连铸板坯结晶器内凝固坯壳裂纹敏感性研究

基于钢凝固两相区溶质微观偏析模型和连铸结晶器内坯壳凝固生长二维瞬态热/力耦合有限元模型,提出了定量化描述结晶器内坯壳凝固生长的裂纹敏感性预测模型---CSC(Cracking Susceptibility Coefficient)模型。通过分析结晶器内包晶钢坯壳凝固宏观热/力学行为和坯壳裂纹敏感系数分布,探究了板坯结晶器内包晶钢坯壳凝固生长过程中裂纹敏感性的变化规律。结果表明,典型包晶钢板坯连铸工况下,坯壳偏离角区域易产生"热点",引发坯壳凝固前沿脆性温度区宽度扩大,结晶器窄面线性单锥度极易破坏坯壳应力分布的均匀性;包晶钢板坯表面裂纹和皮下裂纹主要产生于坯壳凝固初期,坯壳角部皮下裂纹则在结晶器内大部分区域均可能产生。     

圆坯连铸的技术

(1)初期凝固稳定化技术与矩形结晶器的情况不同,在结晶器内钢水静压力的作用下,圆坯的凝固壳向外侧的变形是困难的,故存在结晶器壁与坯壳接触不良的问题;在初始坯壳收缩时,还易产生坯壳的纵向弯曲变形,当结晶器壁与坯壳间的距离不均匀时,在圆周方向将产生大的不均匀间隙。此时,脱离结晶器壁的部分凝固壳薄且温度高,易产生裂纹(或断裂)而成为振痕。特别是在包晶领域,由于δ→γ相变在固相线的下方处进行,故易产生大的纵弯变形。(2)轴芯裂纹连铸圆坯时,因最终凝固位置变成了中心的一点,故易产生缩孔。若因回温而产生拉伸应力,轴芯就易产生裂纹…     

圆坯表面网状裂纹产生原因及控制

分析了结晶器铜管在没有划伤的情况下连铸圆坯表面网状裂纹发生的原因。指出网状裂纹一方面由于初生坯壳冷却不均引起奥氏体晶粒粗大,基体中的铜元素在奥氏体晶界富集,降低了晶界结合力,诱发晶间裂纹;另一方面,由于浇铸过程液面不稳,保护渣卷入富集在在奥氏体晶界,产生应力集中点,形成裂纹发源地。通过确保结晶器对弧对中、浸入式水口的插入深度及对中、平稳的浇铸液面及合适的保护渣等方面的措施确保了网状裂纹得到根治。     

耐候钢板坯表面纵裂分析

通过金相等方法对现场取得的耐候钢板坯纵裂试样分析,结果证实铸坯表面的细小纵裂纹和粗大纵裂纹都是在结晶器内形核并生成,且形核部位是在坯壳表面以下2-4mm的低熔点区,纵裂纹边缘存在脱碳层,裂纹不但沿一次树枝晶臂延伸扩展,在二次树枝晶臂间也会发生裂纹的延伸扩展,在分析结果的基础上,提出不同类型纵裂产生的机理。     

低碳微合金钢中厚板表面裂纹形成原因分析

分析了中厚板表面裂纹形成的原因。结果表明：中板表面裂纹是连铸坯表面裂纹的遗传,连铸结晶器内坯壳不均匀是导致裂纹产生的根本原因。通过降低C含量、更换镀层结晶器等措施,取得了良好的效果。     

保护渣碱度对薄板坯结晶器平均热流量的影响

在钢的连铸过程中,钢水在结晶器内的凝固对铸坯的产量和质量均有很大影响,几乎所有的铸坯表面缺陷均形成于结晶器内。近年来,随着连铸拉速的增加及对铸坯表面质量要求的提高,有关结晶器冷却、传热对钢水的初始凝固及表面纵裂纹影响的研究成为连铸科学研究的重点。结晶器壁热流不均是纵裂纹产生的有利环境,保护渣控制传热为常用的措施。薄板坯浇铸时由于拉速高,为获得表面无缺陷铸坯,对保护渣控制传热的要求更高,同时也需协调保护渣的润滑功能。通过生产试验,研究比较3种碱度保护渣（CaO/SiO2分别为1.06、1.26和1.48）对薄板坯结晶器平均热流量的影响,发现与低碱度保护渣相比,使用高碱度保护渣时,结晶器热流量最低,有利于实现弱冷却,形成均匀凝固坯壳,在一定拉速条件下浇铸裂纹敏感钢种时有助于获得良好表面质量的铸坯。     

