铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)

铸坯低倍的一些认识和看法

连铸坯低倍是反映铸坯宏观质量的一种非常有效的方法,通过正确的取样、加工和酸洗,观察铸坯横截面或纵截面的宏观组织,检查铸坯截面存在的缺陷是否在允许范围之内,从而以良好的铸态组织交给下一道工序轧制或锻造使用,保证最终产品内外在质量。

低倍另一个用途是了解当前铸机是否处于可控状态。低倍出现不正常的裂纹、偏析、夹渣和缩孔等缺陷,需要认真分析冶炼、精炼和连铸操作工艺和设备状况,及时找出影响因素,使其冶炼和连铸过程的工作质量处于可控之中。

良好的低倍就像连铸机的镜子,很大程度上反映了铸机水平。唐工在钢厂工作中对连铸结晶过程和铸坯传热进行学习实践,不断优化一冷和二冷设计,使铸坯处在可控的冷却之中,生产出来的铸坯低倍质量优良,保证了铸坯的质量,使得轧制的钢材和无缝钢管达到用户满意的程度。当然也有产品质量不良的问题,令人头疼的时候,所以需要不断学习和实践。

这里展现出来的方坯、矩形坯和圆坯低倍,优质的低倍组织受到用户和下游厂家的广泛好评。

1低倍目的

(1) 按照用户协议和相应的标准提供合格的铸坯;

(2)监控连铸生产,发现出现的低倍问题,及时纠正现场出现的问题。

因为低倍是宏观分析,使用肉眼和倍率不大的放大镜来观察,主要针对裂纹、夹渣、气泡、疏松、偏析、缩孔等缺陷进行观察和评级。也可以使用简易的显微镜进行现场观察,对出现的裂纹进行分析,图1所示的就是简易显微镜,使用简单,价格便宜,小巧便携。想想过去我都是携带笨重的小的光学显微镜,现在应该成为文物了。

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(1)

图1左边是夹在手机上拍摄X80显微镜,右边是肉眼直接观察X80显微镜2低倍偏析

由于选分结晶的必然,铸坯内部化学成分呈现非均匀性的分布,不仅仅是微观领域内的偏析,而且在宏观范围也存在偏析,一般来说这种化学成分的偏析特指碳偏析。

我经常说冶金和连铸工程师有一个梦,就是生产出来无偏析无缺陷均匀一致组织和成分的铸坯来,虽然这是一个梦,我们从事冶金和连铸的工程师们都要追求她,尽可能接近她。

一般来说碳偏析严重之地是铸坯的中心部位,环绕着铸坯中心位置伴随着疏松和缩孔,大量非金属夹杂和气体聚集在中心部位,很多文献都指出碳元素在中心部位偏高出现,出现正偏析,即中心部位碳含量高于铸坯的熔炼分析指标。

判断偏析指标一般来说对35#以上的碳含量钢种相关,我在无锡锡兴公司工作的时候,面对一些用户拿来的协议,我都耐心地给与说服,有些用户订购10个碳的钢种,也要求碳偏析指数小于1.1,我给他们解释分母只有10个碳,铸坯和分析误差一个碳就超标了,又规定冶炼碳的指标在4个碳范围内,这就相互矛盾了,经过解释后,特别是国外用户他们与国内的现场工程师和研究人员商量后都能够哈哈一笑接受我的观点。

即使众多文献指出含碳量高的铸坯中心部位碳偏析必然高,但是我做的试验也并非如此,国内一些钢厂和我交流也指出这个问题,所以还是要根据自己钢厂的实际情况来分析,做本钢厂的基础数据,钢厂的工程师们应该有意识来做这件事。

不仅仅铸坯中心夹杂、气体和偏析严重,而且在柱状晶与等轴晶交界之处,唐工称为混晶区的部位也是偏析严重和夹杂多的地方,至少是铸坯中心部位之外的最为严重的地方。我在下面给出使用末端电磁搅拌低倍,明显看到白亮带。这个白亮带就是碳低的区域,就是碳的负偏析。其实只要认真做下去,白亮带下面就是碳的正偏析之处,物质的不灭的,总体的碳元素还是那么多。

