板坯缺陷

2、板坯裂紋

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，鑄坯表面存在深1㎜、長(zhǎng)10㎜的裂紋，會(huì)在后面的軋制工序中引起質(zhì)量問(wèn)題。YB/T2012-2004《連續(xù)鑄鋼板坯》的表面質(zhì)量規(guī)定為：1、連鑄板坯表面不得有目視可見(jiàn)的重接、重疊、翻皮、結(jié)疤、夾雜、深度或高度大于3㎜的劃痕、壓痕、擦傷、氣孔、冷濺、皺紋、凸坑、凹坑和深度大于2㎜的裂紋，不得有高度大于5㎜的火焰切割瘤。2、連鑄板坯橫截面不得有影響使用的縮孔、皮下氣泡、裂紋。3、連鑄板坯表面如存在上述缺陷，應(yīng)沿軋制方向清除，清除處應(yīng)圓滑無(wú)棱角。清除寬度不得小于深度的6倍，長(zhǎng)度不得小于深度的10倍。表面清除的深度，單面不得大于連鑄板坯厚度的10%，兩相對(duì)面清除深度之和不得大于厚度15%。清除深度自實(shí)際尺寸算起。4、如果清除深度大于厚度的4%，而清除處又不在連鑄坯寬度方向的中部1/3內(nèi)時(shí)，可在連鑄板坯同一面上與長(zhǎng)度方向的中心軸線對(duì)稱位置修磨相應(yīng)的面積和深度。5、經(jīng)供需雙方協(xié)商，連鑄板坯表面質(zhì)量要求可在適當(dāng)范圍內(nèi)調(diào)整。

板坯表面裂紋主要有：表面縱裂或角部縱裂、表面橫裂或角部橫裂、星裂。資料顯示：鋼的溫度與裂紋有關(guān)系，稱之為“鋼的高溫性能”。⑴鋼可分為三個(gè)延性區(qū)：Ⅰ區(qū)凝固脆性區(qū)（Tm-1350℃），Ⅱ區(qū)高溫塑性區(qū)（1300-1000℃），Ⅲ區(qū)低溫脆化區(qū)（900-700℃），Ⅰ區(qū)使鑄坯產(chǎn)生內(nèi)裂紋，Ⅲ區(qū)使鑄坯產(chǎn)生表面裂紋。⑵外力作用為：結(jié)晶器坯殼與銅板摩擦力、鋼水靜壓力產(chǎn)生鼓肚、噴水冷卻不均勻產(chǎn)生熱應(yīng)力、鑄坯彎曲或矯直力、支承輥不對(duì)中產(chǎn)生的機(jī)械力、相變應(yīng)力，當(dāng)這些力作用在高溫鑄坯表面或凝固前沿產(chǎn)生的應(yīng)力或應(yīng)變量超過(guò)鋼的σ臨或ε臨時(shí)就產(chǎn)生裂紋，然后在二冷區(qū)裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展。⑶工藝性能為：澆注過(guò)熱度、雜質(zhì)元素含量（S 、Mn/S 、P 、Cu 、Sn 、Zn……）、二冷水量和鑄坯表面溫度分布、坯殼與結(jié)晶器銅板良好的潤(rùn)滑性、結(jié)晶器液面的穩(wěn)定性、結(jié)晶器內(nèi)坯殼均勻生長(zhǎng)。設(shè)備性能：結(jié)晶器錐度、結(jié)晶器的振動(dòng)（振動(dòng)頻率f，振幅S，負(fù)滑脫時(shí)間tN）、氣水噴霧冷卻、對(duì)弧準(zhǔn)確，防止坯殼變形（對(duì)弧誤差[0.5mm]）、在線檢測(cè)支承輥開(kāi)口度([0.5mm])、支承輥?zhàn)冃?、多點(diǎn)矯直或連續(xù)矯直、多節(jié)輥、壓縮澆注等。外力、鋼的高溫性能、工藝性能和設(shè)備性能共同作用下產(chǎn)生缺陷。

⑴表面縱向裂紋（見(jiàn)圖8）

連鑄坯表面縱裂紋是指在鑄坯長(zhǎng)度方向的裂紋。資料表明：縱裂一般發(fā)生在鑄坯內(nèi)弧，長(zhǎng)度有幾十毫米到幾百毫米，有的甚至貫穿，裂紋長(zhǎng)度不小于100㎜，深有幾毫米，一般出現(xiàn)在鑄坯寬面中部，經(jīng)常在Q235B等鋼種中出現(xiàn)，裂紋處有初次樹(shù)枝晶，一般可以通過(guò)按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修磨（可參考YB/T2012）給予去除。尺寸較小的裂紋，長(zhǎng)度不大于20～30㎜，深度不大于1㎜，隨機(jī)出現(xiàn)在鑄坯寬面中部到1/4寬處，可用手砂輪修磨掉，如果不進(jìn)行處理，鋼板上面會(huì)有裂紋，大多數(shù)可以輕微修磨消除。

