《大圆坯表面质量》PPT课件.ppt

1、2020/12/19,1,连铸圆坯表面质量 及其控制技术 百日质量攻关竞赛活动交流材料 总工办 张庆武 2012 3 .30 电话18762022486 邮箱：,2020/12/19,2,目录 1、表面质量的内容 2、表面纵裂纹 3、表面横裂纹 4、渣沟（凹坑） 5、典型案例分析 6、后续待解决的圆坯质量缺陷,2020/12/19,3,主要内容 铸坯的表面质量：主要决定于钢水在结晶器的凝固过程。它是与结晶器坯壳形成、结晶器液面波动、浸入式水口设计与使用、保护渣性能等因素有关的。必须控制影响表面质量各参数在目标值以内，以生产无缺陷铸坯，这是热送和直接轧制的前提。,2

2、020/12/19,4,一、圆坯表面纵裂纹控制,2020/12/19,5,1、表面纵裂纹特征 坯壳在弯月面下50100mm区域坯壳厚度生长不均匀 坯壳周向在收缩力的作用下，在坯壳的薄弱处产生向圆心的凹陷，严重时萌生纵裂纹 凹陷处常伴有保护渣出现 圆周上只有一处纵裂纹 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。 所以，弯月面的坯壳均匀生长，抑制凹陷的产生，是防止纵裂纹产生的关键。,2020/12/19,6,2、典型圆坯表面纵向裂纹,抛丸后：2012 2 16 20钢 280,2012 1 9 20钢 280,2020/12/19,7,3、表面纵裂纹原因分析 圆坯表面纵裂纹来源于

3、结晶器弯月面区凝固坯壳生长不均匀，在坯壳薄弱点，正处于凝固脆性温度区，在外力作用（收缩力、钢水静压力、摩擦力）下超过钢的允许强度（13N/mm2)和允许应变（=0.2-0.4%）萌生裂纹，出二冷区继续扩展。 由右图可知，结晶器弯月 面区初生坯壳（激冷层）是 极不均匀的，坯壳薄弱处就 会成为裂纹源。,2020/12/19,8,4、影响表面纵裂纹产生的因素 4.1钢水成分-重要影响因素 4.1.1C=0.090.15%，纵裂纹产生严重,含碳量对圆坯纵裂纹的影响,2020/12/19,9,在1495，包晶相变钢（体心立方向面心立方-致密度变大，体积变小）转变，收缩大，气隙过早形成，坯壳褶皱，结晶器热

4、流不稳定，坯壳厚度生长不均匀性加重。,2020/12/19,10,4.1.2其它钢水成分对裂纹的影响 S0.015%，纵裂纹增加；影响程度小 Mn/S升高，纵裂纹降低；影响程度小 Cu+As+（低熔点元素）含量的总量大于0.10时，纵裂指数明显升高，生产中很难发生大于0.10%的 情况。,2020/12/19,11,4.2 拉速-主要影响因素 拉速的波动和增大都会导致铸坯产生纵裂,拉速增大导致凝固初期结晶器钢水凝固推迟和坯壳表面平均温度升高;拉速增大保护渣渣膜厚度减少，铸坯转热加快，单位时间内凝固应力增大。,2020/12/19,12,4.3 钢水温度-一般因素 钢水在结晶器内凝固过程中释放的

5、热量有钢水过热、凝固潜热和坯壳显热,钢水过热度高,导致钢水凝固推迟、坯壳厚度薄且平均温度高,在应力不变情况下,坯壳温度向钢的第脆性区移动,使纵裂倾向加重。,2020/12/19,13,4.4 结晶器冷却-重要因素 结晶器内传热不均匀导致坯壳厚度不均匀而造成纵裂。对于亚包晶钢的纵裂,研究者提出这类钢浇注时,结晶器应缓冷。结晶器进出水温差、进水温度及进水流量对纵裂也存在影响,减小结晶器内冷却水流量或提高进出水温差,可以使导热减小,由此可以减小纵裂。,2020/12/19,14,4.5浸入式水口插入深度及液面波动-重要因素 浸入式水口插入浅,液面波动大;而浸入式水口插入过深,弯月面处热量不足,结晶器