对于微观的成分偏析不是低倍试验完成的,比如在树枝晶之间的偏析就是微观分析的范畴了,常规的光谱分析就无能为力。光谱的光斑直径大约在Φ6mm左右,这个范围大大超出了枝晶之间的尺寸了,使用低倍的检验方法,对于枝晶之间浓化的钢水成分产生的不同分析不出来的,只能使用高倍方式来进行检验分析。

微观偏析仍然有尺度的问题,我说过在扫描电镜下使用能谱分析或者是电子探针能够分析极小的非金属夹杂物的成分,在这个尺度上不能说在宏观层面上讲均匀的组织和成分了。

我们说的均匀的成分是指在一定的面积范围内,这个范围的大小必须得到大家的公认,也必须得到世界的公认。在炼钢厂和检验中心广泛使用了光谱分析仪,打点的光斑直径基本上都是标准的,在Φ6~8mm的范围内得出来的成分分析就代表了这个区域的平均成分。我认为在世界冶金界上都遵循了这个俗成约定的规定。即使这样,一般钢厂光谱检验分析也是打三个光斑,然后给出平均数值。

3熔炼分析

熔炼分析是炼钢界普遍使用的交货方式,这个熔炼分析试样是从连铸的中间包内取样得到的棒棒糖样;高碳钢往往是精炼炉结束后取样,这是因为取样器的原因,高碳钢如果经过真空脱气就是脱气后取样。熔炼分析是非常准确的,它代表了一炉钢的平均化学成分,这是可信的。高碳钢的熔炼分析一般在精炼后取样,比如轴承钢的液相线温度为1455℃,在中间包内取样由于钢水温度较低,往往容易取样失败,此时的取样来代表熔炼分析应该在真空脱气完成后,再经过弱吹氩后准备上大包回转台之前取样,此时取样能够代表熔炼分析,而且取样正常。现在好像有了低温取样器。

如果冶炼的钢种不经过真空脱气工序,则在精炼后弱吹氩结束后取样即可。

大包钢水温度和中间包温度相差20-30℃,所以导致低温钢水不易取样。

3成品分析

成品分析是指在钢材上或者钢坯上面的化学成分分析。与熔炼分析有所不同。比如说在连铸坯上面取样分析成分,不能使用一个点的成分来代表整个截面的成分,应该使用铸坯从表面经过中心到另外一个表面的5-7个点的成分分析的平均值来代表铸坯的化学成分,一定要记住。这是因为连铸过程的选分结晶的必然,造成了铸坯在横截面上的成分不均匀,要代表整个横截面的成分只能使用均值的概念了。如果取单点来看成分,只能是看看这个铸坯的成分是否落在规定的范围内,而不能代表该截面的成分,更不能代表整个这炉钢的平均成分,但是可以肯定的是这个子样数据需要是落在协议或者标准范围内的。

4中间疏松

有些学者存在不同的看法,认为中间疏松和偏析在柱状晶上,可能他们不是经常看低倍组织,甚至没有自己亲手来做低倍试验。我经过长期的实践,观察到的结果是,中间疏松和中间偏析绝大部分发生在中间区域,也就是等轴晶区这个部分。我记得有一次在一家非常大的钢铁公司交流谈到这个问题时候,他们提出来他们的铸坯低倍非常好,没有疏松和偏析,我马上就说那肯定是20钢,当然没有疏松了,就是有也仅仅是0.5级。一问果然如此,如果生产中碳钢和合金钢,低倍表现的组织就大不相同了,我提出来中间部位的等轴晶区越大,出现中间疏松和中间偏析的几率就越大,特别是碳含量超过0.3%以上,锰含量超过1.2%以上的钢种尤其明显。

