鋼錠疏松成因及分析

疏松的成因與鋼水的冷凝收縮和選分結(jié)晶有關(guān)。鋼水在結(jié)晶時，先結(jié)晶的樹枝品品軸比較純凈，而枝晶間富集偏析元素。氣體、非金屬夾雜和少量未凝固的鋼水最后凝固時，不能夠全部充滿枝晶間，因而形成一些細小微孔。

鋼材在熱加工過程中，疏松可大大改善．但當鋼錠疏松非常嚴重時、壓縮比不足或空型設(shè)計不當時，熱加]_后疏松還會存在。嚴重的疏松視為鋼材的缺陷。當疏松嚴重時，鋼材的力學性能會受到一定影響。但根據(jù)鋼材使用要求，可以按標準圖片評定鋼材疏松級別。采用提高鋼水純凈度、加快冷卻速度、煉鑄用電磁攪拌和減少枝晶等措施，可以減少疏松。

鋼錠疏松指鋼材截面熱酸蝕試片上組織不致密的現(xiàn)象，如圖《鋼錠疏松金相照片》所示：

在鋼材截面熱酸蝕試片上存在許多孔隙和小黑點，呈現(xiàn)組織不致密現(xiàn)象。當這些孔隙和小黑點分布在整個試片上時稱為一般疏松：集中分布在中心的稱為中心疏松。在縱向熱酸蝕試片上，疏松表現(xiàn)為不同長度的紋，但仔細觀察或用810倍放大鏡觀察，多紋沒有深度。用掃描電子顯微鏡觀察孔隙或條紋，可以發(fā)現(xiàn)樹枝晶末梢有金屬結(jié)晶的自由表面特征。

一般疏松的特征是在整個橫向低倍試片上呈分散的小黑點(暗點)和小空隙。暗點處富集有偏析組元，因而易被腐蝕，呈海綿狀；小空隙呈不規(guī)則多邊形或圓形。

一般疏松的成因既和縮松有關(guān)，也和鋼中氣體夾雜的偏析有關(guān)。通常認為在鋼結(jié)晶時，由于選分結(jié)晶的結(jié)果，先結(jié)晶的樹枝狀晶晶軸比較純凈，晶間則是富集較多偏析組元、氣體和非金屬夾雜物的少量未凝鋼液。這部分較“臟”的鋼液處于周圍樹枝狀晶的包圍之中，有時不能從錠芯大量未凝鋼液得到補充和均勻成分，最后冷卻時，它們沒有全部充滿枝晶間的空隙，形成一些細小孔洞。另外，有些部位即使被它們充滿，但由于含較多雜質(zhì)，低倍檢驗時也易被腐蝕形成暗點或被腐蝕掉而形成空隙，因此說它也與偏析有關(guān)。

一般疏松在鋼中出現(xiàn)比較普遍，是允許存在的缺陷。但是某些重要零件的技術(shù)條件中對它也有級別要求。如若超過所要求的標準，則要判廢或改作其他用途。減少一般疏松有以下兩個途徑：一是快速結(jié)晶，使樹枝晶得不到發(fā)展，偏析減少；二是減少雜質(zhì)，從根本上提高鋼的純度。為此，冶煉與澆注中應(yīng)注意：

1、冶煉中充分去除氣體，去除雜質(zhì)，搞好脫氧。出鋼澆注時防止鋼液二次氧化。

2、根據(jù)鋼材尺寸，選擇適當錠型，既要保證足夠壓縮比，又不要任意加大鋼錠尺寸。

3、根據(jù)不同錠型，選擇適當?shù)臐沧囟群妥⑺伲绕涫且乐垢邷乜熳ⅰ?/p>

中心疏松的特征是在橫向試片上相當于鋼錠的軸心部位，呈現(xiàn)由集中的空隙和小黑點組成的不致密組織，并以空隙為主。由于它出現(xiàn)在鋼材上相當于鋼錠的軸心部位，不是整個截面上，而不同于一般疏松。另外，中心疏松只表現(xiàn)為不致密的組織，并未形成不連續(xù)的孔洞而明顯區(qū)別于縮孔殘余。

中心疏松也叫收縮疏松，它通常出現(xiàn)在縮孔下面、鋼錠的頭部和中部，是鋼錠錠芯最后凝固部分的粗大等軸晶晶軸間沒有鋼液補充而形成的收縮孔隙，同時由于最后凝固部分富有雜質(zhì)，酸蝕時易腐蝕形成海綿狀小黑點。

冶煉時減少氣體、夾雜以及使鋼錠有良好的補縮對防止中心疏松有一定的效果。要指出的是，鋼種和錠型對中心疏松有明顯影響，含碳較高的鋼種會影響鋼的導(dǎo)熱性、流動性。合金元素多的鋼種都比較容易’出現(xiàn)中心疏松。因此，澆注這些鋼種的錠模錐度可適當加大。此外，采用小錠比采用大錠時中心疏松程度要輕得多。

疏松一般通過鋼坯或鋼材的橫向酸蝕試樣檢驗。疏松程度根據(jù)標準評級圖評定，分為1級至5級。疏松破壞鋼組織的致密性，降低鋼的塑性和韌性。對于內(nèi)部致密度要求嚴格的合金鋼及優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，技術(shù)標準規(guī)定疏松應(yīng)小于2級或3級。鋼錠疏松是由于鋼錠凝固過程中某些微小封閉區(qū)域鋼液冷凝收縮得不到填充所致。收縮傾向大的鋼種，疏松程度亦大。疏松通常與偏析伴生。鋼中氣體、非金屬夾雜及硫、磷等雜質(zhì)元素含量高時，疏松程度加重。選擇合理的錠型，提高鋼液的純凈度，控制適宜的注溫、注速，有利于減輕疏松程度。增大鋼錠軋制的壓縮比，可顯著降低疏松評級和減弱其不良影響。 2100433B

