1、 连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院1连 铸 坯 裂 纹 控 制北京科技大学冶金学院北京科技大学冶金学院2001.11蔡蔡 开开 科科 连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院2目目 录录1.连铸坯裂纹概论连铸坯裂纹概论2.连铸坯内部裂纹的形成和防止连铸坯内部裂纹的形成和防止3.连铸坯表面裂纹的形成和防止连铸坯表面裂纹的形成和防止4.连铸坯裂纹形成机理连铸坯裂纹形成机理5.结语结语 连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院31.连铸坯裂纹概论连铸坯裂纹概论1.1 连铸坯裂纹类型图11 铸坯表面缺陷示意图1表面纵
2、裂纹；2表面横裂纹；3网状裂纹；4角部横裂纹；5边部纵裂纹；6表面夹渣；7皮下针孔；8深振痕 连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院4图12 铸坯内部裂纹示意图1角裂；2中间裂纹；3矫直裂纹；4皮下裂纹；5中心线裂纹；6星状裂纹 连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院51.2为什么会产生裂纹图13 产生裂纹因素示意图 连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院6（1）外力作用结晶器坯壳与铜板摩擦力钢水静压力产生鼓肚喷水冷却不均匀产生热应力铸坯弯曲或矫直力支承辊不对中产生的机械力相变应力图14 鼓肚现象 连 铸 坯
3、裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院7（2）钢的高温性能图15 钢的延性示意图 连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院8（3）工艺性能 低过热度浇注 杂质元素含量（S、P、Cu、Sn、Zn）合适的二冷水量和铸坯表面温度分布 坯壳与结晶器铜板良好的润滑性 结晶器液面的稳定性 结晶器内坯壳均匀生长 连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院9（4）设备性能 结晶器锥度 结晶器的振动（振动频率f，振幅S，负滑脱时间tN）气水喷雾冷却 对弧准确，防止坯壳变形（对弧误差0.5mm）在线检测支承辊开口度(0.5mm)支承辊变形 多点矫直
4、或连续矫直 多节辊 压缩浇注 连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院102.连铸坯内裂纹形成及防止连铸坯内裂纹形成及防止2.1 铸坯内裂纹产生位置铸坯内裂纹产生位置图2-1 内裂纹的形成示意图 连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院11图2-2 存在内部裂纹缺陷的铸坯硫印检验结果 连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院12图2-3 裂纹附近和正常部位的成分（wt%）连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院132.2 2.2 产生内裂纹的判据产生内裂纹的判据不同作者实际测定的临界应变临值
5、：C，（应变，（应变速率）1040.15 0.20.5 2500.170.28 3.23.6 8670.160.23 0.51.0 30600.130.15 3.23.3 15350.13 0.450.56 120.180.24 0.320.62 5400.42 1.01.5 0.42.5一般认为临0.20.4%是可以接受的。设计大方坯时，推荐值:SMSDemag:临=0.1%Danieli:临0.16%连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院14图2-4 临界应变与钢种成分的关系(碳当量CPC0.02Mn+0.04Ni-0.1Si-0.04Cr-0.1Mo)连 铸
6、坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院152.3 2.3 应变分析模型应变分析模型(1)鼓肚应变：tESPllSBBB342321600 连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院16图 2-5 鼓肚应变沿铸坯长度方向的分布(Q235,2301550mm，模型计算)连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院17（2）矫直应变：)11)(21001RRsdns（%5.0%4.02.0SS结构钢：裂纹敏感钢：图2-6 矫直应变沿铸坯长度方向的分布(Q235,2301550mm，模型计算)连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技
