D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1991.s1.008 第13卷第4(1)期 北京科技大学学报 Vol.13No.4(1) 1991年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing July 1991 影响不锈钢连铸坯质量的几个因素 邢文彬·许诚信 摘要：为改善不锈钢连铸还的质量，研究了连铸过程中钢水质量、浇注工艺制度和凝 固过程的控制。结果表明，上述因素的控制水平对连铸坯的质量起著重要作用。 关键词：不锈钢，述钱，质量，工艺制度 Several Factors Affecting on the Quality of Stainless Steel Slabs Xing Wenbin Xu Chengxin' ABSTRACT:In order to improve the quality of stainless steel strand,the control of the quality of liquid steel for continuous casting,continuous casting system and solidification process have been studied,The experimental results showed that the level of control as mentioned above factors had important effect on the quality of the strands. KEY WORDS:stainless steel,continuous casting,quality,system of tech nology 虽然不锈钢连铸中的技术问题和普通钢连铸基本相同，但由于不锈钢在液固状态下有其 独特的物理性能及热化学性能，为保证不锈钢的连铸坯质量，必须研究某些因素对连铸坯质 量的影响。 不锈钢连铸坯无清理轧制和直送轧制技术已成为连铸界普遍关注的研究课题，目的在于 获得表面及内部质量均符合直接轧制要求的连铸坯。尤其表面质量更为重要，由于不锈钢铸 坯在热加工过程中氧化铁皮的脱落量很少，因此，一般对普通钢不成为问题的一些表面缺 1991-05-06收稿 ·治金系(Department of Metallurgy) 50
第 卷 第 卫 期 一 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 一 。 。 影响不锈钢连铸坯质量 的几个因素 邢文彬 ’ 许诚信 ’ 摘 要 为改 善不 锈钢 连铸 坯的质量 ， 研究了 连铸过程 中钢水质量 、 浇注 工艺 制 度和 凝 固过程 的控 制 。 结果表明 ， 上 述 因素的控 制水平对连铸 坯 的质量起 着重 要 作用 。 关键词 不 锈钢 ， 连铸 ， 质 量 ， 工艺制 度 刀 班 ‘ ， ， ， 。 ， ， 了 ， 虽然不锈钢连铸 中的技术问题和 普通 钢连铸 基本相 同 ， 但 由于不锈钢 在液 固状态下有其 独特的物理性能及热化 学性能 ， 为保证不锈钢的连铸坯质量 ， 必须研 究某些 因素对连铸坯质 量的影响 。 不锈钢连 铸 坯无 清理轧制和 直送 轧制技 术 已 成 为连 铸界普遍关注的研究课题 ， 目的在于 获得 表面及 内部质量均符合直 接轧制要求的连铸坯 。 尤其表面质量更为重要 ， 由于不锈钢铸 坯在热 加 工过程 中氧化 铁皮的脱落量很少 ， 因此 ， 一般 对 普通钢不成 为问 题的一 些 表 面 缺 一 一 收稿 冶金 系 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1991．s1．008
陷，很可能成了不锈钢的严重表面质量问题，大大增加了质量控制的难度。 近儿年来，我国奥氏体不锈钢板坯、方坯、圆坯的技术发展很快。304型不锈钢板坯的 质量已完全可以满足后步加工及板材的质量要求。具有国际先进水平的不锈钢板坯生产工艺 流程：18t电弧炉→18tAOD精炼炉→钢包吹氩→立式连铸→火焰切割→修磨轧制，已在太 原钢铁公司正式投产。在生产实践的基础上，本文将着重讨论影响304型不锈钢板坏质量的 几个因素。研究证明，板坯质量与钢水的质量、连铸工艺制度和凝固过程的控制有密切关 系。 1 钢水质量 钢水质量是连铸坯质量的决定性因素，连铸工作者无不将钢水质量的控制视为首要的技 术问题。 (1)钢水温度不同钢种合理的浇注温度并不相同，从出钢到注入结品器，各工艺过程 均有温度的急剧变化，因此： T出=T浇+24T 式中：T出一出钢温度（℃）： T浇一浇注温度（℃）； ”一工艺过程（为出钢过程、大包中停留或大包吹氩、注入中间包、中间包停留等） 4T一温降（℃）。 一般合理的浇注温度可用下式确定： T浇=t液+At 式中：t液一钢的液相线温度即熔点（℃），At一钢水的过热度（℃）。 根据不同钢种的浇注工艺特点及铸坯质量要求，到目前为止，值仍然是一个经验数据。 1Cr18Ni9钢的液相线温度经验表达式如下： t液=1536-{78(C%)+7.6(Si%)+4.9(Mn%)+34.4(P%)+38(S%)+4.7(Cu%)+ 3.1(Ni%)+1.3(Cr%)+3.6(A1%)} 计算结果，t液约为1455℃，为了稳定浇注工艺和得到良好的铸坯质量，生产实践表明 过热度以35~45℃为宜。在实际生产过程中从出钢到浇注各工艺环节合理的温度变化如下： AOD精炼炉山出温度1610~1630℃，钢包吹氩后的钢水温度1545~1555℃，中间包开浇温度 1490~1500℃。从出钢直至钢水进入结晶器之前的温度变化与出钢操作、钢包烘烤、吹氩制 度、中间包烘烤及长水口、浸入式水口的工作状态有关。为了保证进人结晶器的钢水温度稳 定，除了控制出钢温度外，还应对上述各工艺环节实行规范化操作，才能获得过热度稳定的 钢水。 (2)钢水成分标准要求(%)：≤0.12C,≤1.00Si,≤2.00Mn,≤0.030P,≤0.030 S,17.00~19.00Cr,8.00~11.00Ni。 内控范围（%)：0.04~0.06C,0.50~0.80Si,0.7~1.30Mn,0.020~0.028P, 0,006~0,020S,17,20~17.50Cr,9.20~9.80Ni,0.02~0,06A1。 51
陷 ， 很 可 能成 了不锈钢 的严重 表面质量 问题 ， 大大 增加 了质量控制 的 难度 。 近几 年来 ， 我 国奥 氏体不 锈钢板坯 、 方 坯 、 圆坯的技 术 发展 很快 。 型 不锈钢 板 坯的 质量 已完全可以满足后 步加工 及板材 的 质量要求 。 具有 国际 先进水 平 的不 锈钢板坯生 产工艺 流 程 电弧炉， 精炼炉” 钢包吹 氢 立 式连 铸” 火 焰 切 割” 修磨 轧 制 ， 已 在 太 原 钢 铁公 司 正 式投产 。 在生产 实践 的基础上 ， 本文将 着重讨 论影 响 型 不锈钢板 坯 质量的 几 个 因素 。 研 究证 明 ， 板 坯质量与钢水 的质 量 、 连 铸工 艺制 度和 凝 固过 程 的控制 有 密 切 关 系 。 钢水质量 钢水 质量是 连 铸 坯质量的决定性 因素 ， 连铸工作者无不将 钢 水质量的控制 视 为首要的技 术 问题 。 钢水温度 不 同钢 种合理的浇注温度并不相 同 ， 从 出钢到 注入结 晶器 ， 各工 艺过程 均有温度 的急剧 变化 ， 因此 出 一 二 浇 」 式 中 出 一 出钢温度 ℃ 浇 一浇 注温度 ℃ 。 一工 艺过程 为 出钢过程 、 大 包 中停留或大 包吹氢 、 注 入 中间包 、 中间包停 留等 」 一温降 ℃ 。 一 般合理的浇 注温度可用下式确定 浇 二 液 」 式 中 才液 一钢 的液相线 温度即熔点 ℃ ， 』 一钢水 的 过 热度 ℃ 。 根据 不 同钢种 的浇 注工 艺特点及铸坯质量要 求 ， 到 目前为 止 ， 血值仍 然是一 个经验数据 。 钢的液相 线温度经验表达式如下 液 一 。 、 。 。 计算结 果 ， 液 约 为 ℃ ， 为 了稳定浇注 工 艺和得到 良好 的铸 坯 质量 ， 生 产 实践 表 明 过热度以 一 ℃ 为宜 。 在实际生产 过程 中从 出钢到 浇注各工艺 环 节合 理的温度变化 如 下 人 精炼炉 出温度 一 。 ℃ ， 钢包吹氢 后 的钢 水温度 ℃ ， 中间包开 浇 温 度 一 ℃ 。 从 出钢直 至钢 水进人结 晶器之前 的温度 变化与 出钢操 作 、 钢包烘烤 、 吹氢 制 度 、 中间包 烘 烤及长水 口 、 浸入 式水 口 的工作状 态有关 。 为 了保证 进人结 晶器 的钢 水温度 稳 定 ， 除 了控制 出钢温度 外 ， 还应对上述 各工艺 环 节实 行规范化操 作 ， 才 能获得过热度 稳定 的 钢水 。 钢 水成分 标准要 求 蕊 ， 簇 ， 簇 ， ， 簇 ， 。 。 ， 。 。 内 控 范 围 一 ， 一 ， 一 ， ， ， ， 一 ， ， 一 ， ， ， ，
