膜,導(dǎo)致坯殼厚度不均勻,引起表面縱裂。浸入式水口的插入深度過(guò)淺,使液面波動(dòng)大,將阻礙液渣均勻流入結(jié)晶器與坯殼之間的空隙,液渣導(dǎo)致坯殼凝固不均勻,引起表面縱裂紋。浸入式水口插入過(guò)深,縱裂指數(shù)增加。英國(guó)鋼鐵公司研究表明[18],水口浸入深度對(duì)坯表面缺陷有明顯影響,因?yàn)榻胧剿诓迦脒^(guò)深,從兩個(gè)側(cè)孔出來(lái)的鋼水帶到彎月面上的熱量不足,結(jié)晶器上部鋼水溫度偏低,使保護(hù)渣不能均勻熔化,夾雜物沖入結(jié)晶器較深,上浮路徑長(zhǎng)導(dǎo)致上浮困難,容易形成非金屬夾雜物,另外保護(hù)渣熔化不足,液渣層過(guò)薄,流入不均勻,在坯殼較薄弱處產(chǎn)生微細(xì)縱裂紋。浸入式水口的插入深度過(guò)淺,鋼流可以將液渣裹入凝固前沿,形成非金屬夾雜物,從而導(dǎo)致表面裂紋的產(chǎn)生。.5鋼水過(guò)熱度的影響中間包鋼水過(guò)熱度過(guò)高或過(guò)低對(duì)板坯表面縱裂均有不利影響,過(guò)熱度高,鋼水溫度高,生成的坯殼薄且熱應(yīng)力大,易產(chǎn)生表面裂紋;過(guò)熱度低,使保護(hù)渣溶化不良,導(dǎo)致彎月面冷卻不均勻,也易產(chǎn)生表面裂紋。.6脫氧產(chǎn)物、渣卷入、耐材熔損及氧化產(chǎn)物等非金屬夾雜物鋼包渣中的FeO和MnO使鋼水中的[O]總增加,致使鋼水中產(chǎn)生大量的大型夾雜物主要為鈣鋁酸鹽、鈣硅酸鹽、硅錳酸鹽、硅鋁酸鹽和硫化物等,還有大量的氧化物夾雜。鋼包渣帶入結(jié)晶器,不僅惡化鋼的純度還可能導(dǎo)致表面裂紋的產(chǎn)生。這是因?yàn)閹氲匿摪菇Y(jié)晶器保護(hù)渣中的CaO/SiO2升高,Al2O3含量升高,因而惡化保護(hù)渣的潤(rùn)滑性。冷鋼水的熱浮性小,容易將乳化的渣粒帶入結(jié)晶器內(nèi),形成非金屬夾雜物,增加了裂紋敏感性[19].連鑄機(jī)其它狀況對(duì)縱裂也存在影響,結(jié)晶器浸入式水口堵塞或安裝的原因,使鋼液出現(xiàn)偏流,兩邊坯殼厚度不均勻會(huì)造成縱裂的產(chǎn)生;結(jié)晶器與出結(jié)晶器后鑄坯支撐系統(tǒng)對(duì)弧不良也會(huì)造成鑄坯縱裂的產(chǎn)生;對(duì)弧不良使鑄坯承受額外的應(yīng)力,在坯殼強(qiáng)度不變的情況下,應(yīng)力增加使在結(jié)晶器內(nèi)產(chǎn)生的微縱裂易于擴(kuò)展和延伸。1.4.3減少鑄坯表面微裂紋的措施為了改善鑄坯質(zhì)量,減少鑄坯的表面裂紋,采取的有效措施主要概括為以下幾點(diǎn):提高鋼水潔凈度,減少鋼中內(nèi)生和外來(lái)夾雜物數(shù)量。減少鋼中夾雜物主要措施包括:無(wú)渣出鋼、鋼包精練、Ca處理、高性能優(yōu)質(zhì)耐材、合理的結(jié)晶器保護(hù)渣、中包結(jié)構(gòu)及容量、水口傾角及深度、合理澆鑄溫度等??刂其撝衃c]、[s]、[p]的含量,盡量使[c]最好避開(kāi)包晶鋼范圍(0.09%~0.17%),[s]、[p]控制在0.035%以下。②采用凝固溫度高而黏度低的保護(hù)渣[20]。結(jié)晶器保護(hù)渣性能與鑄坯縱裂密切相關(guān)。這是因?yàn)槟虦囟雀叩谋Wo(hù)渣有助于減少通過(guò)結(jié)晶器的熱流;低黏度的保護(hù)渣可提供足夠的潤(rùn)滑,所以對(duì)減少表面裂紋很有效。③采用結(jié)晶器電磁制動(dòng)。