连铸坯横裂纹形成机理分析

早在1974年，Schmidt和Josefsson就证明了横向裂纹仅出现在超大奥氏体晶界，其他人也有类似的结论。最近，Alvarez等人研究了连铸坯角部横向裂纹，发现裂纹仅仅沿着有铁素体层的超大奥氏体晶界扩展。无裂纹区域，晶粒正常并且铁素体细小并在晶内均匀分布。相类似，Tsai等人也发现细的横向裂纹沿着软的铁素体薄膜的原始奥氏体晶粒扩展，奥氏体的晶粒直径约大于1mm。横裂纹的断裂划分为五个阶段，如图6-5所示。

（1）阶段Ⅰ结晶器壁新形成的固体正常的晶粒，晶粒尺寸小于500μm。

（2）阶段Ⅱ奥氏体晶粒长大，大于凝固时形成晶粒的几倍。表面温度可能高于1350℃。应变能可能驱使晶界移动。但这一因素的研究工作目前还没有做，未来的工作也许能解释应变与超大晶粒形成的关系（应变类似于结晶器的摩擦）。无须考虑其如何形成，由于应变，超大晶粒的晶界将弱化并最终形成裂纹。裂纹沿晶，但不是树枝晶之间。

（3）阶段Ⅲ固态的硫化物可能在超大晶粒的晶界析出，并助长裂纹的形成。此外，如在铸坯的基体与氧化铁皮界面存在液体铜（或富铜合金），铜可能渗透到超大晶粒的晶界，弱化晶界且形成微裂纹源并扩展。然而，当表面奥氏体的晶粒正常，即晶粒尺寸＜500μm，则微量的析出物与/或液体铜无作用。

（4）阶段Ⅳ由于低温氮化物如AlN、Nb（C，N）或V（C，N）的析出，先共析铁素体形核析出，弱化晶界，导致塑性降低，裂纹易沿着连续的铁素体网形成。

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图6-5 连铸坯表面裂纹形成机理

a）阶段Ⅰ b）阶段Ⅱ c）阶段Ⅲ d）阶段Ⅳ e）阶段Ⅴ

（5）阶段Ⅴ在矫直过程中，（内弧）顶部发生应变，显微裂纹沿着超大晶粒的晶界扩展。绝大多数微裂纹是在矫直之前存在的，但也可能产生新的微裂纹。如果连铸坯矫直时的温度高于Ac₃，这一过程可能先于阶段Ⅳ。

横向裂纹与超大奥氏体晶粒相关是已经公认的事实，但对于横向裂纹出现在铸坯超大奥氏体晶粒区域的认识还不完善。在铸坯的表面超大奥氏体晶粒尺寸通常大于1mm（超大晶粒），不清楚铸坯表面凝固以后某些奥氏体晶粒长到如此程度的原因。奥氏体晶粒在高于1350℃时长大速度快，这意味着超大晶粒一定在结晶器内的铸坯表面形成，大致在弯月面下200～300mm处。