6、上部钢水温度偏低,使弯月面处初生坯壳增厚,加重凝固的不均匀,另外保护渣熔化不足,液渣层过薄,流入不均匀,在坯壳较薄弱处产生微细纵裂纹。 液面波动大,阻碍液渣均匀流入,导致坯壳凝固不均匀,引起表面纵裂;液面波动大,钢水溢过渣圈,液渣流入空隙后形成厚的渣膜,导致坯壳厚度不均匀,引起表面纵裂。,2020/12/19,15,液位波动对纵裂纹的影响,2020/12/19,16,4.6 保护渣-很重要因素 液态保护渣流入坯壳与结晶器壁间形成渣膜利于改善润滑和结晶器传热。坯壳与结晶器壁间的保护渣是由液渣层、烧结层、和粉渣层构成。亚包晶钢连铸用保护渣要合理调配三个渣层的物性,合适液渣层的粘度来满足润滑防止纵裂

7、及拉漏,同时使保护渣具有适当的凝固温度和结晶温度以增加烧结层和粉渣层的比例减缓传热,抑制表面裂纹的产生。保护渣的熔化速度也很重要,合适的熔化速度才能保证坯壳与结晶器壁间存在均匀且合适的保护渣层。所以对于裂纹敏感钢种倾向于使用较低粘度、较高凝固温度的保护渣。,2020/12/19,17,4.6.1 保护渣液渣层的厚度,2020/12/19,18,4.6.2 保护渣结晶比率,结晶器保护渣的结晶比（%）对板坯表面纵裂纹指数的影响,2020/12/19,19,4.6.3 保护渣粘度与拉速 通常采用拉速与保护渣粘度的乘积 （Vc或和Vc2）来代表铸坯润滑和传热的状态。研究认为Vc=13.5 Pm/min

8、时可以保证结晶器均匀的传热。,2020/12/19,20,4.7 结晶器锥度-重要因素 结晶器的锥度设计是否合理，对坯壳的生长有重要的影响。不同的钢种凝固收缩率，理想的锥度应能以调节适应钢种变化，实际不现实。对一些凝固收缩大的钢种，在锥度设计上应采用较大的锥度，保证坯壳在结晶器内均匀冷却。,2020/12/19,21,4.8 结晶器的振动参数及振动状态-重要因素 振幅小, 结晶器内的钢液面波动小, 浇铸时容易控制, 并又能减轻振痕、减少纵裂。 负滑脱时间与振痕深度成正比,深振痕会带来一系列表面质量问题,由此负滑脱时间不能太长。但为保证保护渣消耗量,负滑脱时间也不能太小。 振动频率适当增加，有助

9、于减少负滑脱时间。 结晶器振动系统的稳定性对表面纵裂纹有决定性的影响，振动不稳定，直接影响初始凝固壳的均匀性。,2020/12/19,22,4.9 结晶器内钢水的流动-一般 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。 水口插入深度合适。,2020/12/19,23,4.10 其它因素 结晶器变形与磨损； 结晶器与零段足辊对弧偏差0-0.1mm；结晶器与零段的对中和支承辊对弧精度，对防止纵裂纹的扩展有重要意义，对弧不良使铸坯承受额外的应力,在坯壳强度不变的情况下,应力增加使在结晶器内产生的微纵裂易于扩展和延伸。 结晶器铜管与水套对中，水缝均匀，有利于结晶器内坯壳的均匀生长

10、； 铜管过长，拉坯阻力增加，铸坯常有抖动现象，致使凝固坯壳与圆周产生不均匀接触，热流及坯壳厚度也不均匀，造成表面纵裂纹， 结晶器下口的冷却与二冷强度：结晶器内形成的纵裂纹大都细而浅,铸坯进入二冷区后,如冷却强度过大或冷却严重不均匀,强的热应力会促使铸坯表面已生成的微细纵裂扩大、延伸,最终发展成表面纵裂缺陷。所以,足辊区的二冷强度应尽可能小。,2020/12/19,24,5、防止表面纵裂纹措施 5.1 设备方面 5.1.1合适的结晶器锥度，良好的铜管表面质量与 长度 5.1.2振动台振动的稳定性 5.1.3一冷水、二冷水水质良好，均匀 5.1.4结晶器与零段的支撑对弧准确,2020/12/19,