鋼錠疏松是由于鋼錠凝固過程中某些微小封閉區(qū)域鋼液冷凝收縮得不到填充所致。收縮傾向大的鋼種，疏松程度亦大。疏松通常與偏析伴生。鋼中氣體、非金屬夾雜及硫、磷等雜質(zhì)元素含量高時，疏松程度加重。

在鑄錠的中部和頭部以及晶界等地方，常有一些宏觀或微觀的收縮孔洞，通稱縮孔?？s孔分為集中縮孔和分散縮孔，集中縮孔多產(chǎn)生在鑄錠的頭部和中部，分散性小縮孔分布在晶界和枝晶間，一般稱為縮松或疏松；肉眼分辨不清的縮孔則稱為顯微疏松。

縮孔的形成一般是在液體金屬由澆注溫度降至凝固溫度的過程中，困其自身的液態(tài)收縮和凝固收縮，在金屬內(nèi)部產(chǎn)生孔洞，此孔洞困種種原因沒能得到補縮，故在最后凝固的地方形成縮孔。因此，金屬的體積收縮率越大，則縮孔也越大。分散性疏松的形成原因與縮孔基本上相同，它是在同時凝固的條件下，在最后凝固的枝晶和晶粒之間，固液態(tài)收縮和凝固收縮產(chǎn)生的孔洞得不到補縮而造成的 。

選擇合理的錠型，提高鋼液的純凈度，控制適宜的注溫、注速，有利于減輕疏松程度。增大鋼錠軋制的壓縮比，可顯著降低疏松評級和減弱其不良影響。

1.防止縮孔、疏松的方法

1)防止鋼錠產(chǎn)生疏松和縮孔的基本原則、是在由下而上地進行順序凝固的條件下，對固液相區(qū)窄的鋼種，適當提高澆溫、并在帽口加保溫劑或發(fā)熱劑，實旋高溫慢注，以增加液體流動性，使其及時補縮，如生產(chǎn)Q460鋼，在鋼包擴容后。鋼水量增加，但生產(chǎn)工藝跟進不及時，致使在澆注時間延長、澆注溫度降得過低的條件下，多次出現(xiàn)鋼錠縮孔，后調(diào)整注溫，該鋼種的鋼錠質(zhì)量才得到改善 對固液相區(qū)寬的鋼種。適當降低其澆注溫度，采用低溫快注，并于帽口處加保溫劑或發(fā)熱劑。加強帽口補縮鋼液的流動性，并防止錠身粗大枝晶粒過多，影響鋼液補縮，而形成縮孔。

2)加晶棱變質(zhì)劑。外力振動也可減少樹枝晶。擴大等軸晶區(qū)，防止搭橋疏松、縮孔現(xiàn)象發(fā)生，提高鋼錠質(zhì)量。

3)合理設(shè)計錠模。適當增加錠模高度作帽口，加強帽口保溫效果。推遲帽口凝固時間，使鋼錠補縮充分，如對P20、40Mn₂、40CrMnMo、40Cr等類型的易形成疏松、縮孔的鋼，在使用≥20t錠型時．采用大帽口澆注。并于帽口部分加發(fā)熱劑或保護渣等。效果顯著，很少有縮孔現(xiàn)象出現(xiàn)。

4)對易產(chǎn)生縮松的大錠．應(yīng)加強精煉效果，使金屬中含氣量和夾雜物盡量減少，并于澆注前對鋼錠模進行烘烤和干燥。

2.減少小疏松和縮孔影響鋼板質(zhì)量的對策

1)鋼錠加熱溫度要均勻，以防局部溫差過大，從而在鋼錠缺陷處產(chǎn)生過多應(yīng)力集中，造成錠身內(nèi)部裂紋，從而加大缺陷級別，影響成品質(zhì)量。

2)防止鋼錠加熱溫度過高和保溫時間過長，使錠身缺陷處晶粒過分長大，從而降低鋼錠缺陷處強韌性，造成軋制時鋼板自缺陷嚴重處拉裂，形成廢品。

3)對已知疏松嚴重的鋼錠，可采用二次成材，開坯工藝可多道次小壓下軋制，減少加工拉裂，并對疏松進行初步壓合；在二次成材軋制時，可對強韌性已有所提高的板坯實行強壓下，進一步焊合內(nèi)部缺陷，以提高生產(chǎn)綜合成材率和產(chǎn)品質(zhì)量。

4)對疏松一般的鋼錠一次成材時，可在軋機能力范圍內(nèi)，實施低速大壓下，從而使變形區(qū)中心部承受較強的三向壓應(yīng)力，以預(yù)防拉應(yīng)力造成拉裂，增加變形滲透，使板料內(nèi)部接觸面積增大，效果深入板厚中心處，從而達到使疏松缺陷閉鎖至最后疏松界面的焊合 。2100433B

疏松程度根據(jù)標準評級圖評定，分為1級至5級。疏松破壞鋼組織的致密性，降低鋼的塑性和韌性口對于內(nèi)部致密度要求嚴格的合金鋼及優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，技術(shù)標準規(guī)定疏松應(yīng)小于2級或3級 。