连铸坯表面凹陷和纵裂分析20131111.doc

连铸坯表面凹陷和纵裂分析一、现象描述2013年11月10日，2号机5机5流连铸机，浇注断面165*280mm，结晶器流量为每流170m/h，拉速在1.0m/min在生产过程中，炉号3110340、3110346钢水生产的铸坯，出现表面凹陷、纵向裂纹，严重影响连铸坯质量。下面结合该缺陷的形成机理及影响因素、现场条件及成分等加以分析。二、连铸坯表面凹陷及纵裂的状态连铸坯上所形成的纵向凹陷经常出现在铸坯内弧侧表面，距横断面边长约1/4处。此缺陷宽 窄不等，长短不一，有局部凹沟，也有贯穿整支铸坯，多呈凹弧面状，内部有裂纹，剪切时有纵向裂纹产生，裂口粗糙不齐，长度一般在50150mm，宽度13mm，深度3050mm。角部凹陷和纵裂在生产中出现过许多，不但影响连铸坯的表面质量，同样也影响铸坯的内部质量。铸坯表面凹陷及纵裂形态图及现场照片。三、主要缺陷炉号成分分析炉号样品类型计划钢种是否合格CSiMnPSMn/S3110340CQ235不合格0.110.140.330.0160.0546.11 3110346CQ235合格0.140.210.50.0220.02817.86 由炉前化验和复检结果分析可见，炉号3110340的钢水钢中S含量明显偏高，Mn/S为6.1，远远小于控制范围的正常Mn/S比20，对钢水的可浇性产生较大影响。四、表面凹陷、裂纹产生原因分析1、钢水成分的影响1）含碳量的影响我厂生产的连铸坯主要为低碳镇静钢，以Q195、Q235为主，碳含量范围为0.06% 0.22%。碳量在0.10%0.17%(均为质量分数)的钢种凝固时处于包晶反应区(L+),在固相线温度以下2050钢的线收缩最大，此时结晶器弯月面刚凝固的坯壳随温度下降发生FeFe转变，伴随着较大的收缩，坯壳与结晶器铜壁脱离形成气隙，导出的热流最小，坯壳最薄，在表面会形成凹陷。凹陷部位冷却和凝固速度比其他部位慢，结晶组织粗化，对裂纹敏感性强。坯壳出结晶器后受到喷水冷却和钢水的膨胀作用，在凹陷的薄弱处造成应力集中而产生裂纹。坯壳表面凹陷越深，坯壳厚度不均匀性就严重，纵裂出现的几率越大。图1 厚度不均匀性与凹陷深度关系2）S、P及Mn/S的影响钢中S、P对钢的高温性能有较大影响。S含量高，生成的(FeS)在连铸坯凝固过程以液态聚集在晶界，降低了钢的高温强度和塑性，表面凹陷的深度则随着S的增加而加深。图2、图3所示钢中S含量对凹陷深度和表面纵裂指数的影响。 图 2 钢中 S 对凹陷深度的影响 图 3 钢中 S 对纵裂指数的影响对产生表面凹陷和纵裂的炉次（3110340）进行了成分分析，S含量在0.05%以上，最大值为0.058%，Mn/S在6.1左右。Mn/S低沉淀物中低熔点的硫化铁占多数，它分布在晶粒边界处，引起晶界脆性，成为形成裂纹的基础，同时严重影响了钢水的可浇性。Mn/S20对减少和防止纵裂是十分有效的。2、浇注条件的影响连铸生产中，较强的二冷强度，尤其是结晶器冷却强度大，可加重铸坯的凹陷，产生纵裂。二冷室维护不好，喷淋管移位，喷嘴堵塞等造成冷却不均匀，铸坯表面明暗对比强烈，回温过大也容易导致或加剧纵裂的产生。资料表示，钢水浇注温度提高10,结晶内的凝固坯壳厚度就减少了2mm，且柱状晶越发展。我厂在浇注普碳钢时的浇注温度一般在15401560之间，浇注温度偏高时，高的浇注温度在较强的冷却制度下能加重铸的凹陷和纵裂。过快的拉坯速度对铸坯纵裂的影响也基于相同的原因。我厂在浇注过程中出现裂纹时一般采取降低拉速、调整二次冷却水的方法来防止。3、保护渣性能的影响保护渣对凹陷纵裂的影响是：渣子溶化速度过快或过慢，使液渣层过厚或过薄，渣子粘度太小，流入的熔渣多，形成的渣膜厚，而且由于其过大的流动性，容易造成流入坯壳与铜管之间渣膜不均匀，粘度过高，则影响保护渣的铺展性和熔化性，致使结晶器受热不均匀而导致局部区域坯壳厚度不均匀，使凹陷和纵裂发生。实际生产中165*330mm以上断面采用吉隆保护渣， 165*280mm以下断面采用西保保护渣，Q235钢种无专用保护渣。在浇注过程中，控制向内弧加入保护渣的量是较困难的，影响保护渣的润滑和结晶器的传热效果 ,且内弧侧的成分偏析严重。因此，内弧侧坯壳的严重不均匀性是铸坯表面凹陷及纵裂形成的条件，保护渣、钢种成分、温度、拉速、二冷水的匹配适应性促进了凹陷及纵裂发展。4、工艺操作的影响浇注过程的操作影响结晶器的传热，对铸坯凹陷和裂纹有较大影响。主要体现在以下几个方面：1)水口不对中。中间包使用时间过长，包壳变形，安装中间包水口偏差大，套水口不对中等，造成钢流热中心位移而冲刷坯壳。2)保护渣加入方法不当。一次性加入过多，加渣时不能均匀覆盖钢液面，未及时捞出铜管四周结成的渣圈，经常性的液面见红或钢液直接裸露，导致液态渣不能均匀流入铜管和坯壳的间隙而影响均匀传热。3)液面波动大,水口插入深度不当。拉速不稳及操作不认真等易造成结晶器液面波动大。五、结论：经过以上分析，考虑此次表面凹陷和纵向裂纹的形成原因有以下几点：1） Mn/S过低，晶间偏析严重，造成裂纹；2） 结晶器磨损、角缝不均、冷却水流量不合适，造成初生坯壳厚度不均匀；3） 保护渣与钢种匹配不合适、液渣层薄、气隙填充不均影响传热效果，造成初生坯壳厚度不均匀，应力集中。4） 工艺操作不规范造成缺陷产生。六、预防及改善措施综合上述，造成我厂普碳钢连铸坯表面角部凹陷及纵裂的因素很多。为了防止该缺陷的产生,除控制碳含量外,重点应抓以下几点：(1)控制钢中S、P含量,特别是控制S0.025%,Mn/S20,防止低熔点物质(FeS)在晶界析出,保证钢的高温性能。(2)降低钢水的过热度,将浇注温度控制在15301550之间；二次冷却采用弱冷的方式防止铸坯回温过高,保证二冷均匀冷却,适当控制拉坯速度对减少和防止连铸表面的凹陷和纵裂是有益的。(3)选择熔点和粘度与钢种相适应