11、25,5.2工艺方面 5.2.1 结晶器弱冷 5.2.2合适的振幅、振动频率与负滑脱时间 5.2.3合适的保护渣，不同的钢种凝固特性设计不同性能的保护渣。 5.2.4二冷弱冷 5.2.5控制钢水中残余元素的含量，避开包晶反应区 5.2.6合适的拉速与低浇注温度,2020/12/19,26,5.3 操作方面 5.3.1浸入式水口对中，防止偏流 5.3.2合理的浸入式水口设计（合适的出口直径） 5.3.3合适的水口插入深度 5.3.4保护渣加入要按工艺要求加入。 5.3.5液面波动3mm,2020/12/19,27,二、圆坯表面横裂纹,2020/12/19,28,2.1 横裂纹特征 横裂纹与振痕共

12、生，深度24mm，可达7mm，裂纹深处生成FeO。不易剥落，振痕深，柱状晶异常，形成元素的偏析层。 铸坯横裂纹常常被FeO覆盖，只有经过酸洗或抛丸后，才能发现。,2020/12/19,29,2.2 典型圆坯表面横向裂纹,2020/12/19,30,2.3 横裂纹产生的原因分析 2.3.1横裂纹产生于结晶器初始坯壳形成振痕的波谷处，振痕越深，则横裂纹越严重，在波谷处，由于：晶粒尺寸粗大；奥氏体晶界析出沉淀物（AlN,Nb(CN)）,产生晶间断裂； 沿振痕波谷S、P元素呈正偏析，降低了钢高温强度。这样，振痕波谷处，奥氏体晶界脆性大，为裂纹产生提供了条件。,2020/12/19,31,2.3.2 铸

13、坯运行过程中，受到外力（弯曲，矫直，鼓肚，辊子不对中等）作用时，刚好处于低温脆性区（右图）的铸坯表面处于受拉伸应力作用状态，如果坯壳所受的临1.3%，在振痕波谷处就产生裂纹。,钢的高温脆性区及其同裂纹缺陷的关系示意图,2020/12/19,32,2.4 影响圆坯表面横裂纹的因素 2.4.1 钢的成分-重要因素 C0.100.15%，坯壳厚度不均匀性强，振痕深，表面易产生凹陷或横裂纹；生产实践表明，C0.150.18%或0.150.20%时，振痕浅了，铸坯边部横裂减少； Mn0.80%以上，铸坯导热效果下降，横裂增加。,2020/12/19,33,钢中合金元素 随着对高强度钢种的研究和开发，各种

14、微合金元素(如Nb、V、Ti等)加入钢中起到固溶强化、沉淀强化等作用。然而这些微合金元素对矫直温度范围内连铸坯的塑性有重要影响 钢中的Cu、As等残余元素 钢中含有一定数量的残余元素，如Cu、Sn等，对钢的加工热脆性有着重要的影响，钢坯在加热过程中铜等低熔点杂质元素将在氧化铁皮与基体界面析出，富铜相在加热过程中处于熔融状态，轧制时就会导致表面开裂。,钢中Nb含量与连铸坯断面收缩率的关系,2020/12/19,34,析出物对钢的热塑性的影响 析出物尺寸越粗大，断面收缩率越大，塑性越好。当奥氏体晶界质点粗大，呈稀疏分布，横裂纹产生的废品减少；当奥氏体晶界质点细小，呈密实分布，板坯因横裂产生的废品增