漏斗型结晶器内坯壳凝固过程热力耦合数值模拟

应用热弹塑性有限元法,考虑铸坯与铜板的接触状态,建立了漏斗型结晶器内坯壳凝固过程的热力耦合模型.计算分析了结晶器内坯壳表面的温度场、应力场和纵裂指数的分布规律以及拉速对应力和纵裂指数的影响.结果表明,铸坯偏角部温度高于宽面和窄面中心温度并出现两个平台期;漏斗区域边缘出现应力峰值,是铸坯裂纹敏感区;宽面中心、漏斗区边缘和偏角部纵裂指数偏高,容易出现纵裂纹.适当提高拉速能够减小初生坯壳纵裂指数,减少裂纹形成机会.     

耐候钢纵裂成因和控制措施

本钢薄板坯连铸在生产集装箱用耐候钢时集中批量出现表面纵裂纹缺陷,裂纹在铸坯上无规律分布,在热轧卷缺陷部位取样并做冷态弯折,出现开裂,致使产品不能用来制作集装箱面板和立柱。薄板坯耐候钢属于高磷且含镍铬铜合金,表面纵裂纹的发生几率较大且不易控制。文章研究了耐候钢纵裂时结晶器冷却、二冷水制度、钢水成分、保护渣等影响因素,采取了结晶器内初生坯壳生长弱冷方式、更改二次冷却喷淋、保护渣性能等控制铸坯表面纵裂纹的技术措施,进而改善了薄板坯连铸耐候钢产品的表面质量。     

大方坯含硫钢表面纵裂纹成因分析与控制

针对大方坯含硫钢表面纵裂纹问题,对裂纹缺陷进行了金相、能谱观察,发现纵裂纹在铸坯出结晶器后发生;通过高温热塑性测试和组织析出区间的确定,分析了硫加入对钢的高温热塑性和组织析出区间的影响,确认在900 ℃以下第三脆性区间,奥氏体晶界形成的先共析铁素体弱化了晶界强度,在热应力、组织应力、机械矫直应力的作用下发生晶界开裂是导致含硫钢表面纵裂纹的根本原因。在此基础上开展了保护渣优化、二冷区改造、铸坯加热和堆冷过程保温等工艺研究。研究结果表明,提高保护渣碱度、降低保护渣熔点和黏度、延长二冷区长度、规范加热和堆冷工艺,大方坯含硫钢铸坯表面纵裂纹得到了较好控制,因纵裂纹导致的圆钢钢质原因修磨率从20%降低到5%以下。     

低温用无缝钢管管坯表面裂纹分析与控制

介绍了低温用无缝钢管Gr6管坯表面微裂纹的形貌,分析了管坯表面裂纹的形成原因,并提出有效的防止措施。分析认为:凝固时结晶器弯月面初生凝固坯壳随温度下降发生δ-Fe→γ-Fe转变,伴随着较大的体积收缩和线收缩,坯壳与铜管壁过早脱离形成气隙,导致坯壳生长不均匀,在坯壳的最薄弱处形成裂纹。通过提高钢水洁净度、控制钢水过热度、降低拉坯速度、控制结晶器液面波动和选取合适的结晶器锥度等工艺措施,可有效地控制低温用无缝钢管管坯表面微裂纹的产生。     

耐候钢连铸工艺的改进

分析耐候钢连铸出现的问题,认为凝固时应力过大和磷铜元素偏析造成晶界脆化是出现铸坯纵裂的主要原因;结晶器中喂稀土丝恶化保护渣性能,影响结晶器与坯壳间的润滑与传热,并使热流不均匀是连铸漏钢的主因。采用钙处理代喂稀土丝工艺,以及减缓连铸一、二次冷却强度,改进保护渣后,连铸缺陷获得极大改善。     