此外，因为原材料要求比较严格，钢水中的微量元素均可控制在规定范围，Pb≤3~5 ppm,Sn≤16ppm,Bi≤lppm,Sb≤6ppm。从投产至今尚未发现由微量元素引起的铸坯缺 陷。 经AOD精炼的钢水，气体含量要求〔O)=40~60ppm,CN)=200~400ppm,〔H)=4.0 ~5,0pPm。由于出钢后在钢包中进行了吹氩，进入中间包的钢水气体含量发生了变化。实 际测定结果如下： 气体 〔O) 〔N) 〔IH) 含量范围，Ppm,(平均) 52~67(58)144~298(215)3.4~6.0(4.7) 含量均在规定范围之内。实际铸坯的气体含量比中间包中的钢水稍有提高，但并未构成 铸坯的缺陷。 (3)钢水的清洁度治炼过程中生成的非金属夹杂物，部分未去除者污染了钢水。在出 钢、钢包吹氩、镇静等工艺过程中，虽然仍有 原生夹杂继续去除的机会，但处在高温下的钢 水与大气及耐火材料接触，增加了钢水的化学 及物理污染的可能性。实际上进入结晶器的钢 水清洁度很大程度上决定于钢水的二次污染状 况，与终脱氧后钢中残铝的含量也有很大关 系。铝脱氧的连铸坯内部夹杂物分析检验结 果，基本上是以铝的氧化物为主。采用Si-Ca合 金终脱氧的连铸坯，夹杂物基本上是以Si-A1- 5成超0的 Ca的复合化合物为主（图1），而且比较容易从 图1Si-A1-Ca复合化合物的形貌 钢水中排除，其组成由电子探针结果（%)得 Fig.1 Morphologies of Si-Al-Ca complex composition 到：32.45Si,25.40A1,23.30Ca。图象仪对铸 坯中的夹杂物统计结果，颗粒度基本上都在10μm以下，且呈现边部及中心部位偏聚的分布 特征。 Si-Ca合金脱氧后钢包中钢水的电解夹杂物分析结果(ppm):总量43~69，分量SiOz23~ 28,A12O33~11,波动范围较大的原因可能是操作不稳定所致。铸坯中电解夹杂物的分析 结果(ppm):总量79~101，分量Si0223~31,A12Os20~29,显然它比AOD精炼炉出来 的钢水清洁度大大降低了。为了保证进入结品器的钢水清洁度，除了防止耐火材料等外来夹 渣（杂）对钢水的污染以外，浇注过程中的无氧化保护起着十分重要的作用，特别是因为减 少了A12Os的生成从而减轻了浸人式水口的缩径或堵塞事故。 2连铸工艺制度 连铸机主要设备及工艺参数： 钢包容量，t 20 中间包容量，t 6(工作液面深600mm) 铸坯尺寸，mm (140~160)×(950~1280) 结品器长度，mm 800 52
此 外 ， 因 为原材料要 求 比较 严格 ， 钢水 中的微量元素均 可控制 在规 定 范 围 ， 毛 ， ‘ ， 毛 ， 〔 。 从投 产 至今尚未 发 现 由微量元素 引起 的铸坯缺 陷 。 经 精炼的钢水 ， 气体含量要 求 〔 〕 一 ， 〔 〕 一 ， 〔 〕 。 由于 出钢 后 在钢 包 中进 行 了吹 氢 ， 进 人 中间包 的钢 水气 体含量 发生 了 变 化 。 实 际测 定结 果如 下 气 体 〔 〕 〔 〕 〔 〕 含量 范围 ， ， 平 均 一 一 含量 均在规定范 围之 内 。 实际铸坯 的气体含量 比 中间包 中的钢 水 稍有 提 高 ， 但并 未构成 铸坯 的缺陷 。 钢水 的清洁度 冶 炼过 程 中生 成 的非金属夹 杂 物 ， 部分 未去 除者 污染 了钢水 。 在 出 钢 、 钢包 吹氢 、 镇静等工艺过程 中 ， 虽 然仍有 原生夹杂 继续去 除 的机会 ， 但 处 在高温下 的钢 水与大 气及耐火材料 接触 ， 增加 了钢水 的化 学 及物理污染 的可能性 。 实际上 进人结 晶器 的钢 水 清 洁度很大程度上 决定 于钢水 的二 次污染 状 况 ， 与 终脱氧后钢 中残 铝 的含量也 有 很 大 关 系 。 铝脱氧 的连铸坯 内部 夹杂 物分 析 检 验 结 果 ， 基本上 是 以铝的氧化物为主 。 采 用 一 合 金 终脱氧 的连铸 坯 ， 夹杂 物基本上 是 以 一 的复合 化合物为主 图 ， 而且 比较 容 易从 钢水 中排除 ， 其组成 由 电子 探针 结 果 得 · ‘ 到 ， ， 。 图象仪 对 铸 坯 中的夹杂 物统计结果 ， 颗 粒度基本上 都在 卯 以下 ， 特 征 。 图 一 一 复合 化合物 的形 貌 卜 一 且呈 现边部及 中心部 位偏 聚 的 分 布 一 合金脱氧 后钢包 中钢水 的 电解夹杂 物分 析结 果 总 量 一 ，分量 一 ， 一 ， 波 动范 围较大 的原 因可能是 操 作不 稳定 所 致 。 铸 坯 中电解 夹杂 物 的分 析 结果 总 量 一 ， 分 量 ， 一 ， 显 然它 比 精炼炉 出来 的钢水 清 洁度大大 降低 了 。 为 了保 证进人 结 晶器 的钢水清 洁度 ， 除 了防 止耐火材料 等外来 夹 渣 杂 对 钢 水 的污染 以外 ， 浇注过程 中的无氧 化保 护起着十分 重 要 的作 用 ， 特别是 因 为减 少 了 。 的生 成从而减轻 了浸 人式水 口 的缩径 或 堵塞事故 。 连铸工艺制 度 连铸机主要设备及工艺 参数 钢 包容量 ， 中间包容量 ， 铸 坯尺 寸 ， 结晶器长度 ， 切 。 工 作液面深 又