图2表明了10钢的低倍,柱状晶已经穿晶了,中间很小的区域内是等轴晶区,疏松就发生在这个区域内。我的评级就是中间疏松是0.5级。明显看到柱状晶部分是非常干净的,没有疏松形成的麻点。

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(2)

图2低碳钢的低倍组织

再来看图3这个低倍,非常精美,中间的等轴晶区比较大,也是很难得的,可以看到表面的激冷层。激冷层、柱状晶区、等轴晶区都非常明显,低倍非常完美,中间疏松就是0。展示的目的就是给大家说明低碳钢也就是成分比较单纯的钢,其中间疏松是很小的,甚至为0,但是要说明的是很难得到这样的10号钢低倍组织,即使在相同的条件下生产,往往得出不一样的组织,需要我们去认识自然界的神奇、

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(3)

图3优质钢10钢低倍

图4是Φ280mm圆坯S48C的铸坯低倍,平均碳含量达到了0.48%,想不出现等轴晶区都难,可以明显观察到等轴晶区、混晶区和等轴晶区。

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(4)

图4 S48C钢低倍

图5是一个合金钢低倍,碳含量是0.29%,铬含量3.18%,可以明显观察到中间疏松,也是非常明显的等轴晶区,这个疏松就是1.5-2级,不可避免,就是我说的选分结晶的必然产物。在柱状晶区的部分是没有疏松的,都集中在等轴晶区。

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(5)

图5合金钢低倍组织5疏松

钢水冷凝过程,由于树枝晶枝晶间的钢液得不到及时补充,而形成的富含着气体、夹杂、偏析组元的一些组织不很致密的孔隙,这就是疏松。疏松就是一些显微缩孔,其形成机理与缩孔类似。

连铸圆坯冷却方式采用急冷,所以坯料的致密度远不及缓冷的模铸锭。

在铸坯上取拉伸试样,等轴晶区可见一些小的显微缩孔,见图6~7。

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(6)

图6等轴晶区小的显微缩孔100×

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(7)

图7等轴晶区(靠柱状晶区)小的显微缩孔形貌200×6等轴晶区

我提出来等轴晶区需要碳含量和合金含量达到一定程度时候必然出现,看液相线温度和固相线温度的差值,如果差值小,柱状晶发达,等轴晶区小,甚至穿晶;如果差值大,等轴晶区就大,中间疏松就有了存在的空间了。

比如10钢和20钢液相线温度和固相线温度的差值约为60℃,低倍没有表现出来发达的等轴晶区,中间疏松的级别很小,就是0-0.5级。但是中碳钢和合金结构钢的这个差值超过了100℃,表现出来的等轴晶区就大,等轴晶区越大,往往对应的中间疏松就大。

看来碳含量的提高和合金含量的加入造成了等轴晶区,理论界往往宣传等轴晶区越大越好,但是等轴晶区大对应的疏松级别就大这个矛盾要解决。方法就是使用末端电磁搅拌和轻压下,那就是另外的讨论范畴了。

对于等轴晶区究竟多大,很多技术协议给定的是百分比。我再次强调一下,这是指长度方向的百分比。

方坯:方坯指从方边中心部位测量等轴晶区的长度,然后除以方边测量长度,这个比例就是指等轴晶区的百分比。

圆坯:指通过圆心的直径方向测量等轴晶区的长度,然后除以圆坯的外径,这个比例就是指等轴晶区的百分比。

矩形坯:指通过宽面方向中心部位测量等轴晶区的长度,然后除以宽面厚度方向距离,这个比例就是指矩形坯等轴晶区的百分比。等轴晶率=(1-(2δ)/a)*100,需要注意的是我这里指的是宽面,如果从窄面计算就不同了。因为b比a要大,随着宽高比增大,这个数值增加,造成计算等轴晶率就大。