15、加。因此控制沉淀在奥氏体晶界质点的粗大或控制质点（如AlN、TiN、MnS）不在晶界析出，可以降低对裂纹的敏感性。,析出物粒子尺寸大小与塑性的关系,2020/12/19,35,2.4.2 结晶器振动-重要 振痕深度增加，横裂纹增加,振痕深度与横裂纹产生几率的关系,2020/12/19,36,负滑脱时间增加，振痕深度增加,2020/12/19,37,2.4.3 结晶器液面波动-一般 结晶器液面波动增加，横裂纹加重 有关试验表明：当结晶器液面为手动控制时，产生横裂纹的指数为1.0，当结晶器液面为自动控制时，表面横向裂纹指数可由1减少到0.4，减少60%。减少液面波动有利于坯壳均匀生长，保证了坯壳收

16、缩均匀性，使坯壳在拉坯过程中均匀受力。,2020/12/19,38,结晶器液面波动与横裂发生率的关系,结晶器液面波动与角裂发生率的关系,2020/12/19,39,2.4.4 保护渣性能-重要 有关研究表明, 降低熔化温度使液态渣膜增厚, 保护渣消耗量增加, 有利于润滑; 而增加粘度可使渣 消耗量减少且不利于润滑; 熔速降低会使液渣层变 薄。保护渣的粘度、熔化温度和熔速等性能中有一个 或两个不合适都会造成保护渣膜厚度和消耗量的不 合适, 使结晶器与坯壳间的润滑和传热不好, 导致表 面缺陷发生。只有综合考虑保护渣粘度、熔化温度、 熔速等性能, 使之互相配合, 才能达到铸坯表面质量 的要求。,20

17、20/12/19,40,2.4.5二冷强度 调整二冷水分布，在矫直前铸坯温度900，避开脆性区（图3-13）； 合适二冷水量,2020/12/19,41,2.4.6铸机对弧精度的影响 如果铸机辊道对中、对弧不好，铸坯在通过不同辊道、扇形段时遭受的低应变速率下的变形会引起钢中微细碳、氮化物的动态析出，造成钢脆化，严重时会产生裂纹。,2020/12/19,42,2.结晶器的锥度-重要 结晶器锥度大易加大拉坯阻力，铜板磨损量大，拉矫电机运行负荷不断改变或增加量较大，操作时，电位器需要不断调整，进一步恶化拉矫电机的工况，使液面难以稳定，圆坯振痕处受纵向拉应力作用，变宽、加深。,2020/12/19,4

18、3,2.5 防止圆坯表面横裂纹的措施 采用高频率,小振幅：结晶器振动负滑脱时间t N与拉速v成正比,与频率和振幅f成反比.为防止横裂纹,就要减浅振痕,则必须降低,要降低,则必须采用高频率 (100400min-1),小振幅(5mm)的结晶器振动机构。 合适的二次冷却水量：根据钢种不同,二冷配水量分布应使铸坯表面温度分布均匀,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。 合适保护渣性：保护渣用量和粘度,既要满足减浅振痕,又要防止坯壳粘结。 合适的结晶器锥度，减小铸坯与结晶器铜板间的摩擦力 合适铸坯轿直温度，以避开脆性区。； 减小结晶器钢水液面波动； 减小结晶器铸坯摩擦力； 提高铸机对弧

19、、对中精度；减少拉坯阻力。,2020/12/19,44,三、表面渣沟与凹坑,2020/12/19,45,3.渣沟的特征 分布无规律，但随着连浇炉数的增加，该缺陷更加严重，低倍试样中表现为铸坯的激冷层变薄，渣沟深15mm ，宽315mm ，有时断续，有时连续，长度不等，表现为渣沟，严重者在沟底存在纵裂纹。,2020/12/19,46,3.典型图片,淮钢大连铸圆渣沟（.）,2020/12/19,47,连铸#钢圆坯（.）,2020/12/19,48,3.形成原因 3.初始粘度偏低，在浇钢过程中钢液中Mn 被氧化成MnO ，随着连浇炉数的增加，渣中MnO 逐渐富积。MnO 的富积使的渣中形成低熔点的锰