7、大 学 冶 金 学 院18（3）辊子不对中应变：2300lsmmm 0.51.5mm，m=0.20.4%图2-7 不同错弧量条件下的支撑辊不对中应变(Q235,2301550mm，模型计算)连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院19（4）热应力应变：2.01.0t（5）总应变：如应变可以线性叠加，那么凝固前沿发生的总应变为：T=B+s+m+t 连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院20图2-8 1882炉铸坯凝固参数及凝固前沿应变计算结果Q235，碳当量 Cp0.16，Mn/S=19.5，临=0.5%连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科
8、 技 大 学 冶 金 学 院212.4 防止内裂纹措施 防 止 板 坯 鼓 肚：34sPl 钢 水 静 压 力P，铸 机 高 度 ，P ;辊 间 距l，l,呈 四 次 方 ；凝 固 壳 厚 度s，s,.拉 速v：v ,s Ts,.二 冷 水 量w：w ,s,Ts(表 面 温 度),.辊 子 弯 曲 磨 损 多 节 辊 支 承 辊 对 中 收 缩 辊 多 点 矫 直 或 连 续 矫 直 压 缩 浇 铸 连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院223 3 连铸坯表面裂纹形成及防止连铸坯表面裂纹形成及防止3.13.1铸坯表面裂纹类型铸坯表面裂纹类型图3-1 铸坯表面裂纹示意
9、图 连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院233.23.2表面纵裂纹表面纵裂纹3.2.13.2.1定义：定义：沿拉坯方向，板坯表面中心位置或距边部1015mm处产生的裂纹。裂纹长101500mm,宽0.13.5mm，深0.015%，纵裂纹增加）图3-3 Mn/S对纵裂的影响（Mn/S，纵裂）连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院25图 3-4 含碳量，保护渣拈度和板坯厚度对宽面纵裂的影响(C=0.120.15%，纵裂纹产生严重)图3-5a 含碳量对结晶器热流的影响(包晶钢转变，收缩大，气隙形成，坯壳折皱，结晶器热流不稳定)连 铸 坯 裂
10、纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院26图3-5c 不均匀性随含碳量的变化3-5b不均匀指数随碳含量的变化 连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院27（2）拉速图3-6拉速对宽面纵裂指数的影响（C=0.11%0.13%）(括号内的数字为板坯的吨数)图3-7 总渣膜厚度、液渣膜厚度与浇注速度的关系 连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院28（3）保护渣:液渣层厚度10mm，纵裂图3-8 液渣层厚度对纵裂的影响 连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院29（4）结晶器液面波动：液面波动5mm，纵裂纹最少
11、图-液面波动对纵裂的影响 (0.09%C60Cal/cm2s，纵裂；中碳钢，结晶器热流41Cal/cm2s，纵裂。图-11铸坯热流对纵裂指数的影响图-12结晶器弱冷对小纵裂的影响-传统结晶器-弱冷结晶器 连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院31（6）结晶器的锥度 图-13结晶器锥度和钢成分对裂纹的影响（断面尺寸240 x240mm,拉速0.7m/min）锥度0.8%/m，窄面凹入无角部纵裂。连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院32（7）结晶器振动 振痕浅，无角部纵裂纹；振痕深，角部纵裂纹增加；负滑脱时间（nfhvnftN1000)(c
12、os601）,Nt值增加，板坯表面纵裂加重。Nt0.20.3s 较好。图-14负滑动时间tN对宽面纵裂指数的影响(C=0.11%0.13%,对110000块钢板进行检验的结果）连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院33（8）结晶器钢液流动 水口对中，防止产生偏流，冲刷坯壳；水口插入深度合适。连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院343.2.4防止表面裂纹的措施防止表面裂纹的措施防止纵裂产生的根本措施，防止纵裂产生的根本措施，就是使结晶器弯月面区域坯壳生长厚度均匀。就是使结晶器弯月面区域坯壳生长厚度均匀。（1）结晶器初始坯壳均匀生长热顶结晶