拉坯速度，m/min 0.3~1.56 结晶器冷却水，m2/h 230 二冷区冷却水，m3/h 130 振动装置：振动频率185/min,振幅±1.9mm,负滑脱率40%。 不锈钢连铸工艺中应注意的问题有： (1)必须采用无氧化保护浇注。其主要措施为经吹氩调温后的钢水通过AI-C质钢包水 口及套管进入中间包，在中间包保护渣(Ca0/Si02=0.9~1,5,熔化温度1300~1450℃， 1400℃时的熔化速度为30s)、A1-C质浸入式水口和粘度较低的结晶器保护渣(CaO/SiO2 =0.9~1.2,熔化温度950~1150℃，1400℃时的粘度为0.01~0.04Pa·s,熔化速度为10~ 15s)的保护下，有效地防止了钢水的二次氧化。其标志如前所述。若浇注系统外来夹渣（杂） 的污染不严重时，最终铸坯的夹杂物及气体含量一般均能达到质量要求。 (2)严格控制浇注温度，温度不合适决不能开浇。在正常温度条件下，开浇时拉坏速度 (起步)0.3m/min,2mn后达0.6m/min,3min后达到正常拉速0.7~0.9m/min,尾坯减速 至0.3m/min。根据不同断面视温度情况，拉速可以做到最佳控制，例如140mm×1030mm 的铸坯，当钢水温度1500℃时，拉速为0.7m/min;1480~1500℃时，拉速为0.8m/min; <1480℃时，拉速为0.9m/nin。 (3)严格按照配水要求稳定结晶器及二冷区的冷却强度，尤其应特别注意板坯结晶器宽 窄面的冷却能力应力求均衡。实验证明，二冷区合适的比水量为0.8~1,0L/kg钢，以采用 “弱冷”制度为宜。 (4)控制结晶器中钢水液面的波动，一般人工控制的条件下±8mm即可满足工艺要求， 但对于铸坯初生壳的形成、保护渣的稳定消耗及结晶器内合理的钢水流场、温度场的分布来 说应力求更为稳定，尽量采用液面自动控制装置，波动值若稳定在土5mm左右将是比较理想 的。 生产实践表明，连铸工艺制度的稳定会大大提高连铸机的拉成率，早在1987年这台板坯 连铸机月拉成率已可达97.54%。 3凝固过程的控制 伴随钢水由液态到固态的转变，会发生一系列复杂的物理化学现象，其中最主要的是传 热过程。特别是结晶器里的传热直接决定了凝固壳的生长、凝固组织的变化及铸坯的表面质 量。铸坯内部的成分偏析、裂纹等低倍缺陷的形成也直接受到冷却条件的影响，凝固过程的 控制十分重要。 结晶器的冷却能力往往以热流大小作为评价指标。从结晶器冷却水温升的直接测定结果 可以利用下式算出结晶器的热流1)。 H。=(Q/V.)·(4T/P) 式中：H。一热流，kJ/m2, Q一结晶器冷却水量，L/min, T一结晶器冷却水温升，℃，V。一拉坯速度，m/nin P一结晶器周边长度，m。 53
拉 坯速 度 ， 一 。 结 晶器 冷 却 水 ， “ 二 冷 区冷却 水 ， “ 振 动装置 振 动频 率 ， 振 幅 士 ， 负滑脱 率 。 不锈钢连铸工艺 中应注意的 问题有 必 须采 用无氧 化保护浇 注 。 其主 要 措施 为经 吹氢 调 温后的钢水通过 一 质钢包 水 口 及套管进人 中间包 ， 在 中间包保 护 渣 。 一 ， 熔化 温度 一 ℃ ， ℃ 时的熔 化速度 为 、 一 质浸入式水 口和粘度较低的 结 晶器 保 护 渣 。 。 ， 熔 化温度 一 ℃ ， ℃ 时的粘度 为 。 。 · ， 熔化速度 为 一 的保护 下 ， 有效地防 止了钢水的二 次氧化 。 其标志如前 所述 。 若浇注系统外来 夹 渣 杂 的污染不严重 时 ， 最 终 铸坯的 夹 杂 物 及气体含量一 般 均 能达到 质量要 求 。 严格控制浇 注温度 ， 温 度不 合适 决不 能 开浇 。 在 正常温度条 件下 ， 开浇 时拉坯速度 起步 。 ， 后达 。 ， 后达到 正常拉速 。 ， 尾坯减速 至 。 初 。 根 据不 同断面 视温度情况 ， 拉 速 可以做到 最 佳 控 制 ， 例如 的铸坯 ， 当钢水温度 时 ， 拉速 为 一 ℃ 时 ， 拉速 为 ℃ 时 ， 拉速为 。 严格按照 配水要求稳定结 晶器 及二 冷 区的 冷却强 度 ， 尤其应特 别注意板坯结晶器宽 窄面的 冷却 能力应 力求均衡 。 