連鑄坯皮下網(wǎng)狀裂紋缺陷成因及改進(jìn)

楊學(xué)勇

(攀枝花天譽(yù)工程檢測(cè)有限公司,四川攀枝花617023)

連鑄坯皮下網(wǎng)狀裂紋缺陷成因及改進(jìn)

楊學(xué)勇

(攀枝花天譽(yù)工程檢測(cè)有限公司,四川攀枝花617023)

通過(guò)無(wú)損、金相、電鏡和化學(xué)成分分析等檢測(cè)手段確定了一種少見的連鑄坯皮下網(wǎng)狀裂紋缺陷的成因,并針對(duì)性的提出了改進(jìn)建議。經(jīng)分析確定,缺陷連鑄坯凝固殼較薄且不均勻是產(chǎn)生皮下網(wǎng)狀裂紋的主要原因。根據(jù)分析結(jié)論建議在連鑄段降低注溫,限制鑄速,并采用合理的冷卻制度,可以獲得較厚的由細(xì)小等軸晶組成的凝固殼,從而改善鋼的高溫力學(xué)性能,降低開裂敏感性。

凝固殼;皮下網(wǎng)狀裂紋;缺陷

1 引言

鋼廠的生產(chǎn)過(guò)程中,消除鑄坯缺陷,提高鑄坯質(zhì)量,一直是冶金工作者主要研究的課題之一。筆者在工作中在YQ450NQR1材質(zhì)的連鑄鋼坯上發(fā)現(xiàn)了一種較為罕見的連鑄坯皮下網(wǎng)狀裂紋缺陷,通過(guò)分析確定了該缺陷的產(chǎn)生原因,并提出了相應(yīng)的改進(jìn)對(duì)策。

2 檢驗(yàn)分析

2.1 磁粉檢驗(yàn)

在線監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)YQ450NQR1材質(zhì)的連鑄鋼坯出現(xiàn)報(bào)警缺陷,在現(xiàn)場(chǎng)取樣后,通過(guò)連續(xù)法非熒光磁粉濕法檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)連鑄坯皮表面及2mm的近表面大面積的網(wǎng)狀裂紋。

根據(jù)磁感應(yīng)線特征,連鑄坯皮下如果存在裂紋等缺陷,磁感應(yīng)線沿磁阻最小的路徑通過(guò),而采用的設(shè)備名稱為HG-CT-II多用磁粉探傷儀其中的旋轉(zhuǎn)磁頭,交流電集膚效應(yīng)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),便能發(fā)現(xiàn)連鑄坯表面及2mm近表面缺陷。設(shè)備原理見圖1。

圖1 交叉磁軛原理圖

2.2 宏觀檢驗(yàn)

后在現(xiàn)場(chǎng)取樣的試樣上平行于鑄坯表面切取了一件分析用試樣,切開面上一側(cè)有密集的網(wǎng)狀沿晶裂紋,缺陷位置對(duì)應(yīng)于鑄坯角部位置,試樣的宏觀形貌如圖2所示。圖中圈示位置為裂紋的集中區(qū)域,裂紋在距側(cè)邊20mm至90mm范圍內(nèi)均有分布。在體視顯微鏡下觀察沿晶裂紋的形貌見圖3,網(wǎng)狀沿晶裂紋內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)殘留的夾雜物,裂紋附近也未見孔洞疏松等冶金缺陷。

用帶鋸鋸取人工斷口試樣并在彎曲試驗(yàn)機(jī)上壓斷,制備的人工斷口在體視顯微鏡下的典型形貌見圖4。圖4中人工斷口打開面的舊斷口區(qū)顯示附有銹斑的沿晶狀的枝晶,新斷口區(qū)顯示細(xì)小解理刻面。左邊有凝固殼的斷口而右邊的柱狀晶幾乎從表面開始形成。新斷口區(qū)接近鑄坯內(nèi)弧表面,可以判斷沿晶裂紋均位于皮下,未與鋼坯表面連通。從斷口形態(tài)上判斷,鑄坯表面的凝固殼層厚度較薄且不均勻。圖5為人工斷口試樣未變形部分側(cè)面的裂紋區(qū)域低倍形貌。圖5上部為鑄坯自由表面,裂紋起源于柱狀晶區(qū)的形貌,凝固殼非常薄,裂紋已接近表面。

圖2 缺陷位置的宏觀形貌

圖3 體視顯微鏡下的缺陷形貌

2.3 化學(xué)成分分析

在試樣上取樣送直讀光譜確定化學(xué)成分,并對(duì)比YB/T 5182-2006中的規(guī)定值,錄于表1?；瘜W(xué)成分分析結(jié)果顯示送檢試樣的化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn)的要求值。

2.4 掃描電鏡斷口檢驗(yàn)

人工斷口試樣經(jīng)超聲波清洗后,置于掃描電鏡下觀察其斷口面。斷口的SEM形貌如圖6,照片上部是凝固殼,長(zhǎng)方形的小平面是柱狀晶的斷口。對(duì)照掃面電鏡下的標(biāo)尺可判斷其初始的凝固殼是很薄的,只有1.5mm左右且非常不均勻,照片左側(cè)的凝固殼較右側(cè)薄。另外掃描電鏡下觀察可見,斷口上夾雜物稀少,沒(méi)有皮下氣泡等冶金缺陷。