在拉速提高情況下,由于從水口中流出的鋼流速度提高,使結(jié)晶器內(nèi)的液面波動(dòng)加劇,從而易使鑄坯產(chǎn)生卷入保護(hù)渣、夾雜物等。而結(jié)晶器電磁制動(dòng)可以將結(jié)晶器液面起伏控制在很小的范圍內(nèi)[21,22]。④采用大容量中間包此方法可以延長(zhǎng)夾雜物的上浮時(shí)間,提高鋼的清潔度,有利于生產(chǎn)質(zhì)量較好的鋼種。多數(shù)連鑄機(jī)應(yīng)用了中間包熱周轉(zhuǎn)技術(shù),以降低耐材消耗:如日本神戶(hù)制鋼加古川廠就采用了大容量中間包[23]。⑤采用合適的浸入式水口的插入深度插入深度既要兼顧減少縱裂紋又要減少裹渣,最佳插入深度為100~140mm,其中30mm是插入鋼液的最小深度(防止裹渣),另一個(gè)30mm是保護(hù)渣層的最大深度,第三個(gè)30mm是考慮到鋼液面波動(dòng),最后10mm是考慮兩側(cè)孔出來(lái)的鋼流有時(shí)會(huì)發(fā)生偏流,即有一個(gè)側(cè)孔出來(lái)的鋼流大于另一個(gè),因而在該側(cè)容易卷渣。⑥合理的連鑄工藝參數(shù)。合理的控制連鑄工藝參數(shù),其中包括采用拉速、冷卻制度及對(duì)中及包水口傾角等。此外,適當(dāng)降低鋼水的過(guò)熱度,實(shí)現(xiàn)低過(guò)熱度澆注,適當(dāng)調(diào)整冷卻制度,選用合適的振動(dòng)頻率、振幅和負(fù)滑脫時(shí)間的結(jié)晶器可以有效得減少表面裂紋的產(chǎn)生。2實(shí)驗(yàn)研究方法2.1實(shí)驗(yàn)材料本文的實(shí)驗(yàn)材料為15CrMo包晶鋼連鑄坯,剝皮2mm,無(wú)探傷裂紋,然后進(jìn)行連軋。選取連軋10道次后的直徑為100mm棒材,編號(hào)為1#;選取12道次后的直徑為75mm的棒材,編號(hào)為2#。2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備①拋光設(shè)備金相試樣拋光機(jī),儀器型號(hào):PG-1;轉(zhuǎn)速:900r/min;拋光直徑200mm。②金相分析設(shè)備(見(jiàn)圖2.1)武漢科技大學(xué)金相實(shí)驗(yàn)室ZEISS金相顯微鏡,儀器型號(hào):Axioplan2。金相顯微鏡,儀器型號(hào):XJP-2C型。武漢科技大學(xué)第二金相實(shí)驗(yàn)室多功能金相顯微鏡。大型金相顯微鏡,儀器型號(hào):UN2。多功能金相顯微鏡③掃描電鏡及能譜分析(見(jiàn)圖2.2)場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM),儀器型號(hào):Nova400Nano。電子背散射衍射儀,儀器型號(hào):HKL。X射線(xiàn)能譜儀,儀器型號(hào):Le35度PentaFETX-3等。2.2掃描電子顯微鏡組合圖④其它設(shè)備立式砂輪機(jī),儀器型號(hào):S3ST-250;轉(zhuǎn)速:2800r/min;砂輪線(xiàn)速度:40m/s;功率:1.1kw。手提式砂輪機(jī),儀器型號(hào):S3ST-225。線(xiàn)切割機(jī),儀器型號(hào):DKM400。2.3實(shí)驗(yàn)過(guò)程2.3.1宏觀檢驗(yàn)ф100鋼材表面有一層厚厚的氧化鐵,而表面微裂紋形成在鑄坯表面,形狀細(xì)小,常常隱藏在這層氧化鐵皮下,肉眼無(wú)法觀察到,所以要用手提式砂輪將表面打磨處理光潔后,通過(guò)目視及用放大鏡觀察表面裂紋,在裂紋位置取樣,標(biāo)記為1#。