45钢常见的连铸坯缺陷及工艺事故浅析

程少鹏   

摘  要：45钢是机械工业的主要材料之一，由于钢材在加工过程受力条件及其使用环境，要求45钢具有良好的组织结构、机械性能和表面质量。通过优化炼钢和轧钢工艺是提高45圆钢实物质量的重要手段之一。45钢属中高碳钢，中高碳钢因其凝固间隔较大，加之固态导热系数较大，易于形成柱状晶，同时在凝固后期存在快速凝固区间，这就使得中高碳钢方坯中心部位易出现疏松、夹杂，以及程度不同的缩孔、裂纹等缺陷。在生产45钢的过程中，连铸发生水口堵塞现象，影响了生产的稳定顺行；铸坯出现较为严重的中心裂纹、中心偏析、中心疏松和中心缩孔等缺陷；钢的纯净度差，夹杂物含量多；钢的组织不均匀，晶粒粗大。

大量的生产实践证明，45钢因其凝固特性决定了其内部易产生一些质量缺陷。在浇铸过程中会产生较大的体积收缩和线收缩，坯壳在进一步冷却凝固过程中对热应力及机械应力较敏感，易产生内部裂纹。因此，以45钢常见的方坯连铸坯缺陷及工艺事故为导向，通过分析铸坯缺陷及工艺事故产生的机理，找出产生的原因，提出改进的措施，实现45钢连铸的顺利浇铸及生产出无缺陷铸坯是非常有必要的。

关键词：连铸坯缺陷  工艺事故  裂纹  中心疏松 

45钢常见的连铸坯缺陷及工艺事故

1 铸坯裂纹

裂纹是连铸坯常见缺陷之一，在连铸坯中裂纹发生在铸坯表面和凝固前沿，有表面裂纹和内部裂纹之分，图1.1为连铸坯常见内部裂纹的形式和出现的位置。无论表面裂纹还是内部裂纹的产生均是由作用在铸坯上的应力和应变引起的，而产生应力和应变的因素是热负荷和机械负荷，对铸坯产生热负荷和机械负荷的原因是多种多样的，因此，形成裂纹的原因也是极其复杂的。归纳起来主要有：钢水成分、连铸工艺及参数、保护渣、连铸设备等。不同的工厂、不同的铸机在不同的阶段，由于条件不同，每种因素对铸坯裂纹产生影响的程度也不同。

1—角裂 2—中间裂纹 3—矫制直裂纹 4—皮下裂纹 5—中心线裂纹 6—星星裂纹

图1.1  铸坯内部裂纹示意图

2 中心偏析

铸坯凝固过程中，表层因激冷生成细小枝晶(激冷层)，随着表层凝固厚度增加，铸坯内部向外传热能力降低，铸坯开始呈现定向凝固，形成由外向内的长条状树枝晶(柱状晶)。由于选分结晶的原因，溶质元素向熔池(液相区)积聚，当柱状晶增长而生成搭桥现象时，富集溶质元素的钢液被封闭而不能与其它液体交换，在该处形成C、S等元素的正偏析；同时，上部

连铸坯的中心偏析和中心疏松等宏观缺陷可以通过增加铸坯等轴晶比例来避免或改善，大量研究表明，当铸坯断面上等轴晶率达到35~40%以上时，才能基本消除中心偏析。生产中获得等轴晶常用的方法有电磁搅拌技术和低过热度浇铸技术，并适当降低浇铸速度。

近来一些钢厂连铸生产优质钢，铸坯中心偏析缺陷困扰着这些产品质量的提高。铸坯中心的C、S等元素的富集(偏析)影响钢材性能，如疲劳极限降低、拔丝断头率高、钢板超声波探伤不合格、冲击韧性差等。对于铸坯中心偏析问题，国内外冶金工作者都在寻找解决办法。专家认为，影响连铸坯中心偏析的因素主要有三方面的原因：钢中偏析元素的含量，铸坯断面形状及连铸工艺参数。

2.1钢中偏析元素的含量

钢中偏析元素(C、S、P等)含量越高，偏折度也相应增加，当钢中含C在0.25~0.4%时，偏析程度小；C≥0.45%时，偏析程度急剧增大，即使采用电磁搅拌措施，偏析程度也相对较高。

2.2铸坯断面形状的影响

铸坯断面形状对偏析也有影响。

2.3连铸工艺参数

连铸工艺参数如浇注温度、拉速、二次冷却制度都对中心偏析有重要影响，其中，钢水过热度的影响最为明显。二冷区采用强冷可以降低坯壳温度，增加坯壳强度，防止鼓肚产生的中心偏析，同时，快速冷却阻止了溶质元素的析出和扩散，有利于减轻中心偏析。所以二冷水量增加，有利于减轻中心偏析。

