包晶钢连铸专题.docx

包晶钢连铸一．包晶反应碳为0.09%〜0.53%的铁碳合金都有包晶反应的发生；同素异 晶转变Lq.53 + 昌D-g—] 7 由体心立方结构的铁素体变为面心立方结构的奥氏体相晶格的致密度由 68%，增大到74%，体积收缩二．包晶相变机制凝固理论认为，包晶相变分为3个阶段：包晶反应阶段（L+6f 丫），包晶 转变阶段（6—► Y）,直接凝固阶段（」Y）2.1 包晶反应阶段：奥氏体在液相与铁素体相界面形核的过程2.2 包晶转变阶段：固相原子扩散溶解并生长为包晶相的过程2.3 直接凝固阶段：液相直接在已存在的包晶相上生长增厚的过程 这三个阶段既有联系又有区别，初生相与液相接触的地方发生包晶反应生成包晶相，凝固前沿包晶转变和直接凝固二者都可生成包晶相且密不可分，但在无 液相的全部凝固部分，包晶相的转变全部由包晶转变而得包晶反应阶段与直接凝固阶段，均有液相参与，液相金属的流动性弥补了凝 固前沿的收缩，不会导致裂纹包晶转变阶段由体心立方晶格转变为面心立方晶格，致密度增加，体积收缩， 在没有液相补充的情况下，会引起铸件内部收缩，从而诱发铸件裂纹三、包晶钢裂纹成因分析凝固收缩补偿理论将合金凝固过程分为准液相区、可补缩区、不可补缩区和 晶间搭桥区4个阶段。

准液相区：合金凝固初期，枝晶间未形成连续的骨架，枝晶间液态金属流动性好 可补缩区：固相分数达到一定数值，各枝晶间形成连续骨架，经过合金的零强度 温度（ZST）后，合金开始具备强度不可补缩区：随固相分数的增大，枝晶间的液态金属流动性逐渐降低，经液相零 补缩温度（LIT）后，枝晶间的液态金属不能相互流动随温度的降低达到合金 的零塑性温度（ZDT）晶间搭桥区：合金的强度和塑性分别达到ZST和ZDT后，开始从零升高是由于晶 间搭桥的形成使晶间强度提高及晶粒参与变形而造成从形成连续骨架起，这一凝固阶段称为准固相区在ZST和ZDT温度附近，是裂纹敏感的温度区间在LIT以上，铸坯的凝固收 缩由液体流动来补充，不会产生裂纹；在LIT以下，铸坯的收缩变形的不到补充， 当实际变形超过材料允许变形铸坯就产生裂纹根据包晶相的生长机制：包晶转变阶段由体心立方晶格转变为面心立方晶 格，致密度增加，体积收缩，得不到液相补充，当实际变形超过材料允许变形铸 坯就产生裂纹四、亚包晶钢裂纹严重原因分析4.1 C含量在0.09%-0.17%范围内的钢种称为亚包晶钢或凹陷钢4.2 原因分析1） 包晶钢中初生相（6）的生成量越多，为包晶转变提供的6相的量越多，其 转变产生的收缩量越大，使铸坯产生裂纹的倾向性越大。

2） 亚包晶钢较低碳钢铸坯裂纹严重的原因：虽然低碳钢生成的6相量多，但是 低碳钢的包晶转变温度低于包晶反应温度，使的包晶转变温度避开了钢种的零强 度和零塑性区，提高了钢的允许变形量，从而减少了铸坯裂纹的产生此外，低 碳钢的包晶转变是在组织全为6相后才进行的相对于亚包晶钢而言，包晶转变 引起的收缩分布较均匀，坯壳多发生均匀收缩而不会引起铸坯的裂纹亚包晶钢 线收缩系数为9.8X10-5/°C,而C<0.09%时，6Fe线收缩约为〜2X10-5/°C,线 收缩量增加3.8倍a）低碳钢（C%<0. 09%） b）亚包晶钢（0.09%

凹陷部位冷却和凝固比其他 部位慢，组织粗化，在热应力和钢水鼓胀力作用下，在凹陷处造成应力集中而产 生裂纹在二次冷却区继续扩展形成的基本条件：①初生坯壳厚度不均，在坯壳薄弱处产生局部应力集中② 铸坯在快速凝固时的选份结晶和C、Mn、S、P等元素沿树枝晶的偏析，致使晶粒 间的结合力不均，在外部应力超过其强度极限时，易于发生凹陷等质量缺陷5.2 影响因素及对策措施1) 过热度：高过热度，在强制冷却制度下能加重凹陷和纵裂(资料表明，浇注 钢水温度每升高10°C，结晶器内凝固坯壳厚度减少2mm)2) Mn/S比：提高钢种Mn/S比，可减少纵裂发生率临界Mn/S比与S含量的关系：(w(Mn)/w 1可获得较好的防止裂纹效果MSCV1，钢的韧性降低且固相线温度间距增大，裂纹敏感性增加3) 拉速：同一拉速条件下，铸件内弧比外弧更容易生成凹陷拉速增加，因结 晶器内坯壳厚度不均匀，结晶器导出热量并没有随拉速增加而上升，使得出结晶 器时坯壳强度降低，如二冷强度大，进一步加剧缺陷的严重程度。

对弧形连铸机， 铸坯低倍结构具有不对称性，内弧柱状晶比外弧要长，即坯壳内外弧表面所受的 热应力有较大差距稳定拉速4) 保护渣：保护渣碱度高，其熔化温度和结晶温度较高，具有低的粘度能满足 弱冷的需求5) 结晶器：纵裂纹大多发生在浸入式水口出口周围的钢水剧烈运动区域，结晶 器壁热流不均是纵裂纹产生的有利环境将结晶器水量减小，减轻坯壳过早收缩， 减少初生坯壳受到的热应力作用，使铸坯凹陷得到减轻6）电磁搅拌：钢水在电磁搅拌作用下角部弯月面钢水轻微“转动”离开铜壁表 面，电磁搅拌过强会增加凹陷产生六、亚包晶钢内部缺陷及对策-中心裂纹、中间裂纹、皮下裂纹6.1 皮下裂纹1）形成机理：铸坯表层温度反复变化导致相变，沿两相组织的边界面扩展而成 2）影响因素及对策措施二冷水的配比6.2 中间裂纹1）形成机理：主要是由于二冷区冷却不均匀，坯壳反复回温（温度回升超过100°C/m）；或 由于对弧不好有关当铸坯经过二冷段进入空冷区，铸坯中心热量向外传递，铸 坯表面温度回升，坯壳受热膨胀，在凝固前沿引起张力应变，当某一位置的张力 应变超过该处的极限变形值时，在固液交界面出现裂纹，并沿柱状晶薄弱处继续 扩展直到坯壳高温强度能抵抗应力为止。

2）影响因素及对策措施 主要是二次冷却引起的此外，浇注温度高、拉速快、铸坯柱状晶发达时， 也会助长这种裂纹的发生① 合理的二次冷却制度，避免铸坯表面温度回升过快② 低过热度、低拉速浇注6.3 中心裂纹1） 形成机理：是由于凝固末期铸坯芯部的收缩造成的当铸坯即将完全凝固时，钢液中最 后一部分潜热自中心散出，致使中心部位温度突然下降此时，由于中心温降比 铸坯表面温降快，出现中心收缩，在中心处有较高的张应力发生当此张应力施 加于铸坯中心部位时，就产生了中心裂纹2） 影响因素及对策措施① 合理的二次冷却制度，使处于液相穴末端的铸坯表面温度回升较小② 减轻中心偏析。