高耐候钢板坯表面纵裂成因分析与控制

针对高耐候钢连铸板坯生产实践中遇到的表面纵裂纹问题,对钢的成分、结晶器保护渣、结晶器冷却及二冷区冷却等影响因素进行了讨论分析,提出了连铸工艺改进优化方向。生产实践表明,采取控制镍铜比大于0.3,选用高碱度、高熔点、低黏度耐候钢专用保护渣,调整结晶器倒锥度每米1.0%～1.1%,结晶器及二冷区弱冷却;控制非稳态浇铸,维持钢水过热度在20～30 ℃,稳定液面波动在2%以内、拉速波动在±0.2 m/min等技术措施,板坯表面纵裂发生率从50%以上降低到3%左右。     

复杂空心涡轮工作叶片表面细晶工艺研究

针对由K465合金制造的复杂、空心涡轮工作叶片表面细晶的不同要求,研究了制备叶片陶瓷型壳时,采用在精铸型壳内表面均匀涂挂一层350号铝酸钴作为表面细晶孕育剂,其加入量分别为0、35%、45%～65%及100%时对叶片表面低倍晶粒度的影响;同时研究了细晶孕育剂加入量一定时,浇注叶片时冷却环境对叶片表面低倍晶粒度的影响.研究结果表明,未经孕育处理的试片表面晶粒粗大,而经铝酸钴细晶孕育剂处理后试片表面晶粒细小.当铝酸钴加入量为45%～65%时,叶片采用热型浇注,型壳细砂做填砂,能够使复杂、空心涡轮工作叶片表面低倍晶粒度的合格率达到90%以上.另外,工艺可行性验证结果也表明,中、外叶片显微组织、力学性能相当.     

倒角结晶器在线热态调宽技术的应用研究

倒角结晶器由于边角部坯壳温度及厚度与正常直角结晶器区别较大,在线热态调宽过程中,相比于直角结晶器存在更大的风险。通过倒角结晶器角部夹钢的控制、加强板坯窄面的冷却和支撑及调宽模式优化等方面来解决。     

8418钢铝合金压铸模早期开裂失效分析

采用直读光谱仪、数显洛氏硬度计、光学显微镜、扫描电镜及能谱仪,对8418钢铝合金压铸模具失效件的化学成分、表面缺陷形貌特征及显微组织进行检测和分析。结果表明,经过理化检测,基体的晶粒组织粗大,粗大晶粒的平均直径达1647 μm,材料过热程度异常严重。原始粗大晶粒带来最终热处理淬火应力的增大,因而产生解理特征的裂纹以及沿晶韧窝的断口形貌。在后期缓冷过程中,碳化物沿晶析出,使得晶间强度显著降低,在淬火组织应力的影响下,形成沿晶开裂的内裂纹。铝合金压铸模早期开裂的原因,是由于过热粗大组织及沿晶开裂的内裂纹,大幅度降低材料强度韧性。模具在使用过程中难以承受压铸加工过程的工作应力,最终在模具模腔表面圆角最小处,即应力集中倾向最大的部位产生开裂。     

连铸板坯角部纵裂原因分析及控制措施

针对双流板坯连铸机提拉速至1.4~1.5 m/min后,铸坯角部裂纹发生率升高的问题,通过对纵裂试样进行化学成分分析,对纵裂处进行金相显微镜组织观察、扫描电镜及能谱分析,同时结合水模拟试验对角部裂纹的形成机理进行研究。结果表明,裂纹两侧有大量氧化圆点,纵裂在结晶器内产生;通过对结晶器冷却水水量进行优化、控制合理的结晶器倒锥度及结晶器通钢量等措施,减少了连铸坯角部纵裂现象的发生。     

邯钢新区热轧卷板边裂成因分析和改善

边裂是影响邯钢新区热轧卷板质量的一个重要因素。对热轧卷板边部裂纹缺陷取样,进行金相分析、扫描电镜分析、能谱分析,并对连铸板坯进行对比轧制试验,证实热轧卷板边裂是由连铸板坯角部横向裂纹引起。分析了影响板坯角部横裂的钢水成分、结晶器保护渣、结晶器冷却、二冷水等工艺因素。在此基础上,提出了改善板坯角部横裂的有效措施,即优化钢水成分、改进保护渣性能、优化二冷配水、弱化结晶器冷却等。实施以上措施后,热轧卷板边部裂纹大幅度减少。