实验证明 ， 二 冷区合适 的 比水量 为 。 钢 ， 以 采 用 “ 弱 冷 ” 制度为宜 。 控制结 晶器 中钢水液面的波 动 ， 一 般人工控制 的条 件下 士 即可满足工艺要 求 ， 但对于铸坯初生 壳 的形 成 、 保护 渣的稳定 消耗及结 晶器 内合 理 的 钢水流场 、 温度场的分布来 说应力求更为稳定 ， 尽量采 用 液面 自动控制装置 ， 波 动值若稳定在 士 左右将是比较 理想 的 。 生 产 实践表 明 ， 连铸工艺 制 度的稳定会大大提 高连铸机 的拉 成 率 ， 早 在 年 这 台板坯 连铸机 月拉 成率 已可达 “ 。 凝固 过程的控制 伴随钢水 由液态到 固态的 转 变 ， 会发生一 系列复杂 的物理 化 学现象 ， 其 中最主要的 是传 ‘ 热 过程 。 特别 是结 晶器里 的传热直接决定 了凝 固壳的生 长 、 凝 固组织的 变化及铸坯 的表面质 量 。 铸坯 内部 的成分 偏析 、 裂纹等低倍 缺陷的形 成也直 接受到 冷却条件的影响 ， 凝 固过程的 控制十分 重要 。 结 晶器的 冷却 能力往往 以热流大 小作为评价指标 。 从结 晶器 冷却水温升的直接测定结 果 可以利用 下式算出结 晶器 的热流 〔 ’ 〕 。 。 厂 。 · 尸 式 中 。 － 热流 ， 灯 “ ， － 结 晶器冷却水温升 ， ℃ ， －结晶器周边长度 ， 。 － 结 晶器冷却水量 ， ， 犷 ‘ －拉坯速度 ， 冬
在140mm×1030mm的板坯生产中，结晶器的冷却水量230m3/h,实测的冷却水温升7℃， 拉速0.8m/mn。计算出热流值H。后。利用结晶器出口的坯壳厚度与热流值的关系： S=0.075H。 得到S=18.6mm 利用结晶器内的凝固系数与热流的关系K=0.097√H。，可以算出K=24。一般在结 晶器内初生坯壳均匀生成时，K大约为22~25。足见上述结晶器的热流值还是合理的，实践 证明，结晶器的H。不是愈大愈好，而是要保持最佳值。 由于实际上的浇注过程在结晶器中的传热是不稳定的，从拉漏坯壳厚度的实测结果说明 结品器内的不同位置凝固系数变化较大（图2）。坯壳厚薄不均不仅会产生凹坑裂纹等表面 缺陷，而且可以发生拉漏。投产过程中常见的表面缺陷如振痕、凹坑、重皮、裂纹和皮下夹 杂等，除与保护渣性状、振动制度及液面控制 状况有关外，表面层凝固组织的变化主要是通 过传热条件的变化而发生的。例如振痕由于局 部热流的减小导致了凝固结构的局部粗化或粗 细不均，而且导热方向也产生了差异，生成了 明显的爪状凝固组织。凹坑是304型不锈钢表 10 Wide face一 --一arrow face 面的一个常见缺陷，波及面积不等，横向、纵 30 9015021027033039040 向都可能发生，而且多数发生在宽面的边角 Distarcp from meniscus/mi 部。钢水与结品器内壁之间因某种原因（如保 图2板坯结品器中凝固系数的变化 护渣皮厚度不均等)发生了不均匀传热现象。 Fig.2 K-factor in slab moulds 渣皮厚者，传热变慢，凝因也变慢。凝固较快 的部分首先发生了6-→y的转变。体积产生收缩，初生壳塌向钢液一方即形成了凹坑缺陷。 一般情况下，通过凝固过程的控制来消除这种缺陷是比较困难的。 至于重皮、结疤等铸坯缺陷则是由于坯壳厚度不均而在结晶器中产生了漏钢后形成的。 通过初生壳均匀凝固的控制，防止局部拉漏可以避免这种缺陷的发生。 为了控制初生壳的形成，结晶器内的钢水流场要尽可能合理。水力学模型实验结果2) 指出：采用侧孔倾角向上10°~15°的浸入式水口明显地改善了结晶器内的钢水流场，使结晶 器内的高温区上移，减轻了对窄面初生壳的冲刷。生产实践证明，倾角向上10°的浸入式水 口，明显消除了结品器液面的结块现象，改善了表面及皮下夹渣。 根据304型不锈钢的化学成分，液相线与固相线之间的温度范围约38℃，范围铰宽而导 热系数又较小。虽然在凝固初期也形成初生坯壳的组织结构，但因传热速度较慢，凝固组织 产生了特有的变化。低倍组织检验结果表明，类似一股钢种的激冷表皮等轴晶、柱状晶和中 心等轴晶三个晶带均有（图多），但由于该钢种属柱状晶发达型，以致表皮等轴晶及中心等 轴品用目力几乎观察不到。在显微镜下对，坯表层1/4厚度及中心处进行了观察，发现表层 树技状晶较为细密，向中心发展树枝状晶逐渐长大且方向为定向排列，呈典型柱状晶结构 (图4)。中心部树枝状晶短而稀疏，方向紊乱且无序分布，已失去了柱状品的特征呈伪柱状 晶结构（图5）。这种宏观与微观组织特征的差异现象与304型不锈钢凝固过程的特征有直接 关系。当表面激冷层形成后，由于收缩形成空隙恶化了传热条件，一铁素体开始以树枝干形 54