ф75鋼材表面不需經(jīng)過(guò)上述處理,肉眼觀察不到裂紋,而是直接用著色滲透探傷劑檢驗(yàn)包晶鋼棒材試樣的表面缺陷,在探傷出的裂紋位置取樣,標(biāo)記為2#。2.3.2微觀檢驗(yàn)試樣的制備.1取樣用切割機(jī)在包晶鋼棒材表面探傷出裂紋的地方截?cái)鄼M向切割取樣。.2磨樣先粗磨后手工細(xì)磨,即將切割好的試樣沿含表面裂紋且垂直于表面裂紋的面用立式砂輪機(jī)打磨,將不規(guī)則的面打磨成平面。粗磨后將試樣和手洗干凈,以防將粗沙粒帶到細(xì)磨的砂紙上,造成深磨痕。然后再用砂紙按由粗到細(xì)即從小到大(180、400、600、800、1000、1200、1500)的順序進(jìn)行磨樣。.3拋光細(xì)磨后的試樣沖洗后,將置于拋光機(jī)圓盤(pán)上拋光,直至試樣磨面呈平整、光亮、無(wú)痕的鏡面。拋光結(jié)束后立即沖洗試樣,用酒精擦洗,熱風(fēng)吹干,置于100×下金相顯微鏡下觀察,此時(shí)能看到明顯的裂紋形貌,要求無(wú)明顯劃痕殘留。掃描電鏡及能譜分析將拋光好的試樣置于掃描電子顯微鏡下進(jìn)行觀察,了解裂紋的局部微觀形貌,并且拍照觀察。再用電子能譜儀對(duì)裂紋內(nèi)部及裂紋周邊的夾雜物進(jìn)行定量成分分析,記錄數(shù)據(jù)。金相組織分析將試樣用4%的硝酸酒精溶液腐蝕,再用酒精棉球擦洗,然后用吹風(fēng)機(jī)吹干,最后用多功能顯微鏡觀察裂紋尖端及裂紋旁的組織并拍照記錄數(shù)據(jù)。2.3.3現(xiàn)場(chǎng)工藝了解參觀棒材生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),了解連鑄連軋全過(guò)程并分析裂紋產(chǎn)生的工藝原因。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論3.1宏觀形貌特征ф100鋼材(1#試樣)表面用手提式砂輪機(jī)打磨處理光潔后,通過(guò)目視及用放大鏡觀察可以發(fā)現(xiàn)明顯的表面縱向裂紋。ф75鋼材(2#試樣)表面不需經(jīng)過(guò)上述處理,肉眼觀察不到裂紋,而是直接用著色滲透探傷劑檢驗(yàn),并在探出裂紋處用筆圈出。1#試樣的裂紋宏觀形貌如圖3.1所示:圖3.11#試樣的裂紋宏觀形貌由圖可見(jiàn),裂紋長(zhǎng)度約30mm,沿軸線(xiàn)方向分布,與拉拔方向一致。3.2微觀形貌特征3.2.11#試樣裂紋SEM分析圖3.21#試樣裂紋全貌(×500)由圖3.2可知,1#試樣裂紋深度約300μm,從棒材邊緣向心部擴(kuò)展,且呈開(kāi)口狀,頭部較寬,尾部尖銳,裂紋走向與鋼材表面大致呈45°。裂紋破碎,斷斷續(xù)續(xù),有部分好區(qū),說(shuō)明裂紋有多處裂紋源。此外,靠近棒材邊緣處夾雜物富集區(qū)較多而且分布比較密,靠近中心處夾雜物富集區(qū)較少而且分布比較稀疏,說(shuō)明該裂紋主要是因?yàn)樯倭棵撗醍a(chǎn)物和保護(hù)渣一起卷入坯殼中形成夾雜物,這些夾雜物夾渣分布于鋼坯表層下面,在此后的連軋過(guò)程中,隨著棒材直徑逐漸減小,棒材邊緣夾雜物分布逐漸密集,在應(yīng)力作用下夾雜物富集產(chǎn)生表面裂紋。圖3.3裂紋末端由圖3.3可得:裂紋末端C、O含量較高,還有少量的Al、Si和K。該圖說(shuō)明裂紋末端含有Al2O3、Si和K2O等。圖3.4裂紋中部(位置如圖3.2中1所示)由圖3.4可知:裂紋中部地區(qū)C、O含量較高,還有少量的Ca和Mg,說(shuō)明裂紋中部含有較多的CaO和MgO夾渣較多,MgO主要是耐火材料脫落于鋼水中連鑄形成的夾雜物。