钢坯缺陷产生机理及预防措施

钢坯缺陷产生机理及预防措施

刘营

河钢股份有限公司承德分公司河北省承德市067000

摘要：钢坯在生产过程中产生许多缺陷，导致钢坯的后续产品存在质量缺陷。这样即浪费了大量的人力、物力，又浪费了大量的燃料。本文基于此基础，对钢坯中的缺陷产生机理进行研究，并结合生产经验，提出预防缺陷的方法，以提高产品质量，节约能源，提高生产率。

关键字：钢坯缺陷；产生机理；预防措施

1钢坯缺陷种类与产生机理

钢坯的缺陷分内部缺陷和外部缺陷。钢坯的内部缺陷有内裂、缩孔、中心疏松、中心夹杂、（或中心夹渣）皮下气泡。钢坯的外部缺陷有横裂，纵裂、角裂、龟裂、接痕、脱方、扭曲等。钢坯的外部缺陷都表现在钢坯的外部，肉眼可见相对容易发现。

钢液进入结晶器以后，首先与结晶器壁接触，激冷产生激冷层，由于激冷层冷却强度大，形成了基本无选份结晶的细等轴晶粒，细等轴晶粒的特点是成份均匀一致，晶粒细小，机械性能优越。激冷层形成后，由于体积收缩，坯壳将与结晶器内壁形成缝隙，由于缝隙的产生，气体和保护渣进入，并充满。

由于在热传递中增加了空隙和保护渣层的传热过程，使得整个结晶冷却过程变缓，冷却最佳的是垂直于结晶器方向，由于冷却（传热）减缓，使其选份结晶成为可能，并成为结晶的主要形式，随时间推移，结晶最为优越是垂直于结晶器表面的方向结晶，形成柱状晶的主干。在垂直于主杆的方向形成次生的柱状晶，在分支的垂直方向又生产出了三次柱状晶，直到次生和三次柱状晶充分生长填满整个空隙，这样就在每个柱状晶前沿，由于选份结晶的结果，聚集了许多夹杂（SiO2、Al2O3、MnO、S、P、〔N〕、〔O〕、〔H〕），在整个结晶过程中伴随着热的散失和温降，并聚集了大量的夹杂，具备了同时结晶的条件，这时将在钢坯中心，最后瞬间凝固，形成了粗大的等细晶带，由于粗大的等细晶互相之间相互支撑，使其铸坯中心较为疏松，具备了同时结晶的条件，这时将在钢坯中心，最后瞬间凝固，形成了粗大的等细晶带，若这时二冷水配用不当，液体钢水不能充分充填，将产生中心疏松以及缩孔。由于柱状晶间也存在着大量富集结晶而滞留的夹杂，使得柱状晶之间的结合力或强度不足，当二冷水冷却不均时，将产生柱状晶间拉裂，产生裂纹（内裂）。

2连铸工序对铸坯质量的影响

2.1一冷水水质

连铸一冷水十分主要，通常人们把它喻为连铸机的血液，由此可知，一冷水水质对连铸的重要性，一冷水的水质对连铸的影响表现为四方面：一是冷却水水质关，不达标的一冷水，必然导致一冷水水管道和结晶器水缝结垢，使其原设计结晶器的冷却强度，达不到要求，结晶器带走的热量减少，铸坯整个结晶过程发生了变化。坯壳过薄，表面和内部缺陷增加，铸坯质量恶化，出现脱方、内裂、中心疏松。二是由于结垢，铜管冷却效果差，使及铜管温度升高，耐磨性变差，铜管寿命下降。三是由于结垢坯壳薄，连铸坯一出结晶器就出现纵裂，严重时出现漏钢事故。

2.2二冷水

一般来说，在连铸中要求二冷水要均匀冷却，并根据不同钢种和不同拉速由人和设备自动调整二冷水量，如果二冷水表使用不当，可能导致铸坯在二冷室冷却过强或过弱，过强的二冷水会使钢坯在二冷室温度下降增快，使钢坯液芯凝固加快，出现中心疏松缩孔等缺陷，另外由于二冷水过强会使钢坯温度降低，增加拉矫机拉矫力，严重时出现冻坯事故，不均匀的二冷水还会造成铸坯变弯曲或扭曲，加剧质量缺陷。过弱的二冷水使铸坯表面温度升高，液芯存在时间长，选份结晶充分，内部缺陷加剧。