在 的板坯生产 中 ， 结 晶器的 冷却 水量 “ ， 实测 的 冷 却水 温升 ℃ ， 拉速 。 。 计算出热流值 。 后 。 利 用结 晶器 出 口的坯 壳厚度与 热流值 的关 系 。 了万 。 得 到 。 利 用结 晶器 内的 凝 固系数与热流 的关系 二 了万丁 ， 可 以算 出兀 二 。 一 般 在结 晶器 内初生坯壳均 匀生成时 ， 大 约 为 。 足 见上述结 晶器的 热流值还是合 理的 ， 实践 证 明 ， 结 晶器的 。 不是愈大 愈好 ， 而 是要保持最佳值 。 由于实际上 的浇注过程在结 晶器 中的 传热是不稳定的 ， 从拉漏坯 壳厚度的 实测结果说明 结 晶器 内的不 同位置凝固系数变化较大 图 。 坯 壳厚薄不均不仅会产生 凹坑 裂纹等表面 缺陷 ， 而 且 可以发生拉漏 。 投产过程 中常见 的 表面缺陷如振痕 、 凹坑 、 重皮 、 裂纹和皮下夹 杂等 ， 除与保护 渣性状 、 振动制度及液面控制 状况有关 外 甲袱︵﹄三二叫一匕 ， 表面 层凝固组织的 变化主要是通 过传热条 件的 变化而 发生的 。 例如振痕由于局 部热流的减 小导致了凝 固结构的局部粗化或粗 细不均 ， 而且 导热 方 向也产生 了差 异 ， 生成了 明显的爪状凝 固组织 。 凹坑是 型 不锈钢表 面的一 个 常见 缺陷 ， 波及面积不等 ， 横向 、 纵 向都可 能发生 ， 而且多数发生 在宽 面 的 边 角 部 。 钢水与结 晶器 内壁之 间因某种原 因 如保 护渣皮厚度不均等 发生 了不均匀传热 现象 。 渣皮厚者 ， 传热 变慢 ， 凝 固也变慢 。 凝 固较快 耳 一 乡 日 七出 。 口 多多 多 夺， 图 板 坯 结晶器 中凝固 系数 的变化 一 、 的部分首 先发生 了 夕的转变 。 体 积 产 生 收 缩 ， 初生 壳塌 向钢液一 方即形 成 了 凹坑缺陷 。 一 般情况下 ， 通过凝 固过程的控制来 消除 这种缺陷是 比较 困难的 。 至 于重皮 、 结疤等铸坯缺陷则是 由于坯 壳厚度 不均而 在结 晶器 中产生 了漏 钢后形 成的 。 通 过初生 壳均匀 凝 固的 控制 ， 防 止局部拉漏 可 以避免这种缺陷 的 发生 。 为 了控制 初生 壳的形 成 ， 结晶器 内的钢水流场要尽可 能合理 。 水 力学模 型 实验 结 果 〔 “ 指 出 采用 侧孔 倾 角向上 。 一 “ 的浸 入 式水 口 明显地 改善 了结 晶器 内的 钢水流场 ， 使结晶 器 内的 高温区上移 ， 减轻 了对 窄面初生 壳的冲刷 。 生产 实践 证 明 ， 倾角向上 。 。 的浸 人 式 水 口 ， 明显消除 了结 晶器 液面 的结块 现象 ， 改善 了表面 及皮下夹渣 。 根据 型 不锈钢的 化学成分 ， 液相 线与 固相 线之间的温度 范围约 ℃ ， 范围较 宽而导 热 系数又较 小 。 虽 然在凝 固初期也形 成初生坯 壳的组 织结构 ， 但 因传热速度较 慢 ， 凝固组织 产 生 了特有的 变化 。 低倍组织检验结 果表 明 ， 类似一 般 钢种的 激冷表皮等轴 晶 、 柱状晶和 中 心等轴 晶三个 晶带均 有 图 ， 但 由于该钢种属柱状 晶发达型 ， 以致表皮等轴 晶及 中心等 轴晶用 目力 几乎观察 不到 。 在 显微镜下 对 铸坯 表 层 厚度及 中心处进行了观察 ， 发现表层 树枝 状 晶较 为细密 ， 向 中心发 展树枝 状 晶逐渐长大且方 向为定 向排 列 ， 呈 典型柱 状 晶 结 构 图 。 中心部树枝状晶短而 稀 疏 ， 方 向 紊乱且 无序分布 ， 已 失去 了柱状晶的特征呈伪柱状 晶 结构 图 。 这种宏观与微观组织特征的差 异现象与 型 不锈钢凝固过程的特 征有直接 关 系 。 当表面激冷层形成后 ， 由于收缩形 成空隙 恶化了传热条件 ， 一铁素体开 始以树枝干形
0.2mw 图3连铸坯低倍组织 图！连铸还厚皮」/4处柱快品的显征组织图5连铸坯近中心处柱状品的显微组织 Fig.3 Macro structure Fig.4 Microstructure of the Fig.5 Microstructure of the of strands columnar in 1/4 thickness columnar in near to of strands centre of strands 式逆传热方向长大形成了柱状晶。由于Cr为扩大铁素体区的元素，Ni是扩大奥氏体区的元 素。Cr在铁素体中富集，导致了铁素体相周围液体中的Ni/Cr增加，在铁素体周围开始析出 了奥氏体，相应发生了6一铁素体+L一>y一奥氏体的包品反应，使一相逐渐溶解变细。 