圖3.51#試樣裂紋中下部(位置如圖3.2中1所示)圖3.61#試樣裂紋中下部左方(位置如圖3.5中1所示)由圖3.6可知:1#試樣裂紋中下部左方有大量的夾雜物存在,其中最長(zhǎng)的長(zhǎng)條棒槌狀?yuàn)A雜物中含有大量的S和少量的Mn,說(shuō)明該夾雜物主要為MnS,還有少量的FeS。圖3.71#試樣裂紋下部左方(位置如圖3.6附近)由圖3.7可知:在1#試樣裂紋中下部左方的大量夾雜物中,較短的長(zhǎng)條棒槌狀?yuàn)A雜物中所含的S、Mn量大相徑庭,說(shuō)明此處主要是MnS。圖3.81#試樣裂紋下部左方(位置如圖3.7附近)由圖3.8可知:在1#試樣裂紋中下部左方的大量夾雜物中,靠右上方的圓形夾雜物中O、Si含量較高,即此處夾雜物為SiO2。圖3.91#試樣裂紋下部(位置如圖3.5中2所示)由圖3.9可知:1#試樣裂紋下部有大量間斷的黑色空洞,在空洞內(nèi)含有大量的C、O和少量的Ca,即該處主要為CaO夾渣。圖3.101#試樣裂紋下部旁邊(位置如圖3.5中2所示)由圖3.10可知:該處的圓形黑色空洞中含有大量的Si,此處主要是大量的Si夾渣。圖3.111#試樣裂紋右部由圖3.11可知:1#試樣裂紋右部分布著稀少的散狀的黑色小顆粒。經(jīng)能譜儀分析確認(rèn)為Si夾渣。圖3.121#試樣裂紋右部(位置如圖3.11中1所示)由圖3.12可知:1#試樣裂紋右部的長(zhǎng)形夾雜物中O、Si、C含量較高,還有少量的Al元素,即此處主要為Al2O3和Si夾渣。3.2.22#試樣裂紋SEM分析圖3.132#試樣裂紋全貌(×1000)由圖3.13可知:2#試樣裂紋深度約400μm,也是從棒材邊緣向心部擴(kuò)展,裂紋走向與鋼材表面大致垂直。裂紋中間有兩處夾雜物富集區(qū),這些裂紋夾雜物富集區(qū)產(chǎn)生擴(kuò)展的裂紋源擴(kuò)展連接形成了一條大裂紋。裂紋周?chē)鷬A雜物較多較密,右邊在棒材邊緣還萌生了數(shù)條小裂紋。圖3.14裂紋中上部(位置如圖3.13中2所示)由圖3.14可知:裂紋中上部C含量較高,還有少量的O、As、Ni、Cu等元素,即主要為Al、Si和Ca的氧化物夾渣富集于此。圖3.152#試樣裂紋中部(位置如圖3.13中3所示)由圖3.15可知:2#試樣裂紋中部的黑色孔洞里O、C含量很高,另外還有較高含量的Mg、Al和Ca元素,還有少量的Si。經(jīng)過(guò)分析,此處夾雜物富集區(qū)主要富集了大量的MgO、Al2O3、CaO和SiO2等夾雜物。圖3.162#試樣裂紋及周邊(×1000)由圖3.16可知:2#試樣裂紋周邊還有一條短小的直裂紋,周邊分布著大量的散裝的,大小不一的黑色夾雜物。圖3.172#試樣裂紋左邊(位置如圖3.16的1所示)圖3.182#試樣裂紋左邊(位置如圖3.16的1所示)由圖3.17、3.18可知:2#試樣裂紋左邊主要是大量的散裝分布的長(zhǎng)條形的硅鐵夾雜物和圓形的CaCO3夾雜物。圖3.192#試樣裂紋右部(位置如圖3.16中2所示)圖3.20(位置如圖3.19中的1所示)由圖3.19、3.20可知:2#試樣裂紋右部含有大量的MnS和CaO夾雜物和少量的Al2O3和SiO2等夾雜物。3.3試樣的金相組織將兩種鋼樣磨制拋光,經(jīng)4%濃度的硝酸酒精溶液腐蝕后在NU2型金相顯微鏡下觀察組織并拍照,其金相組織照片如下圖所示:圖3.211#試樣(×100)圖3.221#試樣(×400)圖3.232#試樣(×200)圖3.242#試樣(×500)通過(guò)觀察組織圖可知:1#試樣裂紋呈開(kāi)口狀,頭部較寬,尾部尖銳,裂紋深度大約為0.3mm(圖3.21)裂紋旁是珠光體和鐵素體且鋼件外表面無(wú)明顯脫碳現(xiàn)象(圖3.212#試樣裂紋深度約為0.4mm(圖3.23),裂紋旁有明顯的脫碳現(xiàn)象(圖3.23,3.24),這是因?yàn)榱鸭y與鋼材表面曾經(jīng)同時(shí)處于鋼材軋制前的高溫氧化氣氛中進(jìn)行加熱,在此環(huán)境中,與高溫氧化氣氛直接接觸的鋼材外表面上的碳被氧化,使鋼材表面產(chǎn)生脫碳層,據(jù)此可判斷棒材2#試樣的裂紋在軋制前已經(jīng)存在而非軋制過(guò)程產(chǎn)生,即由連鑄坯上已存裂紋傳承下來(lái)。