1連鑄坯質(zhì)量及內(nèi)部典型缺陷類(lèi)型

? ? ? ? 連鑄坯質(zhì)量決定著最終鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量。從廣義來(lái)說(shuō)所謂連鑄坯質(zhì)量是得到合格產(chǎn)品所允許的連鑄坯缺陷的嚴(yán)重程度，連鑄坯存在的缺陷在允許范圍以?xún)?nèi)，叫合格產(chǎn)品。

? ? ? ? 連鑄坯的質(zhì)量缺陷主要為內(nèi)部質(zhì)量缺陷和表面質(zhì)量缺陷,因其成因不同,控制,抑制缺陷的產(chǎn)生及提高質(zhì)量的措施和方法也不盡相同。

? ? ? ? 連鑄坯內(nèi)部缺陷主要有中心疏松、中心縮孔、夾雜物、氣孔、裂紋、氫脆等，連鑄坯質(zhì)量是從以下幾個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)的：

(1)連鑄坯的純凈度：指鋼中夾雜物的含量，形態(tài)和分布。 ?

(2)連鑄坯的表面質(zhì)量：主要是指連鑄坯表面是否存在裂紋、夾渣及皮下氣泡等缺陷。連鑄坯這些表面缺陷主要是鋼液在結(jié)晶器內(nèi)坯殼形成生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的，與澆注溫度、拉坯速度、保護(hù)渣性能、浸入式水口的設(shè)計(jì)，結(jié)晶式的內(nèi)腔形狀、水縫均勻情況，結(jié)晶器振動(dòng)以及結(jié)晶器液面的穩(wěn)定因素有關(guān)。

(3)連鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量：是指連鑄坯是否具有正確的凝固結(jié)構(gòu)，以及裂紋、偏析、疏松、夾雜、氣孔等缺陷程度。二冷區(qū)冷卻水的合理分配、支撐系統(tǒng)的嚴(yán)格對(duì)中是保證鑄坯質(zhì)量的關(guān)鍵。

? ? ? ? 只有提供高質(zhì)量的連鑄坯，才能軋制高品質(zhì)的產(chǎn)品。因此在鋼生產(chǎn)流程中，生產(chǎn)無(wú)缺陷或不影響終端產(chǎn)品性能的可容忍缺陷鑄坯，生產(chǎn)無(wú)缺陷或不影響結(jié)構(gòu)件安全可靠性能的可容忍缺陷的鋼材是冶金工作者的重要任務(wù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及傳統(tǒng)物理學(xué)、材料學(xué)的不斷完善，連鑄鋼缺陷檢測(cè)已經(jīng)進(jìn)入了納米檢測(cè)時(shí)代。掃描電鏡以其高分辨率、高放大倍數(shù)及大景深的特點(diǎn)為連鑄鋼缺陷分析與對(duì)策研究提供了無(wú)限可能，使得材料分析變得更加具有科學(xué)性和實(shí)用性。掃描電鏡廣泛用于材料的形貌組織觀(guān)察、材料斷口分析和失效分析、材料實(shí)時(shí)微區(qū)成分分析、元素定量、定性成分分析、快速的多元素面掃描和線(xiàn)掃描分布測(cè)量、晶體/晶粒的相鑒定、晶粒與夾雜物尺寸和形狀分析、晶體、晶粒取向測(cè)量等領(lǐng)域。電子顯微鏡已經(jīng)成為鋼鐵行業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)、質(zhì)量檢驗(yàn)、缺陷分析、產(chǎn)品失效分析等方面強(qiáng)有力的工具和檢測(cè)手段。

2連鑄坯典型內(nèi)部缺陷宏觀(guān)和微觀(guān)特征及形成機(jī)理簡(jiǎn)介

2.1 ?縮孔

缺陷特征?? ?在橫向酸浸低倍試片上存在于鑄坯中心區(qū)域、形狀不規(guī)則、孔壁粗糙并帶有枝晶狀的孔洞，孔洞暗黑。一般出現(xiàn)于鑄坯最后凝固部位，在鑄坯縱向軸線(xiàn)方向呈現(xiàn)的是間斷分布的孔洞。

形成機(jī)理?? ?連鑄圓坯在凝固冷卻過(guò)程中由于溫度梯度大、冷卻速度快和結(jié)晶生長(zhǎng)的不規(guī)則性，局部?jī)?yōu)先生長(zhǎng)的樹(shù)枝晶產(chǎn)生“搭橋”現(xiàn)象，把正在凝固中的鑄坯分隔成若干個(gè)小區(qū)域，造成鋼水補(bǔ)充不足，鋼液完全凝固時(shí)引起體積收縮，在鑄坯最后凝固的中心區(qū)域形成縮孔。另外，拉坯速度過(guò)快，澆注溫度高，鋼水過(guò)熱度大等都將影響鑄坯中心縮孔的大小。因連鑄時(shí)鋼水不斷補(bǔ)充到液相，故連鑄圓坯中縱向無(wú)連續(xù)的集中縮孔，只是間斷出現(xiàn)縮孔。

微觀(guān)特征?? ?縮孔內(nèi)壁呈現(xiàn)自由凝固光滑枝晶特征，見(jiàn)圖1。

圖1? 連鑄坯心部斷口中不致密的疏松和縮孔

2.2 ?疏松

缺陷特征?? ?在橫向酸浸低倍試片的中心區(qū)域呈現(xiàn)出的分散小黑點(diǎn)、不規(guī)則多邊形或圓形小孔隙組成的不致密組織。較嚴(yán)重時(shí)，有連接成海綿狀的趨勢(shì)。