随着凝固的进行，凝固层愈厚收缩愈大，散热能力也愈低。高温停留时间愈长，包晶反应愈 充分，柱状晶的特征即逐渐消失了，而微观形态仍可着到三层结构。 为了探知连铸坯在轧制温度下裂纹产生的可能性，测定了900~1050℃范围内铸坯的高 温强度0。=50~60N/mm°，此值足以说明裂纹的敏感性不强，可以预料快速冷却不会有 什么问题。但根据板坯凝固传热数学模型(3]的研究结果，考虑到俦坯切割时的温度要求等 因素，二冷区仍拟采取“弱冷”制度为宜。该制度对铸坏的中心碗松、中心裂纹及成分偏析 等不会造成不良后果。值得指出的是凝固组织的柱状晶发达以致形成对接或中心搭桥，本来 极有可能造成中心线偏析，但从实际取样分析检验结果中发现，304型连铸坯与模铸初轧坯 相比，前者的偏析状况似乎更小一些（表1），而且铸坯的纵向和横向断面上偏析量都很小。 证明了连铸坯的凝固过程一般不会扩大元素的偏析倾向。 影1各元素碗析的对比，% Table 1 The segregative comparison of various elcments,% 元素，% Si Mn P Cr Ni 最 大 0.012 0.02 0.02 0,002 0.003 0.05 0,15 连铸 最 小 0,004 0 0 0.001 0.02 0.04 模能 最 大 0.02 0.03 0.05 0.003 0.005 0,28 0.45 4结束语 前述研究结果表明，钢水质量、连铸工艺制度及凝固过程是影响不锈钢连铸坯质量的几个 55
图 连 铸 坯低倍 组 织 图 连铸 坯 厚 度 刁处柱 伏 晶 的显 微 组 织 图 连 铸 坯 近 中心 处 柱 状 晶 的显 微组 织 们 式逆传 热 方 向长大 形 成 了 柱状 晶 。 由于 为扩大 铁 素 体 区的元素 ， 是扩大 奥 氏 体 区 的 元 素 。 在铁 素 体 中富集 ， 导 致 了铁素 体相 周 围液体 中的 增加 ， 在 铁素体 周围开始析 出 了奥氏体 ， 相应 发生 了 一 铁素体 一 夕一奥氏体 的包 晶反 应 ， 使 一相 逐渐 溶 解 变 细 。 随着 凝 固的进行 ， 凝 固层愈厚 收缩 愈大 ， 散 热 能 力也 愈低 。 高温停 留时 间愈长 ， 包 晶反 应 愈 充分 ， 柱状 晶的特 征即 逐渐 消失了 ， 而 微 观形 态仍 可看 到 三 层 结 构 。 为 了探 知连铸坯 在轧制 温度下 裂 纹产 生 的 可 能性 ， 测 定 了 一 ℃ 范 围内铸坯 的 高 温强 度 一 “ ， 此值足 以说 明裂纹 的 敏 感性 不强 ， 可 以预料 快 速 冷 却不会有 什么 问题 。 但根 据板坯 凝 固传热 数 学模型 〔 “ 〕 的研 究结 果 ， 考虑 到 铸 坯 切 割 时的 温 度要 求 等 因素 ， 二 冷 区仍拟 采取 “ 弱 冷 ” 制 度为宜 。 该制 度对铸坯 的 中心 疏 松 、 中心 裂纹 及 成分 偏析 等不会造 成不 良后 果 。 值 得 指 出的是 凝 固组织 的 柱状 晶发 达 以致形 成对接 或 中心搭 桥 ， 本来 极有 可 能造 成 中心 线偏析 ， 但 从 实 际取 样分 析检验结 果中发 现 ， 型 连铸 坯 与模 铸 初 轧 坯 相 比 ， 前者 的偏 析状 况似乎 更 小一 些 表 ， 而且铸坯 的 纵 向和 横 向断 面 上偏 析量都 很小 。 证 明了连 铸坯 的 凝 固过 程一 般 不会 扩大 元素 的偏 析倾 向 。 半 各 元素偏析 的对 比 ， 、 ， 元 素 ， 写 到 最 连 铸 最 大 小 。 。 。 。 。 。 。 。 迄 模 铸 最 大 。 。 。 。 。 结 束语 前述研 究结 果 表明 ， 钢水质量 、 连 铸工艺制度 及凝固过程 是影 响不锈钢连铸 坯质量 的几 个 易
主要因素。如控制合理，便可获得基本满足后步加工工艺要求的合格铸坯。研究中的304型 不锈钢板坯作为中板和卷板的坯料已完全可以满足质量要求。中板和薄板产品抽样检查结果 也都达到了用户的技术要求。今后的目标将是进一步提高连铸技术水平，尽量减少修磨甚至 不修磨向无清理直接轧制过渡，使我国的不锈钢连铸技术提高到一个新的水平。 参考文献 1沃尔夫M。现代连铸理论与实践，（译文集）中国金属学会，1986：353~377 2鲍远情。北京科技大学钢铁怡金专业硕土论文，1990 2邢文彬，许诚信等。第三届全国连续铸钢学术会议论文选集，中国金属学会，1987： 126~127 电渣熔铸依发W50型曲轴 本项成果采用了电渣精炼钢水、强冷纵向顺序凝固、无二次氧化的液渣保护熔铸，以及 连续稳定的在同一设备中一步成型，并相应采用自耗电极沿贯通的主轴孔腔熔铸，滑动模块 推移成型及配套工艺技术。