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钢铸连铸坯凝固组织结构及控制方法

时间:2023-06-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:钢的凝固组织,一般是由坯壳的细小等轴晶、柱状晶、交叉树枝晶带和中心等轴晶组成。等轴晶的优点是:1)结构致密,各个等轴晶彼此相互嵌入结合牢固。3)柱状晶发达时,连铸坯容易形成穿晶结构,造成中心疏松、缩孔和中心偏析,降低了铸坯的中心致密度。连铸坯的偏析属于不能完全避免而又允许存在的缺陷,但必须加以控制。

钢铸连铸坯凝固组织结构及控制方法

钢的凝固组织,一般是由坯壳的细小等轴晶、柱状晶、交叉树枝晶带和中心等轴晶组成。工业用钢的75%都要经过热加工后使用,而铸态的等轴晶和柱状晶既影响钢的热加工性能,也影响钢的力学性能,但影响程度不一样。

等轴晶的优点是:

1)结构致密,各个等轴晶彼此相互嵌入结合牢固。

2)热加工性能好。

3)材料力学性能呈各向同性

柱状晶的缺点是:

1)柱状晶枝干较纯,而且树枝晶间偏析严重,热变形后,树枝晶偏析区被延伸,使组织具有带状特征,材料力学性能呈各向异性,尤其是横向性能和韧性降低。

2)在柱状晶交界面,由于杂质元素富集,构成了薄弱面,这是裂纹优先扩展的地方,热加工性能变坏。

3)柱状晶发达时,连铸坯容易形成穿晶结构,造成中心疏松、缩孔和中心偏析,降低了铸坯的中心致密度。(www.xing528.com)

因此,除了某些特殊用途的产品,如电工钢汽轮叶片等,为改善磁性、耐磨耐蚀性要求柱状晶发达外,一般都希望得到等轴晶结构的连铸坯。然而,由于连铸工艺的特殊性,常常会造成:

1)由于冷却速度快和冷却不均匀,铸坯柱状晶发达,有时会形成如图1-22和图1-23所示的穿晶组织。

2)由于液相穴长,钢液补缩不好或坯壳变形,形成中心缩孔、疏松、偏析。

3)铸坯柱状晶不对称性。对于弧形连铸机,内弧面柱状晶发达,而外弧面柱状晶生长会受阻,因此裂纹常出现在内弧面。

4)铸坯树枝晶较细。

由此可知,连铸坯柱状晶发达时,对热加工和产品质量会带来不利的影响。要提高产品质量,首先要控制连铸坯的低倍结构,也就是说,在凝固过程中要抑制柱状晶生长,扩大连铸坯中心等轴区的比例,当中心等轴晶区达到30%~40%时,中心缺陷大大减轻,甚至消失。

实际上钢的凝固组织并不是十全十美,而是存在凝固偏析缺陷。钢的凝固发生在一定的温度和浓度范围内,由于溶质元素在液相和固相的溶解度不同,以及在凝固过程中选分结晶作用的结果,各部分的化学成分远不是均匀一致的。这种化学成分不均匀的现象称为偏析。偏析分为显微偏析(树枝偏析)和宏观偏析(区域偏析)两类。显微偏析发生在几个晶粒的范围内或树枝晶空间内,即成分的不均匀性局限于几个微米的区域内;宏观偏析发生在整个固体钢中,这种成分的不均匀性表现在几厘米到几十厘米的距离上。连铸坯的偏析属于不能完全避免而又允许存在的缺陷,但必须加以控制。在第2章我们将系统介绍连铸坯的偏析。

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