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连铸坯中心缩孔问题的优化探讨

时间:2023-06-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:典型连铸坯中心缩孔形貌如图4-9~图4-15所示。在凝固末期,当生长较快的柱状晶相连时,或者由于游离的结晶碎片落在柱状晶前沿被捕捉时,就会出现“搭桥”现象。“搭桥”阻止了桥上面的钢液向桥下面流动,桥下面的钢液凝固收缩得不到桥上面的钢液补充,留下了较大的空洞就是缩孔。钢轨钢、70钢或80钢连铸坯缩孔较多就是这个原因。减少或消除柱状晶组织的搭桥,使铸坯中心产生的体积收缩能得到钢液的补充。

连铸坯中心缩孔问题的优化探讨

在横向低倍试样的轴心区域呈不规则的皱褶缝隙或空洞,周围往往积聚严重的疏松、偏析及非金属夹杂物。缩孔在纵向断口上呈非结晶构造的条带及疏松,有时有夹渣存在。当试样淬火时,沿疏松条带有氧化现象。在高倍下检验,缩孔附近有严重的氧化物、硫化物或硅酸盐夹杂物,缩孔边缘常有脱碳发生,其碳、硫、磷含量比基体高。典型连铸坯中心缩孔形貌如图4-9~图4-15所示。

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图4-9 GCr15连铸圆坯中心缩孔1级低倍形貌(横向)

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图4-10 GCr15连铸圆坯中心缩孔2级低倍形貌(横向)

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图4-11 GCr15连铸圆坯中心缩孔3级低倍形貌(横向)

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图4-12 GCr15连铸圆坯中心缩孔4级低倍形貌(横向)

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图4-13 连铸矩形坯中心缩孔

(纵向,右侧黑洞

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图4-14 连铸矩形坯中心缩孔

(纵向,断续黑洞)(www.xing528.com)

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图4-15 GCr15连铸方坯缩孔3级形貌(横向)

缩孔是由于铸坯在凝固过程中,坯壳内的液相转变为固相时产生的体积收缩,和铸坯向外传热使铸坯中心已凝固部分冷却产生的体积收缩不能被钢液补充所引起的。因此,铸态缩孔表面具有卵形树枝晶形貌特征,如图4-16与图4-17所示。

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图4-16 缩孔表面的卵形树枝晶形貌特征Ⅰ

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图4-17 缩孔表面的卵形树枝晶形貌特征Ⅱ

缩孔产生的原因:当连铸坯进入二次冷却区后,由于二次冷却喷水冷却的不均匀性,造成连铸坯传热快慢不等,导致传热快的局部区域柱状晶生长较快,而传热慢的局部区域柱状晶生长较慢。在凝固末期,当生长较快的柱状晶相连时,或者由于游离的结晶碎片落在柱状晶前沿被捕捉时,就会出现“搭桥”现象。“搭桥”阻止了桥上面的钢液向桥下面流动,桥下面的钢液凝固收缩得不到桥上面的钢液补充,留下了较大的空洞就是缩孔。

碳含量越高的钢种,越容易形成缩孔。因为在同样的过热度条件下,高碳钢的两相区宽,凝固末期的补缩较低碳钢困难一些。钢轨钢、70钢或80钢连铸坯缩孔较多就是这个原因。

减轻或去除中心缩孔的方法:

1)抑制柱状晶的生长。减少或消除柱状晶组织的搭桥,使铸坯中心产生的体积收缩能得到钢液的补充。其具体措施为:降低中间包钢液过热度(减少柱状晶区,增加等轴晶区宽度);控制拉速(降低坯壳的温度梯度,抑制柱状晶的生长);电磁搅拌(打碎已生长的柱状晶,增加等轴晶区的宽度)。

2)对铸坯施加外力,使铸坯整体产生体积收缩,减轻或去除铸坯中心缩孔。其具体措施为:轻压下(MSR)与喷水冷却(TSR)。

不同用途的钢坯对疏松和缩孔缺陷有一定的限制,如用于制造轴和轴承的钢坯就不允许有缩孔和疏松,用于做钢管坯的铸坯允许有较轻微的疏松和缩孔,建筑用盘条的小方坯对连铸坯疏松和缩孔要求不严(因其轧制过程压缩比较大,许多疏松和缩孔都能焊合)。在低倍检验中把疏松和缩孔缺陷严重程度分成等级,以便分级使用,对连铸工作者来说更重要的是减轻或消除这些缺陷。

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