2.3振动

当连铸机振动故障，一是结晶器内部液面偏溢坯壳高度不一致，造成卷渣影响到表面质量，另外结晶器振动故障会引起钢坯横裂、角裂的缺陷，严重时钢坯会出现断裂。判断结晶器振动故障的方法是，出现质量缺陷的一边，并不是结晶器振动故障点，故障点恰恰在没有缺陷的一边。

2.4保护渣

连铸保护渣是保证结晶器内坯壳生成、冷却、生长过程中热传导、铸坯与结晶器之间的润滑，铸坯正常脱模，保证铸坯表面质量的主要工艺措施，不同钢种对保护渣有不同的要求，其主要指标是碱度，熔点，铺展性。

3缺陷分析及控制措施

3.1折叠

产生折叠的主要原因是成品之前的轧件有耳子，其次，在轧制过程中各个道次所产生的飞边、严重的刮伤，以及辊环破坏、辊槽严重磨损等情况，都可以使成品表面产生折叠；另外，如坯料存在严重缺陷，清理不当也可能造成折叠。因此，减少或避免折叠的主要措施有：合理设计孔型，准确估计宽展，精确调整辊槽和导卫位置，减轻或消除成品前轧件的耳子、飞边、刮伤等缺陷，仔细清理坯料表面的严重缺陷。

3.2结疤

棒材结疤缺陷的产生与铸坯原始表面质量、轧制操作、轧后头尾剪切及设备状态等密切相关。结疤缺陷虽然形态各异，但相对于裂纹、折叠等隐性缺陷，属于较为直观的缺陷，易于分析和定位其产生环节。

小结疤缺陷是在涡流探伤后发现的，回查当时的生产条件发现：该批钢材因除鳞水碱度过高，造成除鳞喷嘴堵塞，除鳞效果不佳，表面氧化铁皮残留较多，一些粘连在钢坯表面的氧化铁皮轧后即在钢材表面出现不连续的小结疤；此外，还会造成大量的麻坑缺陷。因此，保证除鳞水水质、定期清理和维护喷嘴可减少该类缺陷。

结疤缺陷多产生在钢坯头尾部，是连铸坯火焰切割产生的火切残余物在轧制过程中粘附在钢材头尾部位，进行头尾剪切时未完全切净产生的。因此，连铸坯分定尺切割时需保证切割质量，尽量减少残留物。使用助燃剂等补充火焰切割枪的熔断能力、轧后适当增加切头尾长度是控制此类缺陷的有效措施。

3.3划伤

钢材表面划伤完全是一种加工缺陷，划伤漏检可能造成用户使用过程中的表面开裂，尤其是用户冷镦使用时危害更大，往往造成批量性废品。其主要产生于钢材轧后的输送辊道及通道侧壁部位。由于辊道轴承抱死、铁皮等异物卡死导致辊道停止转动，通道侧壁立辊调整不当或连接处突出，这些不动的硬点与运动着的红热钢材相接触即产生划伤，这种划伤往往较浅，如图７所示；另外还有一种较为严重的划伤，是产生于轧机入口导卫夹板及出口导管处，由于导卫导管安装或对中不当，钢材经过时产生划伤。要杜绝划伤需要从设备定检维护、报警装置使用、轧钢工定期对轧机导卫巡检等方面入手。

3.4辊伤

辊伤产生于有缺陷的旋转部件处，可能是轧机轧辊、滚动导卫辊、通道地辊、通道侧立辊、矫直辊等处。辊伤的最主要特征是在棒材的长度方向上呈规律性分布，缺陷以固定的长度周期出现。

发生堆钢事故后要对轧辊和导卫辊表面进行确认，查看是否粘附着铁皮；对于变形抗力较大的高合金品种应切除头部，避免头部冷却快产生的硬点损伤轧辊，轧后应检查轧辊表面是否存在硬伤凹坑；轧后勤取小样，小规格材取小样的长度应适当加长，酸洗后勤检查可以及时发现辊伤，根据辊伤分布规律及时找出产生的位置，可以减少辊伤废品量。

总之，在对钢坯缺陷生成的机理研究基础上，通过河钢承钢长期的生产经验，对钢坯在生产过程中产生的缺陷影响因素进行分析，并总结出生产实践操作中能有效减少钢坯缺陷的办法，三句话，大包一次打开，中包满包开浇，结晶器黑渣操作。这些措施能使工艺流程顺畅，有效减少缺陷的产生，提高钢坯质量。

参考文献：

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