低碳钢由于比较纯净,液相线温度和固相线温度差别比较小,表现出来的等轴晶区是很小的,甚至没有,上面低碳钢低倍明显看到,甚至穿晶,等轴晶区为0。我看过很多技术协议都写了低碳钢要求使用电磁搅拌后等轴晶区要达到40%以上,这是不可能事件。

中碳钢和合金结构钢就具备了较大的等轴晶区的条件,在一定的过热度情况下,是可以达到40%的等轴晶区的。

使用末端电磁搅拌的铸坯可以看到明显的白亮带,其实白亮带内部就是等轴晶区,这样测量是比较明显的。

可以根据白亮带来测量等轴晶区,图8的φ450mm圆20MnG的等轴晶区就是53%。

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(8)

图8 φ450圆坯20Mn白亮带

图9是220*260mm矩形坯,钢种20G,使用了末端电搅,参数为:拉速0.85m/min ,中间包钢水温度1541℃,结晶器进出水温差7.3℃,末端电搅电流353A,10Hz。中间疏松0.5级。

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(9)

图9 20G钢220*260低倍白亮带

从图9可以看出等轴晶率为30%。如果不使用末端电搅不会有这么大的等轴晶率的。

图10是220*260矩形坯,钢种为30Mn2,末端电流180A,10Hz。中间包温度为1531℃,拉速为0.9m/min。从测量来看不管是从宽面还是窄面基本上都是41%的等轴晶率。

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(10)

图10 30Mn2管坯钢220x260酸洗低倍

图11是220*260矩形坯,钢种为30Mn2,末端电流200A,10Hz。中间包温度为1528℃,拉速为0.9m/min。从测量来看不管是从宽面还是窄面基本上都是41%的等轴晶率。

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(11)

图11 30Mn2管坯钢220x260酸洗低倍

通过这两个连铸坯低倍的比较,在同样的钢种情况下,出现白亮带,不管电搅电流的大小,等轴晶率是一致的。当然这个试验建立在相同的线圈位置上的,如果线圈位置不同也将出现不同的白亮带,造成等轴晶率不一致。

7 中间裂纹

裂纹位于圆坯的中部,裂纹处树枝晶发达,在裂纹处加工拉伸试样,采用拉伸的方式将裂纹打开,并用SEM对中部裂纹进行观察。

中间裂纹处可见原始结晶表面,上面有一些非金属夹杂。中部裂纹的宏观和微观形貌分别见图12~16。

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(12)

图12连铸圆坯中部裂纹

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(13)

图13中部裂纹的断口形貌31×

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(14)

图14中部裂纹的断口形貌(二次电子像)101×

可见原始结晶表面,上面有一些非金属夹杂。

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(15)

图15中部裂纹原始结晶表面上的夹杂物(背散射电子像)500×

A点成分为Ti、V、N、C;B点成分为Mn、S;C点成分为Ti、Mn、S、N、C。

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(16)

图16中部裂纹原始结晶表面上的夹杂物(背散射电子像)50×

T所示的区域存在夹杂,主要含Ti、V、N、C等元素。

8晶间裂纹

裂纹位于圆坯距表面约30~40mm的区域,在裂纹处加工拉伸试样,采用拉伸的方式将裂纹打开,并用SEM对晶间裂纹进行观察。

晶间裂纹处可见若干个断续的原始结晶表面,并连成一片。晶间裂纹的宏、微观形貌分别见图17~20。

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(17)

图17连铸圆坯晶间裂纹

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(18)

图18晶间裂纹处断口形貌 9×

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(19)

图19晶间裂纹处断口形貌40×

图19可见断续的光滑原始结晶表面。

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(20)

图20晶间裂纹处断口形貌150×

图20原始结晶表面上可见一些非金属夹杂。

9选分结晶

合金结晶过程中,结晶出的固相与共存液相的成份不同,这种结晶称为选分结晶。选分结晶过程中,为了满足不同温度下两相平衡共存的成份要求,不同温度下、液相成份沿液相线变化,同时固相成份沿固相线变化。成份的变化、调整是靠原子的扩散来完成的。而纯金属在结晶过程中,固相和液相的成份始终是相同的。