此外,從圖中還可以看出,兩條裂紋都是穿晶形成的(圖3.22,3.243.4討論與分析將1#和2#試樣兩種試樣的宏觀形貌對(duì)比可見(jiàn):2#試樣裂紋的深度比1#試樣裂紋大,而且裂紋周邊及遠(yuǎn)離裂紋的棒材邊緣區(qū)域夾雜物與夾雜物富集區(qū)較多而且較密,2#試樣裂紋內(nèi)的夾雜物富集區(qū)比1#試樣裂紋夾雜物富集區(qū)大且密,在軋制過(guò)程中更易擴(kuò)展連接形成一條整體的大裂紋。此外,2#試樣萌生的裂紋條數(shù)比1#試樣萌生的裂紋多??梢?jiàn),在軋制過(guò)程中,隨著軋制道數(shù)的增加,隨著棒材直徑的變小,夾雜物不斷露出表面,使靠近棒材邊緣地區(qū)夾雜物變多而且密度變大,在應(yīng)力作用下夾雜物更易富集產(chǎn)生表面裂紋,而且表面裂紋擴(kuò)展的程度也變大。綜合分析1#試樣裂紋的掃描電鏡和能譜圖可得:1#試樣裂紋內(nèi)C、O含量較高,主要是CaO、MgO和Al2O3等氧化物夾渣富集于裂紋內(nèi)部。裂紋周邊主要是長(zhǎng)條紡錘狀的MnS和大的圓形夾雜物中含有大量的Si、O和Al,說(shuō)明該夾雜物主要為MnS和圓形的SiO2夾雜,還有少量的Al2O3,橫截面上分布著大面積的散狀的Si。綜合分析2#試樣裂紋的掃描電鏡和能譜圖可得:2#試樣裂紋內(nèi)主要是CaO、MgO和Al2O3等氧化物夾渣富集于裂紋內(nèi)部。裂紋周邊主要是長(zhǎng)條紡錘狀的MnS,Al、Si、Ca的氧化物等夾雜物,還有大量的圓形的散狀分布的Si。將1#和2#試樣兩種試樣的掃描電鏡和能譜圖對(duì)比可見(jiàn):兩條裂紋內(nèi)部及周邊地區(qū)夾雜物成分大致形似,裂紋中均含有很高C的含量,這里較高的C的含量來(lái)源有兩個(gè):①主要是為了降低熔點(diǎn),在結(jié)晶器保護(hù)渣中加入了較多的石墨或炭黑,隨保護(hù)渣一起被卷入到坯殼中形成夾雜物;②少量是由于中間包中少量的耐火材料層,在鋼液的浸蝕和反復(fù)沖刷下剝落到鋼液中隨保護(hù)渣一起卷入坯殼中形成的。這兩種試樣的裂紋周邊含有大量的Si夾渣,這是由于煉鋼過(guò)程中,鋼液進(jìn)行脫氧時(shí),加入的硅鐵過(guò)多,沒(méi)有完全與氧反應(yīng),因而在鋼液中生成一定數(shù)量的夾雜物。兩種試樣都還有一定量的MgO,這也是由于中間包中少量的耐火材料層,在鋼液的浸蝕和反復(fù)沖刷下剝落到鋼液中隨保護(hù)渣一起卷入坯殼中形成的。此外,1#和2#試樣裂紋旁邊含有大量的分散分布的MnS非金屬夾雜物,MnS是鋼中典型的夾雜物,由于分散較散很少有集中現(xiàn)象,所以,對(duì)裂紋的形成影響也不大。略有區(qū)別的是2#試樣裂紋內(nèi)部還含有微量的As、Ni、Cu、P等元素,因?yàn)槠浜勘容^少,所以對(duì)裂紋的形成影響不大。從1#試樣和2#試樣的裂紋尖端組織圖中可見(jiàn),兩條裂紋都是由穿晶形成的,組織都是鐵素體和珠光體。1#試樣裂紋旁無(wú)明顯脫碳現(xiàn)象而2#試樣的裂紋旁略有輕微脫碳現(xiàn)象,說(shuō)明2#試樣在加熱爐中均熱時(shí)加熱溫度略有不均勻?qū)е戮植窟^(guò)熱,一定程度上促進(jìn)了裂紋的擴(kuò)展。