1、連鑄坯質(zhì)量及內(nèi)部典型缺陷類型
連鑄坯質(zhì)量決定著最終鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量。從廣義來說所謂連鑄坯質(zhì)量是得到合格產(chǎn)品所允許的連鑄坯缺陷的嚴(yán)重程度，連鑄坯存在的缺陷在允許范圍以內(nèi)，叫合格產(chǎn)品。
連鑄坯的質(zhì)量缺陷主要為內(nèi)部質(zhì)量缺陷和表面質(zhì)量缺陷,因其成因不同,控制,抑制缺陷的產(chǎn)生及提高質(zhì)量的措施和方法也不盡相同。
連鑄坯內(nèi)部缺陷主要有中心疏松、中心縮孔、夾雜物、氣孔、裂紋、氫脆等，連鑄坯質(zhì)量是從以下幾個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)的：
(1)連鑄坯的純凈度：指鋼中夾雜物的含量，形態(tài)和分布。
(2)連鑄坯的表面質(zhì)量：主要是指連鑄坯表面是否存在裂紋、夾渣及皮下氣泡等缺陷。連鑄坯這些表面缺陷主要是鋼液在結(jié)晶器內(nèi)坯殼形成生長過程中產(chǎn)生的，與澆注溫度、拉坯速度、保護(hù)渣性能、浸入式水口的設(shè)計(jì)，結(jié)晶式的內(nèi)腔形狀、水縫均勻情況，結(jié)晶器振動(dòng)以及結(jié)晶器液面的穩(wěn)定因素有關(guān)。
(3)連鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量：是指連鑄坯是否具有正確的凝固結(jié)構(gòu)，以及裂紋、偏析、疏松、夾雜、氣孔等缺陷程度。二冷區(qū)冷卻水的合理分配、支撐系統(tǒng)的嚴(yán)格對(duì)中是保證鑄坯質(zhì)量的關(guān)鍵。
只有提供高質(zhì)量的連鑄坯，才能軋制高品質(zhì)的產(chǎn)品。因此在鋼生產(chǎn)流程中，生產(chǎn)無缺陷或不影響終端產(chǎn)品性能的可容忍缺陷鑄坯，生產(chǎn)無缺陷或不影響結(jié)構(gòu)件安全可靠性能的可容忍缺陷的鋼材是冶金工作者的重要任務(wù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及傳統(tǒng)物理學(xué)、材料學(xué)的不斷完善，連鑄鋼缺陷檢測(cè)已經(jīng)進(jìn)入了納米檢測(cè)時(shí)代。掃描電鏡以其高分辨率、高放大倍數(shù)及大景深的特點(diǎn)為連鑄鋼缺陷分析與對(duì)策研究提供了無限可能，使得材料分析變得更加具有科學(xué)性和實(shí)用性。掃描電鏡廣泛用于材料的形貌組織觀察、材料斷口分析和失效分析、材料實(shí)時(shí)微區(qū)成分分析、元素定量、定性成分分析、快速的多元素面掃描和線掃描分布測(cè)量、晶體/晶粒的相鑒定、晶粒與夾雜物尺寸和形狀分析、晶體、晶粒取向測(cè)量等領(lǐng)域。電子顯微鏡已經(jīng)成為鋼鐵行業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)、質(zhì)量檢驗(yàn)、缺陷分析、產(chǎn)品失效分析等方面強(qiáng)有力的工具和檢測(cè)手段。
2、連鑄坯典型內(nèi)部缺陷宏觀和微觀特征及形成機(jī)理簡介
2.1 縮孔
缺陷特征 在橫向酸浸低倍試片上存在于鑄坯中心區(qū)域、形狀不規(guī)則、孔壁粗糙并帶有枝晶狀的孔洞，孔洞暗黑。一般出現(xiàn)于鑄坯最后凝固部位，在鑄坯縱向軸線方向呈現(xiàn)的是間斷分布的孔洞。
形成機(jī)理 連鑄圓坯在凝固冷卻過程中由于溫度梯度大、冷卻速度快和結(jié)晶生長的不規(guī)則性，局部優(yōu)先生長的樹枝晶產(chǎn)生“搭橋”現(xiàn)象，把正在凝固中的鑄坯分隔成若干個(gè)小區(qū)域，造成鋼水補(bǔ)充不足，鋼液完全凝固時(shí)引起體積收縮，在鑄坯最后凝固的中心區(qū)域形成縮孔。另外，拉坯速度過快，澆注溫度高，鋼水過熱度大等都將影響鑄坯中心縮孔的大小。因連鑄時(shí)鋼水不斷補(bǔ)充到液相，故連鑄圓坯中縱向無連續(xù)的集中縮孔，只是間斷出現(xiàn)縮孔。
微觀特征 縮孔內(nèi)壁呈現(xiàn)自由凝固光滑枝晶特征，見圖1。
圖1 連鑄坯心部斷口中不致密的疏松和縮孔
2.2 疏松