包晶鋼容易出現(xiàn)此種裂紋，從現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)踐來(lái)看，〔C〕=0.15～0.16的鋼為多。技術(shù)人員認(rèn)為縱裂紋有以下組織特點(diǎn)：與無(wú)裂紋部位相比，裂紋區(qū)的激冷層越薄，裂紋深度越大。產(chǎn)生原因是：

圖8 連鑄坯表面縱裂紋

⑵表面橫裂紋（見(jiàn)圖9）

橫裂紋可位于鑄坯面部或角部。橫裂紋與振痕共生，深度2～4mm，可達(dá)7mm，裂紋深處生成FeO。不易剝落，熱軋板表面出現(xiàn)條狀裂紋。振痕深，柱狀晶異常，形成元素的偏析層，軋制板上留下花紋狀缺陷。鑄坯橫裂紋常常被FeO覆蓋，只有經(jīng)過(guò)酸洗后，才能發(fā)現(xiàn)。橫裂紋產(chǎn)生于結(jié)晶器初始坯殼形成振痕的波谷處，振痕越深，則橫裂紋越嚴(yán)重。振痕波谷處，奧氏體晶界脆性增大，為裂紋產(chǎn)生提供了條件。鑄坯運(yùn)行過(guò)程中，受到外力（彎曲，矯直，鼓肚，輥?zhàn)硬粚?duì)中等）作用時(shí)，剛好處于低溫脆性區(qū)的鑄坯表面處于受拉伸應(yīng)力作用狀態(tài)，如果坯殼所受的ε_臨>1.3%，在振痕波谷處就產(chǎn)生裂紋。C＝0.08～0.15%，坯殼厚度不均勻性強(qiáng)，振痕深，表面易產(chǎn)生凹陷或橫裂紋；生產(chǎn)實(shí)踐表明，C＝0.15～0.18%或0.15～0.20%時(shí)，振痕淺了，鑄坯邊部橫裂減少；降低鋼中[N]，防止氮化物沉淀。結(jié)晶器振動(dòng)頻率f增加,振痕變淺，橫裂紋減少。負(fù)滑脫時(shí)間增加，振痕深度增加。結(jié)晶器液面波動(dòng)增加，橫裂紋加重。保護(hù)渣耗量增加，橫裂紋減少。調(diào)整二冷水分布，在矯直前鑄坯溫度>900℃，避開(kāi)脆性區(qū)，合適二冷水量并降低鑄坯橫向溫度差，尤其是角部溫度。

圖9 表面橫裂紋

⑶表面星狀裂紋（見(jiàn)圖10）

表面星狀裂紋指在連鑄坯表面呈星狀或網(wǎng)狀（也稱雞爪形），一般深度小于10㎜，有時(shí)陷藏于氧化鐵皮下不容易被發(fā)現(xiàn)，板坯入庫(kù)目測(cè)檢查只容易發(fā)現(xiàn)大縱裂、邊部橫裂紋，星裂往往被放過(guò)去，案例中采用六西格瑪分析方法，對(duì)裂紋的判斷進(jìn)行了一些討論，也許對(duì)今后的工作有所裨益。星裂經(jīng)酸洗或噴丸后才出現(xiàn)在鑄坯表面。星裂可能會(huì)引發(fā)鋼板表面的龜裂、星裂等形式的裂紋。星裂可以通過(guò)鋼坯清理、鋼板表面修磨消除。金相觀察表明，裂紋沿初生奧氏體晶界擴(kuò)展。裂紋中充滿FeO，軋制成品板材表面裂紋走向不規(guī)則，成彌散分布，細(xì)若發(fā)絲，深度很淺，最深達(dá)1.1mm。