浇注速度的影响。总的情况是拉速低、偏析度小，但是过低拉速影响铸机作业率而偏析度并不降低。

减轻中心偏析有多种措施，其中电磁搅拌和软压下是当前较为有效的方法；无论采取什么办法，控制钢水在低过热度状况下浇注非常重要；另外，要特别重视钢包和中间包烘烤，尽可能降低过程的热损失，确保浇注过程钢水温度稳定。

3 中心缩孔

中心缩孔是由于铸坯在凝固过程中，坯壳内的液相转变为固相产生的体积收缩，和由于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。减轻或去除中心缩孔的方法可分为两种途径。

 3.1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得以被钢水补充。其具体措施为：降低中间包钢水过热度——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，抑制柱状晶生长；电磁搅拌——打碎已生长的柱状晶，增加等轴晶区宽度。

3.2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——在铸坯液芯底部采用机械装置对铸坯施加压力，使铸坯整体产生体积收缩，由于压力只能施加在铸坯上下两面，此方法对方坯使用有局限性；喷水冷却——在铸坯液芯底部采用喷水强冷，使铸坯整体产生体积收缩，这是近年来在这一领域最活跃、最经济的技术。

4 连铸坯气泡

铸坯产生皮下气泡的主要来源是钢凝固时，钢液中所溶解的气体随钢液温度下降，使其溶解度减小而析出；如果析出气体的分压小于气液界面张力形成的压力与钢水静压力、大气压力三者之和时，该气泡就会留在钢液内，直到凝固。当气泡逸出时，就残留在凝壳中，形成气泡缺陷。在实际生产中，常见的导致因素有：脱氧不足、钢水过热度大、二次氧化、保护渣水分超标、结晶器上口渗水、结晶器润滑油过量、中间包包衬潮湿等。

5 连铸中间包水口堵塞

导致连铸中间包水口堵塞有钢水成分、温度、流动性、炼钢和连铸操作等多方面的原因，但从根本上讲有三种原因：一是中间包水口处钢水温度低于该钢种的凝固点而在水口内冻结。这种堵塞的特征是瞬时性的，及时烧水口并适当地提高中间包液面高度，有时可以烧开；二是二次氧化严重、中间包温度高、液面低，不利于夹杂物上浮并卷入水口，造成A12O3、SiO2等高熔点固体夹杂物的颗粒在水口处沉积，堵塞了水口。这种堵塞发生时水口注流逐渐缩小最后堵塞。三是在实际生产中的中间包温度低于凝固点。多数堵塞是低温和夹杂物同时作用的结果，也可以说夹杂物是内因，温度是外因。

钢水的流动性差是水口堵塞的原因之一。引起钢水流动性变差的主要原因是脱氧产物在钢水浇注温度下呈固态。而这些固态脱氧产物凝固沉积于水口使孔径变小，阻碍钢流顺行，严重时水口完全堵死，导致断流。

6 连铸漏钢

漏钢是连铸生产中的恶性事故，它不仅产生废品，而且损坏设备，降低铸机作业率和产量。漏钢又分为开浇漏钢、悬挂漏钢、角裂漏钢和粘结漏钢等几种。其中以粘结漏钢出现最多，粘结漏钢是由于结晶器液位波动，弯月面的凝固壳与铜管之间没有液渣，发生粘结，随结晶器的振动而拉漏的现象。粘结漏钢的形成因素有：

6.1结晶器保护渣的使用状况；

6.2钢水条件；

6.3结晶器液面波动；

6.4操作水平。

7结论

7.1连铸工艺对钢水质量有严格的要求，既要保证稳定适宜的钢水温度和脱氧程度，以满足可浇性；又要最大限度地降低钢中硫磷杂质及气体、夹杂含量，以确保浇铸的顺行和铸坯质量。也就是说，保证及时供应合格的钢水是搞好连铸生产的基础和前提。

7.2实现连铸的顺利浇铸及生产出无缺陷铸坯是后续轧钢工序生产出合格棒材的前提。

参考文献：

[1] 何天科. 连铸粘结漏钢的影响因素及预防措施. 连铸，2002(3):9~11

[2] 陈家祥. 连续铸钢手册. 北京：冶金工业出版社，1991

[3] 蔡开科. 连续铸钢. 北京：科学出版社，1991