发布时间 : 星期一 文章连铸坯产生质量问题的原因 - 图文更新完毕开始阅读8cb12d3267ec102de2bd89f1
计算偏析率C/C0时，C0可以是断面对角线或十字线上平均距离取点测试值相加的平均值，例如每条直线等距取10～14个点，也可以是中间包钢水中元素成分值。用中间包取样，整个分析数据会减少工作量。
不同的取值方法会得出不同的结果。
20世纪80年代，Moil等人就做过分析，钻头为Φ3、孔深3mm、拉速1.5m/min、过热度为50℃、含碳量0.85％、断面为160mm×160mm方坯。 分析结果是在纵向最大碳偏析率为1.8。
而Haminton和Moore对含碳0.79％、过热度为63℃、拉速为2.9m/min的90mm×90mm方坯用直径(Φ8mm钻头，取样深度4mm，得到最大偏析率为1.2，这种较低的数值，无疑是由于钻头直径较大取样而引起的平均效果。
前面提到过的一个重要问题是，中心线偏析值在轴线上是不连续的，因此横断面上中心点取样可能离散值很大，结果令人迷惑不解。
具体的取样分析方法将在以后有关章节中介绍。 54.为什么偏析与连铸坯组织特点有关?
一般认为，合金元素的偏析是由于溶质元素在凝固前沿析出，并由随后的物质流动和扩散引起的再分配而生成。宏观偏析是由溶质富集的钢液离开凝固前沿的物质运动所产生。 这种运动的引起是由于：
(1)液体内部的温度差和浓度差而引起的对流运动； (2)钢液注入结晶器产生的运动； (3)重力对液体中生长晶体的作用。
一个基本的现象是：在有利于柱晶成长和被溶质元素富集的液体流动的条件下，连铸坯的轴向偏析将加剧。在有利于形成大面积等轴晶，而且微观偏析分布均匀的条件下，则可以看到轴向偏析减轻。
55.对偏析不利的工艺条件有哪些? (1)高碳钢浇注时过热度过高； (2)小断面采用高拉速。
上述情况都会使柱状晶区扩大，并产生铸坯内部缺陷或使所谓“小钢锭结构”发生。沿铸坯轴线上，因凝固搭桥而形成的不规则的空间间隔，例如5cm～10cm间隔。这种搭桥和凝固收缩同时发生，就会产生V状偏析。 56.如何简要地描述偏析生成现象?
(1)最初柱状晶从结晶器壁上规则地生长。
(2)不稳定的柱状晶组织表露出不平衡和不均匀的生长状态而导致某些柱晶比另外一些柱晶生长更快，在凝固的早期阶段产生液相穴封闭的趋向。
(3)凝固桥是产生于两个对立面而快速生长的柱状晶区。另外，凝固桥可能由凝固前沿液相中的大量等轴晶核沉落并停留在对立的柱晶凝固前沿而形成。凝固桥的形成随凝固金属过热波动而加剧。
(4)在两个凝固桥之间残留的钢液凝固，富集合金元素的粗大等轴晶通常在“小钢锭”的头部出现，该处柱状晶区最长，并伴有缩孔。在小钢锭的底部是携带夹杂物的小等轴晶的沉积区，合金元素较为贫乏。
这种理论认为，铸坯内部轴向的溶质元素偏析存在着周期性变化。这种现象在取样分析时，可能使人产生误判。这种现象在进行冶金效果分析时要引起重视。 57.钢的成分对偏析有什么影响?
连铸生产高碳钢，轴向偏析是一个特殊问题，此钢随后热轧和拉拔成棒材或线材产品，高碳区域出现在钢的中心，而导致产品在热加工、中间退火热处理呈不均匀转变，并在下一步加工工
序中出现脆性区和提前损坏。其他溶质元素如硫、磷和锰的偏析，也与碳有相类似的趋势，它们的偏析程度依S、P、C、Mn的顺序而减轻。
在连铸坯中心区，低碳钢中残余铝低(0.003％A1)出现∧型偏析，而残铝高(0.0037％A1)。无论是低碳、中碳和高碳钢铸坯，中心均出现V型偏析，低碳钢的宏观偏析增大可以认为是由于铁素体比奥氏体溶解C、Mn元素少而使富集溶质元素钢液残留下来，而且含碳0.1％的钢在δ转变时的体积收缩为0.38％，这将导致钢液与结晶器壁之间间断地产生气隙，而使其热传导率比含碳0.3％的钢降低大约20％～25％，这样的收缩产生的钢液流动足以使宏观偏析增大。低碳钢在δ转变时，在奥氏体晶粒边界形成FeS薄膜而使其更易产生裂纹。
TZAVARAS对液体强迫流动对偏析的影响进行了研究，发现低合金钢中的碳、硫、磷和夹杂形成元素锰和铝有显著的宏观偏析。高碳工具钢也就是含碳量大于1.0％并含有少量Cr、Ni和W合金元素的钢，出现轴向偏析。尽管已有报道，可以用专门的热扩散以减轻碳偏析，但锰、铬形成的复杂碳化物会使偏析保持原状。
在Sidbec—Dosco，将低碳钢的含锰量限制在0.5％以下，较高碳含量的钢的含锰量限制在0.8以下，以控制锰的轴向偏析，在连铸板坯中锰大于1.5％和碳超过0.15％，将出现严重的轴向偏析。
58.碳、硫、磷、锰的偏析有什么关联?