13、器（弯月面区域热流减少5060）波浪结晶器（弯月面区域热流减少1725）结晶器弱冷（2）结晶器钢水流动的合理性液面波动35mm；水口对中；浸入式水口结构（合适的出口直径，倾角）;水口插入深度；结晶器锥度。连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院35（3）结晶器振动合适的tN;合适的频率和振幅；振动偏差（纵向，横向1.3%，在振痕波谷处，就产生裂纹。图15 钢的延性示意图 连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院403.3.3 影响横裂纹产生的因素（1）钢成分:C、N图3-17碳含量对角裂的影响图3-18 碳含量对凹陷的影响 连 铸 坯 裂 纹
14、 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院41（2）结晶器振动特点图3-20振动频率与振痕关系(振动频率f增加,振痕变浅，横裂纹减少)图 3-19 振痕深度与角裂的关系(振痕深度增加，横裂纹增加)连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院42图3-21 负滑动时间与振痕深度的关系负滑脱时间增加，振痕深度增加.方坯tN=0.120.15s，板坯tN=0.20s 连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院43（3）结晶器液面振动图 3-22 结晶器滑动周期与角裂发生率的关系 连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院44
15、（4）保护渣性能图3-23 保护渣消耗量与角裂发生率的关系保护渣耗量基本公式（wolf）：2/1.0)1)(60(55.0mkgvfQ最低渣耗量要求大于 0.3kg/m2。连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院45（5）合适的二冷强度图3-24矫直温度与横裂纹关系矫直前铸坯温度900，避开脆性区;铸坯横向温度均匀，尤其是角部温度。连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院463.3.4 防止横裂纹的措施（1）采用高频率,小振幅结晶器振动)1000(cos601fsVftN )(fsVftN（2）合适的二次冷却水量：避开脆性区,尽量减少铸坯表面
16、和边部温度差.（3）合适的保护渣性能：用量和粘度 连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院473.4 铸坯表面星形裂纹铸坯表面星形裂纹3.4.1 铸坯表面星形（网状）裂纹特征铸坯表面星形（网状）裂纹特征图3-25 铸坯表面的网状裂纹被FeO覆盖，经酸洗后可见裂纹分布无方向性，形貌呈网 状，裂纹深度可达1-4mm，有的甚至达20mm。裂纹沿初生奥氏体晶界扩展，裂纹中充满FeO，轧制成品 板材表面裂纹走向不规则，成弥散分布，细若发丝，深度 很浅，最深达1.1mm。连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院483.4.2 铸坯表面星形裂纹形成原因铸坯
17、表面星形裂纹形成原因（1）晶界脆性：铜渗透 铜富集（2）奥氏体晶界沾污（3）表面凹陷和不规则褶皱 (振痕)（4）氢过饱和析出（5）晶间硫化物脆性图3-26 铸坯表面铜富集区产生的裂纹 连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院493.4.3防止星形裂纹措施防止星形裂纹措施Cu-Ag/、Cr、Zr、Cu结晶器铜板+镀Ni、Fe。针对钢成分对裂纹的敏感性，将C、S、Mn/S、N含量控 制在合理范围。浇注工艺条件:浇注温度、拉速、二冷水量、保护渣。连铸机设备状况（与防纵横裂纹措施相同）。连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院504.连铸坯裂纹形成机
18、理连铸坯裂纹形成机理从力学观点：临界应力理论 临 固/液界面：临=13N/mm2 临界应变理论 临 固/液界面：临=0.20.5%凝固壳：临=1.3%从冶金观点:晶界薄膜理论 柱状晶区的“切口效应”晶界质点沉淀理论 硫化物晶界脆性 凝固收缩理论（转变）连 铸 坯 裂 纹 控 制 北 京 科 技 大 学 冶 金 学 院515.结论结论连铸坯产生裂纹主要决定于:钢成分对裂纹的敏感性；浇注的工艺条件；连铸机的设备状况。带液芯连铸坯受外力作用是坯壳产生裂纹的外因；钢的高温力学行为是产生裂纹的内因；工艺因素是产生裂纹的条件。根据所浇钢种,对连铸机设备的调整应符合钢凝固收缩的规律,以使其坯壳不受变形为原则；对工艺参数进行优化,以得到合理的铸坯凝固结构。从而使连铸坯不产生裂纹或控制裂纹在不足以造成废品所允许的范围内。