形成機(jī)理?? ?連鑄過(guò)程中澆注溫度過(guò)高，中包鋼水過(guò)熱度較大，鑄坯在二冷區(qū)冷卻凝固過(guò)程中由于溫度梯度作用，柱狀晶強(qiáng)烈向中心方向生長(zhǎng)。中心疏松的產(chǎn)生可看成是鑄坯中心的柱狀晶向中心生長(zhǎng)，碰到一起造成了“搭橋”阻止了橋上面的鋼液向橋下面鋼液凝固收縮的補(bǔ)充，當(dāng)橋下面鋼液全部凝固后就留下了許多小孔隙；或鋼液以枝狀晶凝固時(shí)，枝晶間富集雜質(zhì)的低熔點(diǎn)鋼液在最后凝固過(guò)程中產(chǎn)生收縮，與此同時(shí)，脫溶氣體逸出而產(chǎn)生孔隙；或是鋼中的非金屬夾雜物在熱酸浸時(shí)被腐蝕掉而留下孔隙。鋼中含有較多的氣體和夾雜時(shí)，會(huì)加重疏松程度。疏松對(duì)鋼材性質(zhì)的影響程度取決于疏松點(diǎn)的大小、數(shù)量和密集程度。

微觀(guān)特征?? ?不致密的自由凝固枝晶特征，常有夾雜物伴生，見(jiàn)圖2、圖3。

圖2? 連鑄坯心部斷口中疏松與枝晶狀硫化物

圖3? 連鑄坯心部斷口中不致密的疏松缺陷

圖4? 連鑄坯中部斷口中柱狀晶及小氣孔缺陷

2.3柱狀晶發(fā)達(dá)

缺陷特征?? ?在橫向酸浸低倍試片上，鑄坯的上半弧枝晶發(fā)達(dá)至中心，下半弧枝晶相對(duì)細(xì)小。

形成原因?? ?連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液的凝固熱傳導(dǎo)對(duì)鑄坯表面質(zhì)量有非常大的影響。研究發(fā)現(xiàn)隨著結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度（熱流）的增加，坯殼的不均勻程度提高。如果冷卻水冷卻不均勻，上弧冷卻強(qiáng)，就可能造成上弧柱狀晶發(fā)達(dá)穿透至中心；下弧冷卻弱，柱狀晶就相對(duì)比較細(xì)小。

微觀(guān)特征?? ?發(fā)達(dá)的枝晶狀柱狀晶其上常有小氣孔或夾雜物存在，見(jiàn)圖4。

2.4 ?非金屬夾雜物

缺陷特征?? ?在橫向酸浸低倍試片上的連鑄坯內(nèi)弧側(cè)、皮下1/4—1/5半徑部位分布有不同形狀的孔隙或空洞（夾雜被酸浸掉）。在硫印圖片上能觀(guān)察到隨機(jī)分布的黑點(diǎn)。

形成機(jī)理?? ?按夾雜物來(lái)源，非金屬夾雜物分為內(nèi)生夾雜和外來(lái)夾雜。內(nèi)生夾雜是指冶煉時(shí)脫氧產(chǎn)物和澆注過(guò)程中鋼水的二次氧化所生成的產(chǎn)物未能排出而殘留在鋼中的夾雜物。外來(lái)夾雜是指冶煉和澆注過(guò)程中由外部混入鋼中的耐火材料、保護(hù)渣、未融化的合金料等外來(lái)產(chǎn)物。這些內(nèi)生或外來(lái)夾雜在連鑄上浮過(guò)程中被內(nèi)弧側(cè)捕捉而不能上浮到結(jié)晶器液面是造成內(nèi)弧夾雜物聚集的原因。

微觀(guān)特征?? ?連鑄坯中夾雜物多呈球狀、塊狀、顆粒狀，分布在疏松、氣孔、晶界等部位，見(jiàn)圖5、圖6

圖5? 連鑄坯心部斷口晶界上的顆粒狀碳氮化物

圖6? 連鑄坯心部斷口中光滑氣孔及枝晶狀硫化物

2.5 ?氫致裂紋

缺陷特征?? 在橫向酸浸低倍試片上氫致裂紋的分布形態(tài)是距鑄坯周邊一定距離的細(xì)短裂紋，有的裂紋呈鋸齒狀。在縱向試樣上，氫致裂紋與纖維方向大致平行或成一定角度，裂縫的鋸齒狀特征更明顯。在縱向斷口上呈現(xiàn)的是橢圓形的銀灰色斑點(diǎn)，一般稱(chēng)之為鑄態(tài)白點(diǎn)。

形成機(jī)理?? ?氫致裂紋是由于熔于鋼液中的氫原子在連鑄坯凝固冷卻過(guò)程中脫熔并析集到夾雜、疏松等空隙中化合成分子氫產(chǎn)生巨大的壓力并與鋼相變時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力、組織應(yīng)力疊加，在局部缺陷區(qū)域產(chǎn)生巨大的氣體壓力，當(dāng)超過(guò)鋼的強(qiáng)度極限時(shí)，導(dǎo)致鋼坯內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。

微觀(guān)特征?? ?斷口呈氫脆解理或準(zhǔn)解理特征，見(jiàn)圖7、圖8。

圖7? 連鑄坯斷口上的氫脆解理特征（H 5.4PPm）

圖8? 連鑄坯斷口上的氫脆解理及顆粒狀氧化物

2.6連鑄坯正常特征

宏觀(guān)特征?? ?在橫向酸浸低倍試片上無(wú)粗大的柱狀晶、無(wú)裂紋、無(wú)氣泡、無(wú)中心縮孔、無(wú)夾雜物聚集、無(wú)明顯的成分偏析，質(zhì)量良好。

微觀(guān)特征?? ?連鑄坯正常斷口形貌為粗大的解理扇或解理河流形貌特征，見(jiàn)圖9。

圖9?? 連鑄坯斷口中正常解理形貌特征