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异型坯包晶合金钢腹板裂纹产生原因分析

   2014-07-17 中国节能网2540
核心提示:  1)经过长期的分析研究,发现轧材裂纹主要集中在H型钢腹板中部或靠近圆角处,裂纹沿轧制(浇注)方向出现。用放大100倍的高倍显微镜观察,裂
  1)经过长期的分析研究,发现轧材裂纹主要集中在H型钢腹板中部或靠近圆角处,裂纹沿轧制(浇注)方向出现。用放大100倍的高倍显微镜观察,裂纹深度0.2—0.8mm,裂纹宽度0.1—0.6mm,裂纹底部不规则,有些裂纹有延伸(底部扩展),裂纹周围有脱碳迹象。

  电镜观察裂纹周围有夹杂物(硅、锰氧化物)富集的现象。与轧材相对应,铸坯在腹板圆角处和腹板中部也存在表面裂纹,但因热态下较小的裂纹不易发现,有些缺陷铸坯漏检,造成轧材腹板裂纹。

  从根本上讲,表面纵裂是由于坯壳在结晶器内冷却不均导致应力集中而发生的。引起表面纵裂的具体原因有以下两个方面:①钢中含碳量为0.12% 一0.16%时,由于相变造成热收缩差异导致初生坯壳的厚度不均性最严重,收缩应力作用于坯壳上的拉应力超过钢的高温允许强度和应变,在薄弱处产生应力集中,导致纵裂,在二冷区继续扩展,这是产生纵裂的内因;②保护渣熔渣层过厚或不稳定,引起液渣流人波动,结晶器热流紊乱,加之结晶器液面波动和钢水过热度较大,共同构成了铸坯产生裂纹的外因,加剧了裂纹敏感性钢种产生裂纹的危险性。因此横向收缩产生的摩擦力与坯壳变形所产生的应力是纵向裂纹产生的根源,从力学分析的角度讲,纵裂产生的最大原因是与其垂直的横向应力。

  2)通过对异型坯温度场和应力场有限元分析,结合现场工艺条件实际测量和铸坯低倍、高倍检测,对腹板裂纹进行了深入分析研究,明确了腹板裂纹的产生机理,为从根本上解决腹板裂纹奠定了基础。

  (1)异型坯断面形状不规则,很难实现均匀冷却,造成铸坯表面温度梯度大,现场实测表明腹板中心温度比腹板圆角部位低120—240~C,且腹板处于低温脆性区,裂纹敏感性强。异形坯低倍组织显示柱状晶分布很不均匀,进一步证明了异型坯冷却的不均匀性。

  (2)温度的不均匀造成应力分布的不均匀,通过有限元分析法模拟温度场和应力场,结果表明腹板部位应力特别集中,是其他部位的3倍以上,且受异型坯断面不规则性的影响难以消除。腹板部位应力集中,且温度处于低温脆性区,裂纹出现的几率增加。

  (3)异型坯形状的不规则性还决定了凝固时坯壳受力的特殊性。与普通板坯相比,异型坯形状特殊,受力方向复杂,其最大区别在于:①腹板坯壳收缩受翼缘(结晶器凸出部分)的牵制,形成额外的应力,而板坯宽面坯壳收缩自由;②翼缘的变形使得腹板与结晶器壁之间的摩擦力增加,造成腹板坯壳冷却收缩所产生的应力更大;③在结晶器下部和二次冷却区,翼缘收缩变形使腹板表面裂纹扩展趋势增大。

  (4)通过裂纹的高倍分析,发现裂纹处夹杂物含量较高,主要是锰、硅氧化物和硫化物,这些夹杂物的存在显著降低了钢的高温力学性能,若腹板夹杂物聚集部位应力集中更易产生裂纹。同时,钢种夹杂物较多也是影响异型坯包晶钢产品超低温条件下物理性能不合格的重要原因。经过分析,认为铸坯夹杂物主要是钢水洁净度不高和钢水的二次氧化造成的。
 
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