缺陷特征 在橫向酸浸低倍試片的中心區(qū)域呈現(xiàn)出的分散小黑點(diǎn)、不規(guī)則多邊形或圓形小孔隙組成的不致密組織。較嚴(yán)重時(shí)，有連接成海綿狀的趨勢(shì)。
形成機(jī)理 連鑄過程中澆注溫度過高，中包鋼水過熱度較大，鑄坯在二冷區(qū)冷卻凝固過程中由于溫度梯度作用，柱狀晶強(qiáng)烈向中心方向生長。中心疏松的產(chǎn)生可看成是鑄坯中心的柱狀晶向中心生長，碰到一起造成了“搭橋”阻止了橋上面的鋼液向橋下面鋼液凝固收縮的補(bǔ)充，當(dāng)橋下面鋼液全部凝固后就留下了許多小孔隙;或鋼液以枝狀晶凝固時(shí)，枝晶間富集雜質(zhì)的低熔點(diǎn)鋼液在最后凝固過程中產(chǎn)生收縮，與此同時(shí)，脫溶氣體逸出而產(chǎn)生孔隙;或是鋼中的非金屬夾雜物在熱酸浸時(shí)被腐蝕掉而留下孔隙。鋼中含有較多的氣體和夾雜時(shí)，會(huì)加重疏松程度。疏松對(duì)鋼材性質(zhì)的影響程度取決于疏松點(diǎn)的大小、數(shù)量和密集程度。
微觀特征 不致密的自由凝固枝晶特征，常有夾雜物伴生，見圖2、圖3。
圖2 連鑄坯心部斷口中疏松與枝晶狀硫化物
圖3 連鑄坯心部斷口中不致密的疏松缺陷
圖4 連鑄坯中部斷口中柱狀晶及小氣孔缺陷
2.3柱狀晶發(fā)達(dá)
缺陷特征 在橫向酸浸低倍試片上，鑄坯的上半弧枝晶發(fā)達(dá)至中心，下半弧枝晶相對(duì)細(xì)小。
形成原因 連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼液的凝固熱傳導(dǎo)對(duì)鑄坯表面質(zhì)量有非常大的影響。研究發(fā)現(xiàn)隨著結(jié)晶器冷卻強(qiáng)度(熱流)的增加，坯殼的不均勻程度提高。如果冷卻水冷卻不均勻，上弧冷卻強(qiáng)，就可能造成上弧柱狀晶發(fā)達(dá)穿透至中心;下弧冷卻弱，柱狀晶就相對(duì)比較細(xì)小。
微觀特征 發(fā)達(dá)的枝晶狀柱狀晶其上常有小氣孔或夾雜物存在，見圖4。
2.4 非金屬夾雜物
缺陷特征 在橫向酸浸低倍試片上的連鑄坯內(nèi)弧側(cè)、皮下1/4—1/5半徑部位分布有不同形狀的孔隙或空洞(夾雜被酸浸掉)。在硫印圖片上能觀察到隨機(jī)分布的黑點(diǎn)。
形成機(jī)理 按夾雜物來源，非金屬夾雜物分為內(nèi)生夾雜和外來夾雜。內(nèi)生夾雜是指冶煉時(shí)脫氧產(chǎn)物和澆注過程中鋼水的二次氧化所生成的產(chǎn)物未能排出而殘留在鋼中的夾雜物。外來夾雜是指冶煉和澆注過程中由外部混入鋼中的耐火材料、保護(hù)渣、未融化的合金料等外來產(chǎn)物。這些內(nèi)生或外來夾雜在連鑄上浮過程中被內(nèi)弧側(cè)捕捉而不能上浮到結(jié)晶器液面是造成內(nèi)弧夾雜物聚集的原因。
微觀特征 連鑄坯中夾雜物多呈球狀、塊狀、顆粒狀，分布在疏松、氣孔、晶界等部位，見圖5、圖6
圖5 連鑄坯心部斷口晶界上的顆粒狀碳氮化物
圖6 連鑄坯心部斷口中光滑氣孔及枝晶狀硫化物
2.5 氫致裂紋
缺陷特征 在橫向酸浸低倍試片上氫致裂紋的分布形態(tài)是距鑄坯周邊一定距離的細(xì)短裂紋，有的裂紋呈鋸齒狀。在縱向試樣上，氫致裂紋與纖維方向大致平行或成一定角度，裂縫的鋸齒狀特征更明顯。在縱向斷口上呈現(xiàn)的是橢圓形的銀灰色斑點(diǎn)，一般稱之為鑄態(tài)白點(diǎn)。
形成機(jī)理 氫致裂紋是由于熔于鋼液中的氫原子在連鑄坯凝固冷卻過程中脫熔并析集到夾雜、疏松等空隙中化合成分子氫產(chǎn)生巨大的壓力并與鋼相變時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力、組織應(yīng)力疊加，在局部缺陷區(qū)域產(chǎn)生巨大的氣體壓力，當(dāng)超過鋼的強(qiáng)度極限時(shí)，導(dǎo)致鋼坯內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。
微觀特征 斷口呈氫脆解理或準(zhǔn)解理特征，見圖7、圖8。
圖7 連鑄坯斷口上的氫脆解理特征(H 5.4PPm)
圖8 連鑄坯斷口上的氫脆解理及顆粒狀氧化物
2.6連鑄坯正常特征
宏觀特征 在橫向酸浸低倍試片上無粗大的柱狀晶、無裂紋、無氣泡、無中心縮孔、無夾雜物聚集、無明顯的成分偏析，質(zhì)量良好。
微觀特征 連鑄坯正常斷口形貌為粗大的解理扇或解理河流形貌特征
