合金元素影响加热时奥氏体形成的速度和奥氏体晶粒的大小。
(1)对奥氏体形成速度的影响: Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳的亲合力大, 形成难溶于奥氏体的合金碳化物, 显著减慢奥氏体形成速度;Co、Ni等部分非碳化物形成元素, 因碳的扩散速度, 使奥氏体的形成速度加快;Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度影响不大。
(2)对奥氏体晶粒大小的影响:大多数合金元素都有阻止奥氏体晶粒长大的作用, 但影响程度不同。强烈阻碍晶粒长大的元素有:V、Ti、Nb、Zr等;中等阻碍晶粒长大的元素有:W、Mn、Cr等;对晶粒长大影响不大的元素有:Si、Ni、Cu等;促进晶粒长大的元素:Mn、P等。
连铸过程吸入的外来气体(空气、氩气)进入钢水中后以气泡的形式存在,混入结晶器中的气泡若来不及逸出被凝固坯壳捕捉便会形成铸坯气泡。
过程吸气主要指连铸浇注过程中由于钢包敞开浇注、中间包钢水等造成钢水与空气直接接触或由于钢包下水口与套管间及中间包上下水口滑板间存有缝隙产生负压而吸入空气,终导致钢水二次氧化;这是造成铸坯气泡(氧气泡、氮气泡)缺陷的另一个原因。
为探索铸坯气泡缺陷是否由连铸过程吸气所造成,于一个连铸浇次中选取三炉,且同一炉次分别取精炼成品样、连铸中包样及连铸坯角样,试样用于做氧氮分析对比,所取试样编号分别为1-1、1-2、1-3,2-1、2-2、2-3,3-1、3-2、3-2。化验结果表明,钢水从精炼到连铸过程浇注到钢水凝固形成铸坯,其各环节试样的氧氮含量波动均在工艺要求范围以内,证实钢水在连铸生产过程中并不存在吸气的现象;因此可断定,此期间的铸坯气泡缺陷与连铸过程吸气无关。
氩气作为一种保护性气体,在连铸采取全程保护浇铸中主要用于大包下水口与大包浸入式长水口之间的缝隙及中包上水口与中包浸入式水口滑板面之间的密封保护。由于浇注注流所产生的负压,一定量的保护氩气会被带入钢液之中。前者氩气会从中包的钢液表面上浮逸出,气泡基本上不会进入结晶器中,不会对铸坯气泡缺陷造成影响,而后者则会被带入结晶器中,进入结晶器的氩气泡随钢液运动至结晶器内一定深度的不同部位,一些来不及上浮的气泡在固液界面处会被凝固的枝晶捕捉,终导致铸坯气泡的形成。
为了进一步摸索近期气泡缺陷与氩气的关系,对板坯生产Q345B钢时,中包上水口与浸入式水口滑板面间均匀涂抹2mm厚的纳米密封涂料进行试验,以排除生产过程中滑板间氩气被吸入的可能性。后续跟踪发现,滑板间涂抹纳米密封材料后生产的Q345B钢仍有出现铸坯气泡缺陷的现象;实验表明,近期铸坯气泡缺陷与中包浸入式水口滑板间保护气体氩气无关。
钢水脱氧不良是造成连铸坯表面皮下气泡、针孔的主要原因之一。当钢水脱氧不良时,钢中所含有的富氧就会与钢中的碳发生反应生成CO气体,在钢液凝固过程中,若钢中的CO气泡不能及时逸出而随坯壳一起凝固就会形成气泡缺陷。
脱氧不良主要与转炉出钢终点控制差有关,如终点出钢碳过低、出钢过程下渣、脱氧合金加入不足等都有可能导致钢水中氧含量过盛而导致铸坯出现皮下气泡缺陷;从大量的轧材改尺数据中分析发现,仅个别炉次存在脱氧剂加入不足、终点出钢碳为0.05%、0.06%过低的现象外,其它多数问题炉次的脱氧剂加入量均满足工艺要求且终点出钢碳基本维持在0.08%以上。钢水终点碳含量与氧含量的关系如图3所示。
为进一步分析造成铸坯气泡缺陷的原因,判断轧材边部“雨点状”缺陷是否由于钢中氧含量过高所致,于轧材切割现场取三个边部存有“雨点状”缺陷且不同炉次的切割边角料做氧氮分析,切割边角料试样编号分别为1#、2#、3#;从化验结果得知,所取的三个试样中的氧含量均未**过0.0035%,因此可断定,近阶段铸坯气泡缺陷并非由于钢水脱氧不良所致。
Q345B 钢的工艺路线:铁水→LD(100t **底复吹转炉)→LF(100t 精炼炉)→CCM(1600×180、220、250mm 2 板坯连铸机)。
气泡产生的原因
依据气泡所在的位置,将露出表面的称之为表面气泡,未露出表面的称之为皮下气泡。前者在未经清理的铸坯表面即可观察到,而后者只有在对铸坯表面进行火焰清理之后才可观察到。
中板厂轧材边部的气泡缺陷可分为两类:类气泡实际为皮下夹渣,主要与结晶器保护渣的卷入有关;一般零星出现的气泡缺陷有可能是此类原因导致的。第二类气泡缺陷主要是由钢水中的气体引起的;在钢水凝固过程中,钢液中所溶解的气体的分力大于钢水自身的静压力与大气压之和时就会产生气泡,若这些气泡不能从钢水中及时逸出,钢水凝固形成铸坯后就会造成皮下气泡缺陷。因我厂的Q345B生产过程中多表现为整炉出现气泡,而类气泡属零星出现,所以可排除类气泡,断定Q345B钢铸坯气泡为钢水中气体含量过高所致。
由于气体含量过高导致的板材气泡缺陷根源在于铸坯在浇注过程中已形成的宏观气泡,连铸过程铸坯产生气泡的主要原因有3 类:脱氧不良、过程吸气(空气、保护性气体)及水汽(潮湿的添加料和耐材),而炼钢工序出现上诉3种情况主要体现为终点状况差、强脱氧剂加入不足、钢水二次氧化、加入料潮湿、钢包等功能性耐材预准备使用把关不严等诸多环节问题均可归属于上述气泡产生的3大类原因之中。
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