匀晶系的不平衡结晶。在实际生产过程中,液态合金浇入模腔后,冷却速度比较大,达某一温度时,扩散过程尚未来得及充分进行温度已经继续下降,所以不可能按照相图所指示的温度和成份的平衡变化规律进行,此过程称为不平衡凝固过程。

非平衡凝固时固相的平均成份线与平衡结晶的固相线出现了偏离,冷速越快,这种偏离程度就越大。这种不平衡结晶,使固溶体先结晶部分与后结晶部分的成分出现了差异。不平衡结晶的固溶体内部富含高熔点组元,而后结晶的外部则富含低熔点组元,这种在晶粒内部出现的成份不均匀现象称为晶内偏析。如果固溶体是以树枝状结晶并长大的,则枝干与枝间便会出现成份差别,称为枝晶偏析。

晶内偏析对合金性能有很大影响,严重的晶内偏析会使合金强度降低,特别是使塑韧性下降,晶内偏析也使合金的耐蚀性降低。另外,存在严重枝晶偏析的材料,高温加热时,在温度还未达到固相线时,便会出现枝晶溶化。

为了降低晶内偏析程度和消除晶内偏析,生产上一般是将铸件加热到低于固相线100-200℃,进行长时间保温,使偏析元素充分扩散以达到均匀化目的。这种热处理工艺称为扩散退火或均匀化退火,对于Cu-Ni合金,经过退火后枝晶偏析已经消除。

但是对于钢铁产品我们采用缓冷的措施对于偏析元素的成份扩散是否有利,好像用处不大,只有重新加热才能消除偏析。缓冷铸坯主要是减小铸坯冷却过程中的内应力。

如果是碳素钢,没有中间相的析出,N就以间隙固溶体存在钢中,对钢产生影响,从生产高碳钢来看,80ppm就是一个门槛,如果大于这个数值在拉拔过程中一定出现杯锥状断口,从国内生产的高碳钢线材盘条来看,都是要将N控制在80ppm以下。

钢中形成TiN析出物,这个析出物呈现尖角,而且硬度非常高,对疲劳寿命产生影响。对于高碳钢来说也是如此。

铸坯凝固末端附近的区域都处于两相区,未凝固的钢水存在于树枝晶间隙中。钢中常见的合金元素的平衡分配指数都小于1,在选分结晶的作用下,枝晶间钢水合金元素含量很高,随着固相分数的增大,钢水合金元素含量继续增高,理论上枝晶根部的钢水碳含量可以达到0.5%。如果两相区钢水没有发生流动,浓化的钢水主要在晶界处形成微观偏析,不会引起严重的宏观偏析。如果两相区的浓化钢水发生负吸入向液芯深处汇集,形成完全由浓化钢水组成的局部液相区,会产生严重的中心偏析;如果两相区受压使得浓化钢水流回液相区,受压区域树枝晶所占体积分数增大,局部合金元素含量减少,宏观偏析减轻,减轻的程度与浓化钢水流出的比例有关。因此铸坯凝固末端的钢水流动状态是影响中心偏析的主要因素。轻压下的作用就是通过影响凝固末端的钢水流动来减轻中心偏析的。

唐工对偏析现象认识是不足的,写出来给大家参考。

10试样酸洗10.1酸蚀试样的简单原理

酸蚀试样的腐蚀属于电化学腐蚀范畴。由于试样的化学成分不均匀,物理状态上的差别,各种缺陷的存在等因素,造成了试样中许多不同的电极电位,组成了许多微电池。微电池中的电位较高的部位为阴极,电位较低的部位为阳极。阳极部分发生腐蚀,阴极部分不发生腐蚀,当酸液加热到一定温度时,这种电极反应更加速进行,因此加快了试样的腐蚀。