圖4 人工斷口面的低倍形貌

圖5 側(cè)面裂紋區(qū)域的形貌

表1 化學(xué)成分分析結(jié)果

圖6 人工斷口試樣凝固殼層與柱狀晶起始部位的斷口形貌

2.5 金相檢驗(yàn)

在人工斷口試樣上未發(fā)生變形的區(qū)域分別截取平行于鑄坯內(nèi)弧面的金相試樣和垂直于內(nèi)弧面的金相試樣。平行于鑄坯內(nèi)弧面試樣的裂紋位置拋光態(tài)形貌顯示裂紋的沿晶形貌。裂紋內(nèi)部填充大量氧化鐵,但無(wú)論是裂紋內(nèi)部還是裂紋附近均未見夾雜物分布,如圖7。腐蝕態(tài)下試樣的基體組織為鐵素體+少量珠光體,裂紋附近無(wú)脫碳也無(wú)夾雜物分布,裂紋沿粗大的凝固晶界分布,如圖8。裂紋未開裂的尖端多有細(xì)小的鐵素體晶粒沿晶界分布,這種細(xì)小的鐵素體是由于鋼坯凝固過(guò)程中,雜質(zhì)元素在枝晶間聚集,形成了較多的鐵素體形核質(zhì)點(diǎn),冷卻后形成的細(xì)小鐵素體組織,如圖9。垂直于內(nèi)弧面的金相試樣腐蝕態(tài)形貌顯示試樣凝固殼層厚度不均勻,較厚處約1.4mm,較薄處基本沒(méi)有凝固殼層,與前述低倍及掃描電鏡檢驗(yàn)結(jié)果一致,如圖10。

圖7 裂紋位置的拋光態(tài)形貌

圖8 圖7位置的腐蝕態(tài)形貌

圖9 圖8中試樣裂紋附近區(qū)域的局部放大

3 分析及討論

通過(guò)金相檢驗(yàn)和人工斷口形態(tài)觀察,都顯示連鑄坯凝固殼太薄,且厚度不均勻。在凝固殼較厚的區(qū)域未發(fā)現(xiàn)裂紋,而在凝固殼很薄的區(qū)域,觀察到裂紋沿平行于柱狀晶晶粒之間的弱界面向內(nèi)長(zhǎng)大。在結(jié)晶器出口處,鑄坯沒(méi)有獲得最小凝固殼厚度,就不能承受液芯的靜壓力和外加的彎曲應(yīng)力的作用,因此沿柱狀晶的弱界面裂開呈網(wǎng)狀形態(tài)。

圖10 表面凝固殼層的金相腐蝕態(tài)形貌

4 結(jié)論

(1)通過(guò)分析確定連鑄坯的皮下網(wǎng)狀裂紋是由于坯殼較薄且不均勻造成的。

(2)降低注溫,限制鑄速,并采用合理的冷卻制度,可以獲得較厚的由細(xì)小等軸晶組成的凝固殼,從而改善鋼的高溫力學(xué)性能,降低開裂敏感性,消除這類裂紋。

[1] 耿明山,王新華,張炯明等.連鑄坯表面氣孔缺陷研究[J].鋼鐵,2010,45(1):46-50.

[2] 李延生,連鑄坯缺陷的成因及防止對(duì)策[J].煉鋼,1998,3:55-58.

[3] 田玉偉,蘇崇濤.連鑄坯缺陷的研究[J].本鋼技術(shù),2004,1:35-39.

[4] 隋曉紅,謝廣群,劉明等.連鑄坯中心偏析和疏松缺陷在軋制過(guò)程中的形態(tài)演化[J].理化檢驗(yàn),2009,45(11):661-664.

[5] 宋志哲,磁粉檢測(cè)(第二版)[M].中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社,北京.2007:9-95.

The Causes of Continuous Casting Billet Subcutaneous Net Cracks Defects and Improvement

YANG Xue-yong
(Panzhihua Tianyu engineering detection Co.,Ltd.Panzhihua 617023,Sichuan,China)

Through the analysis of nondestructive testing,metallographic,SEM and chemical analysis methods,the cause of a rare subcutaneous net cracks defects of continuous casting billet is determined,And the suggestions for improvement is put forward.Determined after analysis,defect of continuous casting billet solidification shell is thin and uneven is the main cause of subcutaneous net cracks.According to the conclusions,suggestions to reduce the injection temperature in continuous casting section,limit the casting speed and reasonable cooling system,could obtain consisted of fine equiaxed solidification shell is thick,so as to improve the high temperature mechanical properties of steel,reduce the cracking sensitivity.

solidified shell;subcutaneous net crack;defect

TF777.1

:A

1001-5108(2015)05-0025-04

楊學(xué)勇,工程師,主要從事無(wú)損探傷及工業(yè)管道缺陷診斷技術(shù)工作。