20、橄榄石，使渣的粘度显著降低，此时粘度与拉速的匹配严重失调，大断面拉速低，而粘度又低的保护渣在坯壳与结晶器之间的渣膜极度不均匀，是造成该缺陷的主要原因。,2020/12/19,49,3.液态渣膜的不均匀，坯壳在结晶器内因传热不均匀而产生了激冷层的不均匀。即在结晶器内形成的初始坯壳是不均匀的。初生坯壳较厚的地方较早地因收缩而与结晶器形成了间隙，液态渣在该处形成了较厚的渣膜进一步阻止了热的传递。这种因传热局部过快而形成较早收缩的厚坯壳又加剧了厚渣膜的形成，厚渣膜又促进了表面渣沟的形成，在随后的凝固过程中由于渣沟的影响，在各种应力作用下形成了沟底的裂纹。,2020/12/19,50,3.保护渣性能恶化

21、 钢水纯净度差，保护渣在吸收夹杂物后变性，局部形成高熔点化合物，粘附在结晶器壁弯月面上，阻碍了液渣流入，较早收缩的坯壳与结晶器之间形成气隙，传热减低，回热增加，坯壳变薄，受横向应力作用，形成凹坑。,2020/12/19,51,3.防止渣沟措施 、提高钢水的纯净度 、改进保护渣的性能 、减少液位波动 、加强操作，发现渣面异常情况及时处理。 5、对磨损严重的铜管及时下线，保证弯月面处润滑良好。,2020/12/19,52,四、典型案例分析 4.1 转炉2#连铸200方轴承钢表面渣沟、二次凝固 4.2 转炉2#连铸280圆坯纵裂,2020/12/19,53,4.1 转炉2#连铸轴承钢表面渣沟、二次凝

22、固 事故描述：我公司在2#铸机生产的轴承钢保护渣在2011年之前一直使用日建（合资）保护渣，存在的主要问题是使用过程中二次凝固、渣沟及漏钢情况，给生产造成很大的被动，轴承钢在客户加工过程中，淮钢轴承钢表面折叠、翘皮情况较多，质量异议居高不下，影响了淮钢轴承钢的市场形象，部分客户为此减少了订货量。,2020/12/19,54,4.1 转炉2#连铸轴承钢表面渣沟、二次凝固 典型缺陷图片,2011年8月日建渣-漏钢,2011年8月通宇渣-小渣沟,2020/12/19,55,4.1 转炉2#连铸轴承钢表面渣沟、二次凝固 分析确定缺陷的主要原因是保护渣性能不适应轴承钢浇注，通过引进国内几家知名的厂家试验

23、，最终通宇保护渣通过不断调整，达到顺利浇注的目的。,改进效果：渣沟及二次凝固大为减轻，试验之后生产的轴承钢至今未发生因表面缺陷而导致大的质量异议,2020/12/19,56,4.2 转炉2#连铸280圆坯纵裂 4.2.1 缺陷图片 2#铸机20钢280圆坯,2012年1月,2020/12/19,57,4.2 转炉2#连铸280圆坯纵裂 4.2.2 从裂纹的特征看，在裂纹的边部存在着明显的氧化脱碳现象，根据前面的分析可知，裂纹产生于结晶器弯月面处，在高温下扩展形成的。 4.2.3 相关因素分析 4.2.3.1 化学成分：无影响,2020/12/19,58,4.2.3.2 连铸工艺参数（一冷冷却、振动参数） 4.2.3.3 拉速 4.2.3.4过热度 4.2.3.5水口插入深度与液位波动 4.2.3.6保护渣 4.2.3.7结晶器锥度 4.2.3.8结晶器变形与磨损 4.2.3.9结晶器与零段足辊对弧 4.2.3.10结晶器振动稳定性,2020/12/19,59,4.2.3.2 连铸工艺参数（一冷冷却、振动参数） 一次冷却：工艺要求在110-140m3/小时，区别不大 振动参数：,符合工艺要求,2020/12/19,60,4.2.3.3 拉速及过热度 理论上说，高拉速及高过热度下，客观上存在坯壳厚度薄，纵裂加重的趋势，在本次生产中，对拉速