10.2热酸腐蚀时间和温度

热酸腐蚀对显示的结果有很重要的影响。温度过高,侵蚀剧烈,酸液容易挥发且试样被整体腐蚀,降低了对不同组织和缺陷的鉴别能力。温度过低,则反应迟缓,侵蚀时间要延长,因此,对不同的钢种,有其不同的侵蚀温度和时间。

热酸的温度一般控制在70-80℃为宜。

侵蚀时间要根据钢种、检验要求和试样加工表面粗糙度来确定。一般来说,低碳钢的侵蚀时间可以短一些;高碳钢时间长一些。对于合金钢要根据实践来确定,比如20CrMo到42CrMo的合金结构钢的腐蚀条件和低碳钢一致就可以,问题就是高碳钢的腐蚀比较困难,需要的时间长,而且往往不能看到明显的柱状晶和等轴晶区。

检验一般的低倍组织和缺陷,试样加工面精度可以适当放宽,比如使用车床、刨床和铣床加工即可,但是需要的腐蚀时间相对来说要长一些,在冷酸侵蚀下需要20-40分钟,甚至在酸液浓度不够情况下需要一个小时。但是对于细微的低倍组织和缺陷,试样的加工面粗糙度要小,比如粗糙度是至少要达到Ra0.6μm以下,这就需要上平面磨床,加工到位侵蚀的时间适当可以放短一些。试样表面加工的越精细,侵蚀后的效果就越好。若试样加工粗糙,则钢中存在的微小缺陷不易显示,使整个试样面上的宏观组织不能得到全面的反映。

10.3电解酸洗腐蚀

电解酸洗腐蚀不同于热酸腐蚀和冷酸腐蚀,其操作简单,酸的挥发性小和空气污染小,适用于生产钢材和铸坯工厂的大批量大型试样试验。

钢在电解液中的腐蚀过程,实际上也是一种电化学反应,从本质上讲,由于钢材在结晶时产生的偏析、夹杂、气孔、组织上的变化及析出第二相等,使得金属表面各部分的电极电位不同,因此在电解液中这些不均匀性便构成了一种复杂和多级的微电池,其反应如同试样在盐酸溶液中的腐蚀过程一样。其差别只是试样在外电压的条件下,试样面上各部位的电极电位有了改变,试样面上的电流密度也随之改变,这样便加快了腐蚀速度,达到了电解腐蚀的目的。

10.4电解腐蚀法和热酸腐蚀法的差别

电解腐蚀法主要用于工厂大批量试样的检验,而热酸腐蚀法主要用于小批量试样,试样不论大小均可进行试验。

热酸腐蚀法为了使金属受蚀过程加快,一般要求升高酸液的温度和增加酸液的浓度。但过高的温度会降低氧在酸中的溶解度,使化学过程中的吸氧反应收到阻碍,金属的腐蚀就会变慢。因此对某些耐蚀钢作热蚀时,需要在酸液中加入硝酸和强氧化剂。

电解腐蚀法在一定外加电压下,试样各部位的电极电位有了改变,试样的腐蚀速度主要取决于试样面所受电流大小。当试样面上的电流密度较大时,其腐蚀速度加快。试样经电蚀后的结果与热蚀后的结果相同,只是宏观组织反差小些。因此,电解腐蚀法有省时、省酸、操作条件好等优点,但显示宏观组织清晰度略差些。

电解腐蚀法比热蚀腐蚀法的酸液使用周期长,一般热酸液使用5次后,就要添加新鲜酸液,而电解腐蚀法的酸可连续使用。并且热酸腐蚀溶液使用后有金属盐析出,导致了酸液浓度降低。

电解腐蚀中试样面有局部不受腐蚀的现象,这种情况可能是试样面与电极板放置的方向有关,使得电蚀效果变差。在实际操作中,为了消除腐蚀程度的差别,可将试样旋转一定的角度再做电蚀。