根據(jù)文獻(xiàn)[24],鋼的氧化和脫碳是同時(shí)進(jìn)行的,鋼材表面的裂紋中氧化、周?chē)a(chǎn)生的脫碳是鋼坯在加熱過(guò)程中產(chǎn)生的。裂紋中存在輕微氧化和脫碳,這是鋼材表面裂紋來(lái)源于鋼坯,在軋制過(guò)程中擴(kuò)展產(chǎn)生的。因?yàn)槊撎嫉男纬梢獫M(mǎn)足兩個(gè)基本條件:①脫碳要有較高的溫度(700~800℃以上);②要有足夠的時(shí)間,碳原子由內(nèi)向外發(fā)生擴(kuò)散,與空氣中的氧形成CO或CO2氣體跑掉,導(dǎo)致裂紋周?chē)撎?。根?jù)前面的能譜檢測(cè)結(jié)果可以斷定2#試樣的表面縱裂紋來(lái)源于連鑄坯。但脫碳程度較輕,所以,這不是裂紋形成的主要原因,只是在某種程度上起到促進(jìn)裂紋擴(kuò)展的作用而已綜合比較1#試樣和2#試樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并且結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工藝了解可以得出表面裂紋產(chǎn)生的主要原因是由于少量的脫氧產(chǎn)物和MnS夾雜物等由于某些工藝因素不合理,使其隨鋼水一起流入結(jié)晶器中,在結(jié)晶器中由于結(jié)晶器保護(hù)渣性能不合理或鋼水流動(dòng)性不良等問(wèn)題導(dǎo)致保護(hù)渣隨鋼水卷入坯殼中形成CaO、Al2O3和SiO2等氧化物夾渣,這些夾雜物不規(guī)則得分布于鋼坯中。夾渣形成以后,在隨后的軋制過(guò)程中,隨著棒材直徑的逐漸減小,這些氧化物夾渣逐漸露出鋼材表面,所以,在靠近棒材邊緣地區(qū)氧化物夾渣的密度增加并且在應(yīng)力作用下更加容易富集形成表面裂紋。使少量的脫氧產(chǎn)物和MnS夾雜物等流入結(jié)晶器中的某些工藝因素主要有兩條:①中間包鋼水的過(guò)熱度。當(dāng)鋼水過(guò)熱度過(guò)高時(shí),會(huì)限制拉速,而且鋼水溫度較高,生成的坯殼薄且熱應(yīng)力大。此外,還加重了耐火材料的浸蝕,使鋼中夾雜物增加,以上眾多因素均易導(dǎo)致表面裂紋的產(chǎn)生。當(dāng)鋼水過(guò)熱度過(guò)低時(shí),使保護(hù)渣熔化不良,導(dǎo)致彎月面冷卻不均勻,影響鋼水中的夾雜物上浮,容易夾渣形成表面裂紋。②中間包的容量。中間包容量不夠,夾雜物沒(méi)有足夠的時(shí)間和空間上浮,使鋼水中夾雜物的含量增加,降低了鋼水的純凈度。影響結(jié)晶器中卷渣的原因主要包括:①保護(hù)渣的熔化溫度。當(dāng)熔化溫度過(guò)高時(shí),不利于保護(hù)渣的熔化,形成的液渣層過(guò)薄,流入結(jié)晶器與鑄坯之間的液體保護(hù)渣減少,保護(hù)渣的潤(rùn)滑性能減弱,易導(dǎo)致坯殼與結(jié)晶器壁之間的粘結(jié)。當(dāng)熔化溫度過(guò)低時(shí),保護(hù)渣的熔化速度加快,液渣層增加,流入結(jié)晶器與鑄坯之間的液體保護(hù)渣增加,保護(hù)渣膜增厚,結(jié)晶器內(nèi)的熱傳輸增大,將導(dǎo)致橫向熱梯度增加,使初生凝固坯殼傳熱不均,容易導(dǎo)致表面裂紋的產(chǎn)生。②保護(hù)渣的黏度。保護(hù)渣的黏度太高,保護(hù)渣流動(dòng)性不好,形成的渣膜厚度不均勻。保護(hù)渣的黏度太低時(shí),形成的保護(hù)渣膜厚度較薄。兩種情況均會(huì)得到較高的結(jié)晶器熱流,使坯殼厚度不均勻。