鋼錠缺陷(defect in ingot)是指鋼錠的質量疵病。按其存在的位置有表面缺陷和內部缺陷；按其形態和形成特點分別稱為裂紋、結疤、翻皮、重皮、重接、夾渣、表面氣泡、皮下氣泡、氣泡暴露等。鋼錠鍛後缺陷主要有裂紋、中心疏鬆、縮孔、夾雜物超標等。其中裂紋主要與澆注速率、過熱度及鋼錠錠型有關；中心疏鬆和縮孔通常伴生，主要和冒口補縮、保溫情況有關； 夾雜物超標主要和鋼液純淨度、保護渣性能有關。
基本介紹
- 中文名：鋼錠缺陷
- 外文名：defect in ingot
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
- 類型：表面缺陷和內部缺陷
- 分別：裂紋、結疤、翻皮、重皮、重接等
定義,產生因素,原因分析,最佳化措施,總結,
定義
鋼錠缺陷(defect in ingot)是指鋼錠的質量疵病。按其存在的位置有表面缺陷和內部缺陷；按其形態和形成特點分別稱為裂紋、結疤、翻皮、重皮、重接、夾渣、表面氣泡、皮下氣泡、氣泡暴露等。特鋼廠生產的6 t H13 鋼錠，平均鋼錠利用率為80%，探傷合格率不足90%，距離國內先進水平86%還有一定距離。通過分析6 t H13 鋼產生的缺陷，研究典型質量缺陷的成因並提出改良措施。
產生因素
鋼錠鍛後缺陷主要有裂紋、中心疏鬆、縮孔、夾雜物超標等。其中裂紋主要與澆注速率、過熱度及鋼錠錠型有關；中心疏鬆和縮孔通常伴生，主要和冒口補縮、保溫情況有關； 夾雜物超標主要和鋼液純淨度、保護渣性能有關。
主要缺陷是內部缺陷，其次是硬度不均勻、表面缺陷、開裂等，冒口錠尾缺陷占6.52%。其中主要缺陷是裂紋，其次是疏鬆，部分嚴重的會造成密集性缺陷。總的來看，這些缺陷是可能與冒口補縮、澆注制度、保溫制度以及錠型有關。
原因分析
1 錠型分析
關於6 t 鋼錠錠型參數的評價，可以發現除下模壁較厚之外，其他參數基本合理。下模壁較厚可能導致冷卻速度加快， 形成細長液心，造成中心疏鬆及縮孔。這是影響冒口補縮效果的因素之一，通過調整錠模下部的厚度，可以控制冷卻速度，調整液心的長度，縮短補縮距離。
冒口補縮的效果， 由冒口的補縮能力和補縮的客觀條件決定。下錠模的厚度影響鋼錠局部的冷卻速度，屬於後者；冒口的鋼液狀態、純淨度和冒容比可能會影響冒口的補縮能力，屬於前者；因此，基於對缺陷類型和錠型的評價， 進一步對冒口的補縮能力進行分析。
2 冒口補縮的情況分析
（1）冒口質量檢測
冒口處的表面品質極差，凹坑深度較大，可能存在內部質量問題。於是，在冒口位置取樣分析，對樣品進行金相分析，結合取樣部位及剖面顏色分布，可認為V 型疏鬆區組織存在大量的空洞、夾雜及成分偏析。冒口處的V型缺陷說明錠身的也可能存在質量；同時，除去錠模厚度的問題，該類缺陷出現原因還存在其他可能，尤其是錠模冒口的設定。
（2）絕熱板性能測試
從現場取得6 t 鋼錠使用的絕熱板，經檢測該絕熱板的主要成分是SiO2，屬於輕質耐火材料。取邊長為30 mm 的六面體做密度和導熱性的檢測。密度檢測時，將該樣品於100 ℃乾燥箱中乾燥2 h 秤重，計算出密度。導熱率檢測採用PBD-12-4Y 平板導熱率測量。測得的密度為1.3370 3×103 kg/m3，導熱率為0.197 659 W/(m·℃)。在導熱率測試過程中，該樣品在1 000 ℃時發生嚴重粉化。
絕熱板的物理性能要求體積密度≤0.95×103 kg/m3，1 000℃導熱率≤0.23W/ (m·℃)。