经全国性治金与机械专家、教授鉴定及70多位与会代表一致认 为：北京科技大学首创的电渣熔铸曲轴一步成型技术构思新颖，结构合理，技术先进，操作 方便，工艺成熟，属国内外首创。电渣熔铸依发W50型曲轴的研制成功并批量投产开创了进 口曲轴采用电渣熔铸一步成型的新途径，取得了一项新成果，并为出口创汇准备了条件。本 技术可大范围的应用于性能要求达到国内外锻件水平，热变形加工困难，外形较复杂的曲轴 等优质异形件的生产，具有投资少，性能质量高，经济效益好的特点。 电渣熔铸依发W50型曲轴已经生产了近2000根，经过使用，性能优异，运行正常，用户 普遍反应很好。 (1)成份均匀稳定，表面成型良好，与同类锻造曲轴相比，有害元素〔S)<0.0190%, 各类夹杂物细小，一般小于10m,金相夹杂评级≤1级，正火后组织晶粒度为6级，调质后的 基体组织为索氏体二级。 (2)机械性能好，对45钢和40Cr钢两种电渣熔铸曲轴的机械性能与德国的TGL标准或 国标GB669一65和GB3077一82相比，强度提高20%，塑性值提高(5~10)%，冲击韧性提高 10%,弯曲疲劳强度也比锻造轴高，安全系数为1.73。 (3)经济效益与模锻轴相比，电渣熔铸依发W50型曲轴的钢材利用率提高(18~25)%， 每根节约15kg左右，生产每吨成品轴可节约0,3t优质钢材，年产3万根同类型曲轴时，可节 约钢材450t。可节约主设备投资约200万元。电渣熔铸W50型曲型与进口同类模锻轴零售价 (折合人民币2700元/根)相比，每根轴便宜1600元，如按年产2000根计算，可为国家节约 320万元，经济与社会效益显著。 56
主要 因素 。 如控制 合理 ， 便可获得基本满足后步加工工艺要求的合格铸 坯 。 研究 中的 型 不锈钢板坯作为 中板和卷板的 坯料 已完全 可以满足质量要 求 。 中板和薄板产品 抽 样检查结果 也都达到 了用户 的技术要求 。 今后的 目标将是进一 步提高连铸技术水平 ， 尽量减少修磨甚至 不修磨向无清理直接轧制过渡 ， 使我 国的不锈钢连铸技 术提高到一 个新的水平 。 参 考 文 献 沃尔夫 现代连铸理论与 实践 ， 译文集 中国金属 学会 ， 鲍远情 北京科技大学钢铁冶金专业硕士论文 ， 邢文彬 ， 许诚信等 第三 届全 国连续铸钢 学术会议论文选集 ， 中国金 属学会 ， 〔 电渣熔铸依发 型曲轴 本项成 果采 用 了 电渣精炼钢水 、 强冷纵向顺序凝固 、 无二次氧化的 液渣保 护熔铸 ， 以及 连续稳定的在 同一设 备 中一步成型 ， 并相 应采 用 自耗电极沿 贯通 的主轴孔腔熔铸 ， 滑动模块 推移成型及配套工艺技 术 。 经全 国性 冶金 与机械专家 、 教授 鉴定及 多位 与 会 代表一 致 认 为 北京科技大学首创 的 电渣熔铸 曲轴一 步成型技术构思新颖 ， 结构合理 ， 技术 先进 ， 操作 方便 ， 工艺 成熟 ， 属 国 内外首 创 。 电渣熔铸依发 型 曲轴的研制成功并批 量投产开创了进 口 曲轴采用 电渣熔铸一 步成型 的新途径 ， 取得了一项新成 果 ， 并为出 口创 汇准备了 条 件 。 本 技 术 可大 范围 的应用 于性 能要求达到 国内外锻件水平 ， 热 变形加工 困难 ， 外形较 复杂 的 曲轴 等优质 异形 件的生 产 ， 具有 投资少 ， 性 能质量高 ， 经济效益好的特点 。 电渣熔铸依发 型 曲轴已经生产 了 近 根 ， 经过使用 ， 性 能优异 ， 运 行正常 ， 用户 普遍反 应很好 。 成份均 匀稳定 ， 表面成型 良好 ， 与 同类锻造 曲轴相 比 ， 有 害元素 〔 〕 。 ， 各类夹杂物细小 ， 一般 小于 郎 ， 金相夹杂 评级 毛 级 ， 正火后组织 晶粒度为 级 ， 调质后的 基体组织为索 氏体二级 。 机械性能好 ， 对 钢和 钢 两 种 电渣 熔铸 曲轴 的机械性 能与德国的 标准或 国标 一 和 一 相 比 ， 强度提高 ， 塑 性值提 高 ， 冲击韧性提 高 写 ， 弯 曲疲劳强度也 比锻造轴 高 ， 安全 系 数 为 。 经 济效益与 模锻轴相 比 ， 电渣 熔铸 依 发 型 曲轴的钢材利用 率提高 ， 每根节约 左右 ， 生产每吨成品轴可节 约。 优质钢材 ， 年产 万根 同类型 曲轴时 ， 可节 约 钢材 。 可节约 主设备投资约 万元 。 电渣熔铸 型 曲型与进 口 同类 模银轴零售价 折合人 民 币 。元 根 相 比 ， 每根轴 便宜 元 ， 如按 年产 根计算 ， 可为国家节约 万元 ， 经济与社会效益 显著