其不均勻性會(huì)造成傳熱和摩擦力的不同,導(dǎo)致表面裂紋的產(chǎn)生。③保護(hù)渣的熔化速度。保護(hù)渣的熔化速度過(guò)快時(shí),粉渣層不易保持,使熱流損失增大,液渣面易結(jié)殼,可能導(dǎo)致夾渣。保護(hù)渣的熔化速度過(guò)慢時(shí),形成的液渣層過(guò)薄,鋼水流入不均勻,容易在坯殼薄弱處產(chǎn)生表面裂紋。④保護(hù)渣的堿度。低的保護(hù)渣堿度,可以改善保護(hù)渣的潤(rùn)滑條件和傳熱條件。⑤水口浸入深度。水口浸入深度過(guò)深,從兩個(gè)側(cè)孔出來(lái)的鋼水帶到彎月面上的熱量不足,結(jié)晶器上部鋼水溫度偏低,使保護(hù)渣不能均勻熔化,夾雜物沖入結(jié)晶器較深,上浮路徑變長(zhǎng)導(dǎo)致上浮困難,容易形成非金屬夾雜物。水口浸入深度過(guò)淺,鋼流可以將液渣裹入凝固前沿,形成非金屬夾雜物。所以,水口浸入深度過(guò)深或過(guò)淺,都容易導(dǎo)致夾雜物增加,從而導(dǎo)致表面裂紋的產(chǎn)生。根據(jù)表面裂紋產(chǎn)生的原因,可以提出以下幾條措施:①控制中間包鋼水的過(guò)熱度。②選擇合理性能的結(jié)晶器保護(hù)渣。③選用合適的水口浸入深度。4結(jié)論1.表面裂紋產(chǎn)生的主要原因是由Al和Si氧化物夾渣分布于鋼坯的表層下面,在軋制過(guò)程中由于應(yīng)力作用使Al2O3和SiO2等夾雜物在棒材表面集中富集而產(chǎn)生表面裂紋。2.鋼中的夾雜物主要是結(jié)晶器中的保護(hù)渣卷入鋼液中所造成的。3.軋制道次越多,夾雜物密度越大,越容易富集形成表面裂紋。參考文獻(xiàn)[1]汪洪峰、姜加和等.包晶鋼連鑄板坯表面質(zhì)量的控制.冶金叢刊.2004(2).[2]胡志剛、馬春林等.CSP薄板坯連鑄包晶反應(yīng)區(qū)域的研究[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào).2006,18(7).[3]D、A波特.金屬和合金的相變.冶金工業(yè)出版社,1988:234.[4]馬恒儒等.超聲檢測(cè)《.國(guó)防科技工業(yè)無(wú)損檢測(cè)人員資格鑒定與認(rèn)證培訓(xùn)教材》.機(jī)械出版社.2005,7:189-190[5]余蓉譯等.線(xiàn)材在軋制中的表面裂紋.上海鋼研.2005(1).[6]冶金報(bào)社·連續(xù)鑄鋼500問(wèn)[M]·北京:冶金工業(yè)出版社,1994.[7]AngelaJablonka,KlausHarste,KlausSchwerdtfeger.ThermechanicalPropertiesofIronandIron-CarbonAlloys:DensityandThermalcontract

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶(hù)所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶(hù)上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶(hù)上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶(hù)因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

最新文檔

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論