該樣品測得密度大於限定值， 導熱率接近上限， 1 000 ℃時發生嚴重粉化，可見其保溫效果和耐熱性均比較差， 影響冒口補縮性能， 容易導致冒口內的疏鬆區域延伸到錠身， 從而增大冒口切除量， 減小鋼錠利用率； 且對鋼錠冒口表面質量不利。
（3）覆蓋劑性能測試
從現場取得6 t 鋼錠使用的保護渣， 經檢測該保護渣的主要成分是SiO2、CaO 和Al2O3。採用熔點熔速測定儀測試保護渣的熔點和熔速。對比發現，該渣樣性能比較合理，保護渣對鋼錠質量缺陷的影響較小。
覆蓋劑質量應該合格； 絕熱板質量差會導致冒口處的鋼液溫度下降過快， 並混入夾雜物， 影響補縮，是造成冒口缺陷的原因之一。
3 澆注和保溫制度分析
錠身澆注4~7 min，澆注速度15~30 kg/s，澆到冒口絕熱板下端進行細流填充。之後加入發熱劑等待拔模。這種一段式的澆注方式有可能與該廠採取的較高過熱度不匹配(液相線1 485 ℃，過熱度50~55 ℃)，產生裂紋的機率增加。
具體可以解釋為：高澆速、高過熱度，澆完錠身之後下部鋼液仍未凝固， 隨著冷卻的進行形成較長的液心(補縮距離增加)，在冒口補縮能力固定的情況下，容易在冒口與錠身結合處形成凝固搭橋效應，影響補縮的客觀條件。而高澆速、過低的過熱度仍然存在風險，控制較難。所以應選擇合適的澆注制度與鋼液過熱度匹配。關於對澆注制度合理性的判斷，可通過分析缺陷主要出現的部位來驗證。
分析發現， 大部分裂紋缺陷在冒口與錠身結合處；主要撕裂狀裂紋、橫裂紋、縱裂紋，並伴隨有疏鬆甚至密集性缺陷，這些缺陷一直延伸到錠身。
部分鋼錠鍛造後也發現了裂紋， 在距離端部700~800 mm 處，原本應為冒口和錠身結合部位(澆高240 mm，切去一定長度鍛造)。但部分裂紋沒有氧化脫碳現象，應是在鍛造過程中產生；因為在鍛造前的加熱擴散過程中， 鋼錠已產生了過熱；鍛造後冷卻速度較快，沒能及時回火，以致產生大量的粗大上貝氏體組織， 在切應力作用下在鍛件上產生了長而深的縱向裂紋。
綜合分析認為， 澆注制度不合理引起的凝固搭橋效應和絕熱板下端引起的熱效應， 是裂紋產生的主要原因，鍛造後的熱處理制度是次要原因。
最佳化措施
根據以上的分析，提出以下最佳化措施。
（1）改善保溫冒絕熱板材質， 提高Al2O3含量1%~3%，加入2%~5%漂珠和<10%膨脹珍珠岩，粘結劑和纖維制原料保持不變。
（2）降低冒容比至10%~11%。調整下模壁厚度為160 mm。
（3）調整澆注制度，分成兩段式，即：開澆速度不變，正常澆注速度15~30 kg/s，至錠身3/4 處(3 min左右時)澆注速度降為1/2，至冒口1/3 深度處，細流補縮7 min。
採取最佳化措施後3 個月生產的H13 鋼錠相關統計數據表明，鋼錠的探傷合格率提升至96%(以大棒為驗收標準)，鋼錠利用率提升至88%。
總結
（1） 該企業不合格鋼錠的主要缺陷是裂紋和疏鬆， 分布在冒口與錠身結合處並一直延伸到錠身。
通過提高冒口絕熱板材質、調整鑄模結構和澆注制度，可以取得明顯效果。
（2） 錠身缺陷產生的主要原因是冒口絕熱板質量差(減弱冒口補縮能力)和澆注制度問題引起的補縮效果下降(使補縮距離增加)；兩種質量問題所引起的主要現象包括： 澆注制度引起的凝固搭橋效應和絕熱板下端引起的熱效應。
（3） 在採用新的絕熱板材質和澆注制度的情況下，帽容比降低至10%~11%仍能保持較高的補縮效果。
（4） 採用最佳化措施之後， 鋼錠的探傷合格率提升至96%(以大棒為驗收標準)， 鋼錠利用率提升至88%。
