鋼錠缺陷產(chǎn)生因素

鋼錠鍛后缺陷主要有裂紋、中心疏松、縮孔、夾雜物超標(biāo)等。其中裂紋主要與澆注速率、過熱度及鋼錠錠型有關(guān)；中心疏松和縮孔通常伴生，主要和冒口補(bǔ)縮、保溫情況有關(guān)； 夾雜物超標(biāo)主要和鋼液純凈度、保護(hù)渣性能有關(guān)。

主要缺陷是內(nèi)部缺陷，其次是硬度不均勻、表面缺陷、開裂等，冒口錠尾缺陷占6.52%。其中主要缺陷是裂紋，其次是疏松，部分嚴(yán)重的會(huì)造成密集性缺陷?？偟膩砜矗@些缺陷是可能與冒口補(bǔ)縮、澆注制度、保溫制度以及錠型有關(guān)。

鋼錠缺陷(defect in ingot)是指鋼錠的質(zhì)量疵病。按其存在的位置有表面缺陷和內(nèi)部缺陷；按其形態(tài)和形成特點(diǎn)分別稱為裂紋、結(jié)疤、翻皮、重皮、重接、夾渣、表面氣泡、皮下氣泡、氣泡暴露等。特鋼廠生產(chǎn)的6 t H13 鋼錠，平均鋼錠利用率為80%，探傷合格率不足90%，距離國內(nèi)先進(jìn)水平86%還有一定距離。通過分析6 t H13 鋼產(chǎn)生的缺陷，研究典型質(zhì)量缺陷的成因并提出改良措施 。

1 錠型分析

關(guān)于6 t 鋼錠錠型參數(shù)的評價(jià)，可以發(fā)現(xiàn)除下模壁較厚之外，其他參數(shù)基本合理。下模壁較厚可能導(dǎo)致冷卻速度加快， 形成細(xì)長液心，造成中心疏松及縮孔。這是影響冒口補(bǔ)縮效果的因素之一，通過調(diào)整錠模下部的厚度，可以控制冷卻速度，調(diào)整液心的長度，縮短補(bǔ)縮距離。

冒口補(bǔ)縮的效果， 由冒口的補(bǔ)縮能力和補(bǔ)縮的客觀條件決定。下錠模的厚度影響鋼錠局部的冷卻速度，屬于后者；冒口的鋼液狀態(tài)、純凈度和冒容比可能會(huì)影響冒口的補(bǔ)縮能力，屬于前者；因此，基于對缺陷類型和錠型的評價(jià)， 進(jìn)一步對冒口的補(bǔ)縮能力進(jìn)行分析。

2 冒口補(bǔ)縮的情況分析

（1）冒口質(zhì)量檢測

冒口處的表面品質(zhì)極差，凹坑深度較大，可能存在內(nèi)部質(zhì)量問題。于是，在冒口位置取樣分析，對樣品進(jìn)行金相分析，結(jié)合取樣部位及剖面顏色分布，可認(rèn)為V 型疏松區(qū)組織存在大量的空洞、夾雜及成分偏析。冒口處的V型缺陷說明錠身的也可能存在質(zhì)量；同時(shí)，除去錠模厚度的問題，該類缺陷出現(xiàn)原因還存在其他可能，尤其是錠模冒口的設(shè)定。

（2）絕熱板性能測試

從現(xiàn)場取得6 t 鋼錠使用的絕熱板，經(jīng)檢測該絕熱板的主要成分是SiO?，屬于輕質(zhì)耐火材料。取邊長為30 mm 的六面體做密度和導(dǎo)熱性的檢測。密度檢測時(shí)，將該樣品于100 ℃干燥箱中干燥2 h 秤重，計(jì)算出密度。導(dǎo)熱率檢測采用PBD-12-4Y 平板導(dǎo)熱率測量。測得的密度為1.3370 3×103 kg/m3，導(dǎo)熱率為0.197 659 W/(m·℃)。在導(dǎo)熱率測試過程中，該樣品在1 000 ℃時(shí)發(fā)生嚴(yán)重粉化。

絕熱板的物理性能要求體積密度≤0.95×103 kg/m3，1 000℃導(dǎo)熱率≤0.23W/ (m·℃)。

該樣品測得密度大于限定值， 導(dǎo)熱率接近上限， 1 000 ℃時(shí)發(fā)生嚴(yán)重粉化，可見其保溫效果和耐熱性均比較差， 影響冒口補(bǔ)縮性能， 容易導(dǎo)致冒口內(nèi)的疏松區(qū)域延伸到錠身， 從而增大冒口切除量， 減小鋼錠利用率； 且對鋼錠冒口表面質(zhì)量不利。

（3）覆蓋劑性能測試

從現(xiàn)場取得6 t 鋼錠使用的保護(hù)渣， 經(jīng)檢測該保護(hù)渣的主要成分是SiO?、CaO 和Al?O?。采用熔點(diǎn)熔速測定儀測試保護(hù)渣的熔點(diǎn)和熔速。對比發(fā)現(xiàn)，該渣樣性能比較合理，保護(hù)渣對鋼錠質(zhì)量缺陷的影響較小。

覆蓋劑質(zhì)量應(yīng)該合格； 絕熱板質(zhì)量差會(huì)導(dǎo)致冒口處的鋼液溫度下降過快， 并混入夾雜物， 影響補(bǔ)縮，是造成冒口缺陷的原因之一。

3 澆注和保溫制度分析

錠身澆注4~7 min，澆注速度15~30 kg/s，澆到冒口絕熱板下端進(jìn)行細(xì)流填充。之后加入發(fā)熱劑等待拔模。這種一段式的澆注方式有可能與該廠采取的較高過熱度不匹配(液相線1 485 ℃，過熱度50~55 ℃)，產(chǎn)生裂紋的機(jī)率增加。