但是我在雪丰的时候没有发现这个现象,都是和电极钢板平行放置的,主要还是加工质量、酸的浓度和酸洗的时间有关。

当然在生产45钢以上的产品时候,这种电解腐蚀法就不容易看出柱状晶和等轴晶了,我推荐在生产高碳钢时候使用热酸洗来腐蚀。

图21这是邯郸永洋生产的U71Mn重轨钢,铸坯的规格是230*280mm,平均含碳量就是0.71%,锰含量达到了1%。他们没有使用磨床,但是从精加工上来看效果不错,酸洗的效果也是可以的。如果使用磨床精加工,侵蚀效果将更好。使用的腐蚀法就是电解腐蚀法。

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(21)

图21重轨钢230x280低倍11低倍取样

低倍试样究竟在哪里截取,这是大家争论较多的一个话题。有的钢厂为了方便,就直接在火焰切割机上取样,火焰切割机不完全切割断,保留很小一段随着铸坯拉出来到辊道上,人工将其切断。见图22。

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(22)

图22现场红坯火焰切割取样

这样就产生了一个问题,当生产合金结构钢时候,由于合金推迟相变,造成在空冷的条件下就可以形成马氏体组织,在空冷的条件下相变应力和温度应力的共同作用,往往造成了试样的开裂,形成了低倍中间裂纹。

图23是我在锡兴公司生产180方坯33Mn2V时候高温取样的结果,该试样经过加工和酸洗后呈现出横向裂纹,我当时判断是取样不当形成的内应力过大造成的结果,在随后的缓冷铸坯上重新取样,酸洗后的低倍试样呈现正常状态。

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(23)

图23火焰切割33Mn2V低倍试样形成的裂纹

雪丰钢铁公司的试样截取是在铸坯充分缓冷后,吊运一根铸坯到专用的切割机前的辊道上,去掉热影响区的端部,大约20mm,然后在锯切约20mm厚度的低倍试样,此时一定注意锯床带有冷却液,充分带走锯切时候产生的热量。我曾经处理无缝钢管厂家使用圆盘锯分段铸坯,由于没有冷却液,他们切割下来的试样在锯片高速摩擦下积累大量热量,试样温度非常高,酸洗后的试样同样裂纹严重,经过协商后采用带冷却液方式切割,结果正常。

低倍的目的是反映母材的组织结构,所以试样也是要与缓冷的铸坯有相同的条件。对于碳含量较低的优质碳素钢来说,使用火焰切割机问题不大,对于中高碳钢和合金结构钢就要注意取样的方式,避免形成取样裂纹,造成对整个炉号的铸坯误判。从图24~25就可以了解试样切割机的截取方式和设备状况。

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(24)

图24大断面铸坯低倍试样切割机

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(25)

图25大断面铸坯低倍试样切割机辊道

低倍试样究竟要切割多少厚度。这个问题的解释为:

(1)加工的要求:低倍试样切割后需要加工处理,一般使用车床或者铣床粗加工,这就需要卡盘将试样固定,固定使用需要15-20mm的厚度才能保证车床卡盘将其安全固定,从而进行正常的切削加工。主要需要两个面都要加工,保持试样的平行度,这样才能在随后的平面磨上得到良好的磨削面,为酸洗创造条件。

(2)酸槽放置的需要:大工业生产酸洗槽内需放置多个试样,需要将试样立起来放置,这样才能保持多个试样同时酸洗。试样立放必须有一定的厚度,所以需要试样具有15-20mm的厚度。见图26。

铸坯线性收缩(铸坯低倍的一些认识和看法)(26)

图26电解腐蚀法酸洗槽

我在无锡雪丰钢厂工作的时候做了大量的低倍,参与了各个钢种的冶炼、精炼和连铸,截取的低倍具有连铸生产的参数和化学成分,我相信对钢厂具有一定的参考价值。良好的低倍一定要带有连铸参数和成分数据,这样的低倍才能说话,否则仅仅是一副图画。

唐杰民

2020年6月整理

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