如果对每种元素的偏析率均要取样分析和计算，其工作量无疑是浩大的。Kawamoto等人已绘制了相对于碳的关于硫、磷、锰的偏析率图。虽然其结果是分散的，但对于每个元素看起来有个明显的确定关系。假如是这种情况，将提供一种可能的办法，即C、S、Mn和P的偏析率可以由已知的这些元素之一的偏析率来确定。
用被分析的一种元素来推断其他元素的偏析，被作为一种控制手段。我们常常提出碳的偏析要求，当碳偏析得到控制时，其他元素的偏析范围我们就知道了，它们也相应得到了控制，其他元素偏析率相对于碳元素偏析率的关系如图2—6所示。
图2—6中横坐标是碳偏析率C/C0，纵坐标是其他元素的偏析率，分别是S/S0、P/P0、Mn/Mn0偏析的平均趋势。
59.柱状晶宽度和中心偏析区宽度有什么关系?
Moore等人发现，在相同的连铸条件下，柱状晶区的长度和中心偏析区的宽度是依下述含碳的次序增大的：0.3％、0.1％、0.6％。虽然高碳钢和低碳钢都有扩大柱状晶区的趋向，但关于
在小方坯中心的等轴晶尺寸是低碳钢(0.1％C)的尺寸比高碳钢的小。这可解释为低碳钢的等轴晶生长期短和凝固范围小。此外还发现低碳钢(0.1％～0.2％C)的C、Mn、P、S宏观偏析比中碳钢(0.3％～0.6％C)的大，同时其凝固顺序不同，低碳钢为液相→铁素体→奥氏体，中碳钢为液相→奥氏体。
60.过热度对偏析有什么影响?
所谓过热度，就是钢液浇注时(一般指中间包内)钢液实际温度和液相线温度之差。 连铸过程中钢液的过热度大部分是通过结晶器液面下20—200cm的范围内由结晶器壁和凝固壳向外传递。虽然钢液在结晶器内是被连续注入的钢流所搅动，但与模铸相比，连铸的过热保持在更大的程度上，因此连铸中间罐内的过热度对偏析和凝固的影响与传统的模铸相比要大得多，模铸浇锭时，钢液表面附近的过热在浇注结束后数分钟内消失，而连铸结晶器内的情况与这有很大不同。
中间罐内过热度低时，将提供大量的等轴晶核，它能生成等轴晶的网络，阻止凝固前期柱状晶的生长，这将会形成由细小等轴晶粒组成的大面积等轴晶区。中间罐过热度增大，柱状晶区也扩大，甚至产生凝固桥，分散的中心疏松变为轴心位置的缩孔，其直径增大，长度缩短，并使轴向偏析的宽度、浓度和纵向波动增大。
通过大量实践和研究，证实过热度对铸坯是确有影响的，我们将一组数据制成下列一组图形(图2—7～图2—11，110mm×110mm方坯，碳含量WC=0.8％)。
从以上各图中可以看出：
(1)从图2—7可看出：过热度增加，等轴晶区面积减少。
(2)从图2—8、图2—9可看出：过热度增加，铸坯中心碳偏析增加。在过热度为27℃时，碳偏析沿长度方向呈周期性变化，大约每5cm重复一次。
(3)从图2一10、图2—11看出：过热度变化时，沿铸坯长度方向碳的正偏出现的间隔和程度也在变化，过热度越高，其变化越大。
(4)从图2—12看出：S、P、Mn等元素的偏析，也受过热度的很大影响。
61.拉速对偏析有什么影响?
对于一定断面的铸坯和钢的化学成分，拉速增大时铸坯液相穴加深，假使要保持铸坯中心致密度，则有一个极限凝固速率不得超过此值。增加拉速，为获得要求的纵向凝固速率，必须增加大热量的导出。
增大拉速使液相穴延伸而更易搭桥和形成小钢锭结构，而且导致铸坯中心组织变坏并带有大缩孔、中心缩管和轴向偏析。所以若希望得到足够短的液相穴，并使钢液易于补缩，就要限制拉速。