形成原因是：在摩擦力作用下，高溫凝固坯殼與結(jié)晶器銅板接觸，銅元素吸附在高溫坯殼上，Cu熔點(diǎn)是1040℃，并在坯殼表面氧化鐵皮下的某一區(qū)域集，在1100℃下，其中有一部分液體。銅熔化沿著開(kāi)裂的奧氏體晶界滲入，鑄坯出結(jié)晶器后受應(yīng)力后被脆化。在裂紋里發(fā)現(xiàn)有銅（Cu=1.6%）。鋼中含Cu=0.05～0.2%，高溫鑄坯由于Fe氧化，在FeO皮下形成含Cu的富集相（70% Cu，15%Ni，10%Sn，5�）熔點(diǎn)低，形成液相沿晶界穿行，在高溫時(shí)（1100～1200℃）具有最大的裂紋敏感性。結(jié)晶器內(nèi)和出結(jié)晶后的強(qiáng)冷會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，使裂紋更重，即使沒(méi)有銅元素，保護(hù)渣的變化也會(huì)導(dǎo)致裂紋（見(jiàn)案例4）。對(duì)于高強(qiáng)度鋼中含有Al、V和Nb等元素，形成氮化物沉淀以及硫化物在晶界沉淀。資料認(rèn)為由于降低了晶界的強(qiáng)度，引起晶界脆化，導(dǎo)致星狀裂紋產(chǎn)生。表面網(wǎng)狀裂紋也有不含Cu也不含保護(hù)渣，當(dāng)鋼水中[H]>5.5ppm出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋廢品，當(dāng)[H]>10-11ppm，網(wǎng)狀裂紋廢品增加，降低鋼中[H]，降低[S]，提高M(jìn)n/S比，可使網(wǎng)狀裂紋明顯減少。樹(shù)枝晶間富集S→奧氏體晶界富集有（Fe，Mn ）S (Mn28-29%，F(xiàn)e 34-35%，S 36%),熔點(diǎn)980-1000℃，晶界形成硫化物液體薄膜，在外力作用下形成網(wǎng)狀裂紋。降低[S]，提高M(jìn)n/S比，延長(zhǎng)加熱時(shí)間，提高加熱溫度，使晶界（Fe,Mn ）S 轉(zhuǎn)變?yōu)镸nS,軋制板材無(wú)裂紋。

圖10 星狀裂紋

⑷表面凹坑（見(jiàn)圖11）

鑄坯表面的凹坑，是在結(jié)晶器內(nèi)產(chǎn)生的，有兩種可能：一是保護(hù)渣熔化效果不好，導(dǎo)致結(jié)團(tuán)，出結(jié)晶器后脫落導(dǎo)致；二是澆鋼工在澆注過(guò)程中，挑保護(hù)渣條不當(dāng)導(dǎo)致。

圖11 表面凹坑

3、氣泡

氣泡一般分成兩種，一種是針孔狀氣泡，另一種是蜂窩狀氣泡。針孔狀氣泡形貌特征是，鑄坯酸浸試面或硫印圖上呈現(xiàn)針孔狀黑斑，由于鋼液裹入氣體而形成；蜂窩狀泡形貌特征是，鑄坯酸浸試面或硫印圖上角部呈現(xiàn)方向垂直鑄坯表面的條狀和橢圓狀氣孔，因鋼液脫氧不良或澆鑄系統(tǒng)潮濕而產(chǎn)生。如果在軋制中不能焊合，形成中間裂紋，造成鋼板探傷不合及分層，或切削加工后出現(xiàn)裂紋。

一般認(rèn)為鋼水脫氧不足是產(chǎn)生氣泡的主要原因, 從碳的氧勢(shì)圖中看, 隨著溫度的降低, 碳氧反應(yīng)的平衡會(huì)發(fā)和生移動(dòng), 鋼中C - O 平衡被破壞, 由C- O 反應(yīng)生成一氧化碳?xì)怏w, 當(dāng)一氧化碳?xì)怏w的分壓大于鋼液靜壓力與大氣壓力之和時(shí), 就產(chǎn)生一氧化碳?xì)馀?。在鋼液的凝固過(guò)程中, 這些氣泡被樹(shù)枝晶捕集或受到已凝固表面層的阻礙而不能從鋼坯中逸出, 就會(huì)在鋼坯中富集, 凝固時(shí)就會(huì)形成鑄坯皮下氣泡。另外, 鋼水中的氣體含量高(尤其是氫) 也是生成氣泡的一個(gè)重要原因, 這些通過(guò)各種方式溶解在鋼液中的氣體, 隨著鋼水溫度的降低, 在鋼中溶解度下降, 就會(huì)從鋼液中析出, 產(chǎn)生氣泡。氣泡的嚴(yán)重程度與鋼水中氣體含量多少有關(guān)。鋼中氣體含量少時(shí)常常產(chǎn)生鑄坯皮下不足1 mm 的皮下針孔。僅僅分布于鑄坯皮下深約15 mm 的范圍內(nèi)。鋼中氣體含量大時(shí)則出現(xiàn)直徑較大的大氣泡, 并且分布在整個(gè)鑄坯斷面上, 甚至于裸露于鑄坯表面。

圖12 20CrMnTi與表面相通的兩個(gè)皮下氣泡金相形態(tài)，弧形白色區(qū)為高溫氧化鐵素體

圖14 鋼板上的氣泡

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