具體可以解釋為：高澆速、高過熱度，澆完錠身之后下部鋼液仍未凝固， 隨著冷卻的進(jìn)行形成較長的液心(補(bǔ)縮距離增加)，在冒口補(bǔ)縮能力固定的情況下，容易在冒口與錠身結(jié)合處形成凝固搭橋效應(yīng)，影響補(bǔ)縮的客觀條件。而高澆速、過低的過熱度仍然存在風(fēng)險(xiǎn)，控制較難。所以應(yīng)選擇合適的澆注制度與鋼液過熱度匹配。關(guān)于對澆注制度合理性的判斷，可通過分析缺陷主要出現(xiàn)的部位來驗(yàn)證。

分析發(fā)現(xiàn)， 大部分裂紋缺陷在冒口與錠身結(jié)合處；主要撕裂狀裂紋、橫裂紋、縱裂紋，并伴隨有疏松甚至密集性缺陷，這些缺陷一直延伸到錠身。

部分鋼錠鍛造后也發(fā)現(xiàn)了裂紋， 在距離端部700~800 mm 處，原本應(yīng)為冒口和錠身結(jié)合部位(澆高240 mm，切去一定長度鍛造)。但部分裂紋沒有氧化脫碳現(xiàn)象，應(yīng)是在鍛造過程中產(chǎn)生；因?yàn)樵阱懺烨暗募訜釘U(kuò)散過程中， 鋼錠已產(chǎn)生了過熱；鍛造后冷卻速度較快，沒能及時(shí)回火，以致產(chǎn)生大量的粗大上貝氏體組織， 在切應(yīng)力作用下在鍛件上產(chǎn)生了長而深的縱向裂紋。

綜合分析認(rèn)為， 澆注制度不合理引起的凝固搭橋效應(yīng)和絕熱板下端引起的熱效應(yīng)， 是裂紋產(chǎn)生的主要原因，鍛造后的熱處理制度是次要原因 。

根據(jù)以上的分析，提出以下優(yōu)化措施。

（1）改善保溫冒絕熱板材質(zhì)， 提高Al?O?含量1%~3%，加入2%~5%漂珠和<10%膨脹珍珠巖，粘結(jié)劑和纖維制原料保持不變。

（2）降低冒容比至10%~11%。調(diào)整下模壁厚度為160 mm。

（3）調(diào)整澆注制度，分成兩段式，即：開澆速度不變，正常澆注速度15~30 kg/s，至錠身3/4 處(3 min左右時(shí))澆注速度降為1/2，至冒口1/3 深度處，細(xì)流補(bǔ)縮7 min。

采取優(yōu)化措施后3 個(gè)月生產(chǎn)的H13 鋼錠相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，鋼錠的探傷合格率提升至96%(以大棒為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn))，鋼錠利用率提升至88%。

（1） 該企業(yè)不合格鋼錠的主要缺陷是裂紋和疏松， 分布在冒口與錠身結(jié)合處并一直延伸到錠身。

通過提高冒口絕熱板材質(zhì)、調(diào)整鑄模結(jié)構(gòu)和澆注制度，可以取得明顯效果。

（2） 錠身缺陷產(chǎn)生的主要原因是冒口絕熱板質(zhì)量差(減弱冒口補(bǔ)縮能力)和澆注制度問題引起的補(bǔ)縮效果下降(使補(bǔ)縮距離增加)；兩種質(zhì)量問題所引起的主要現(xiàn)象包括： 澆注制度引起的凝固搭橋效應(yīng)和絕熱板下端引起的熱效應(yīng)。

（3） 在采用新的絕熱板材質(zhì)和澆注制度的情況下，帽容比降低至10%~11%仍能保持較高的補(bǔ)縮效果。

（4） 采用優(yōu)化措施之后， 鋼錠的探傷合格率提升至96%(以大棒為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn))， 鋼錠利用率提升至88% 。

在鑄錠過程中由于操作不當(dāng)或注速、鑄溫控制不當(dāng)，會(huì)使鑄成的錠有種種缺陷。常見的缺陷為：鋼錠表面的結(jié)疤、重皮和縱、橫裂紋，內(nèi)部的殘余縮孔、皮下氣泡、疏松和偏析，混入鋼中的耐火物和爐渣、灰塵造成的夾雜等。這些缺陷能大大降低鋼錠的成坯率，甚至使整個(gè)鋼錠報(bào)廢。

合格的鎮(zhèn)靜鋼鋼錠除化學(xué)成分必須保證符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求外，還應(yīng)滿足：（1）達(dá)到規(guī)定澆高，頭部一次縮孔呈碟形，不深入到鋼錠本體；（2）成分偏析小，非金屬夾雜少；（3）鋼中氣體含量少，鋼錠無皮下氣泡和內(nèi)部氣泡；（4）鋼錠表面質(zhì)量好，無表面缺陷或雖有缺陷可通過修磨或火焰清理消除。

鎮(zhèn)靜鋼鋼錠缺陷分內(nèi)部缺陷和表面缺陷兩類。內(nèi)部缺陷有縮孔、疏松、偏析、裂紋、非金屬夾雜等，這類缺陷往往只能在開坯和軋制成材之后通過低倍檢驗(yàn)才能判定；表面缺陷有裂紋、結(jié)疤、翻皮、重接、夾渣等，在鋼錠精整時(shí)即可發(fā)現(xiàn)，輕者可通過清理消除。鋼錠的缺陷可通過確定合理的工藝制度和嚴(yán)格的技術(shù)操作加以防止或減輕。