含鈦焊絲鋼鑄坯表面質(zhì)量分析

張曉仕  樸占龍¹  靳賀斌¹  朱立光¹

（1.華北理工大學(xué)冶金與能源學(xué)院，河北省高品質(zhì)鋼連鑄工程技術(shù)研究中心，唐山，063009）

摘要：含鈦焊絲鋼ER80-G為包晶鋼，是裂紋敏感性鋼種。初生坯殼在凝固收縮過程中，若坯殼受熱不均，水平傳熱量大易產(chǎn)生裂紋、凹陷等表面缺陷。液態(tài)渣是否均勻流入結(jié)晶器與坯殼之間是影響坯殼傳熱一個重要方面，而保護(hù)渣的熔化速度、熔點、粘度影響液渣的厚度及流入行為，結(jié)晶溫度高低決定著坯殼水平傳熱量，檢測保護(hù)渣相關(guān)物化性能是判斷其冶金行為的重要依據(jù)。

關(guān)鍵字：含鈦焊絲鋼；表面質(zhì)量；保護(hù)渣

Surface quality analysis of ER80-G steel slab

Zhang xiaoshi1  Zhu Liguang1  Piao Zhanlong1 Jin HeBin1

(1.College of Metallurgy & Energy, Key Laboratory for Advanced Metallurgy Technology, Hebei Province High Quality Steel Continuous Casting Engineering Technology Research Center, North China University of Science and Technology, Tang Shan 063009, China.)

Abstract: ER80-G steel is peritectic steel and is a crack-sensitive steel. In the process of solidification and shrinkage of the green shell, if the shell is heated unevenly, the horizontal heat transfer amount is large, and surface defects such as cracks and dents are likely to occur. Whether the liquid slag flows evenly between the crystallizer and the shell is an important aspect that affects the heat transfer of the shell. The melting speed, melting point and viscosity of the mold flux affect the thickness and inflow behavior of the liquid slag. The crystallization temperature determines the level of the shell. Heat, detecting the physical and chemical properties of the protective slag is an important basis for judging its metallurgical behavior.

Key words: welding wire steel with titanium；surface quality； mold slag

1 前言

含鈦焊絲鋼具有優(yōu)良的熔敷性和低飛濺性，可適應(yīng)高能率化和高效率化焊接技術(shù)。鈦能和氮化合成TiN 起固氮作用[1]， 提高焊縫金屬抗氮氣孔的能力，含Ti 焊絲能夠滿足高強度鋼板對焊接材料的需求，在焊接電流較大時可減少飛濺30%～45%，然而在生產(chǎn)含鈦焊絲鋼過程中常出現(xiàn)水口堵塞，以及鑄坯表面存在一些缺陷，例如縱向凹陷、橫向凹陷、夾渣等，影響生產(chǎn)效率及產(chǎn)品合格率。因此，對含鈦鋼鑄坯表面質(zhì)量進(jìn)行分析及提出相應(yīng)的優(yōu)化建議，具有重要意義。

2 生產(chǎn)工藝及鑄坯表面質(zhì)量

我國北方某廠生產(chǎn)的ER80-G鋼，生產(chǎn)工藝為120t轉(zhuǎn)爐→LF→連鑄，其鋼種成分如表1所示。

表1 ER80-G鋼化學(xué)成分（%）

通過對該工藝流程生產(chǎn)的連鑄坯進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)鑄坯具有很多明顯的表面缺陷，其原始形貌如圖1所示。從宏觀形貌看，鑄坯表面存在渣溝、渣坑、縱向凹陷、橫線凹陷等缺陷。

為了更清晰的觀察鑄坯表面質(zhì)量，利用熱酸蝕低倍檢測方法對鑄坯表面進(jìn)行檢驗。鑄坯酸洗后形貌如圖2所示。

由圖2可知，表皮樣長度為210mm，寬度為162mm，縱向凹陷長度為210mm，寬度為40mm，夾渣為不規(guī)則形狀，長度約為0.5mm~4.5mm，寬度約為0.1mm~2.5mm。鑄坯存在大量的表面缺陷，與保護(hù)渣的各項理化性能有著密不可分的影響。因此，對保護(hù)渣相關(guān)物化性能進(jìn)行檢測，進(jìn)而分析鑄坯表面缺陷的形成原因。

3 保護(hù)渣性能分析

3.1 熔點熔速測試結(jié)果及分析

采用全自動爐渣熔點熔速測定儀對承鋼方坯連鑄用保護(hù)渣熔化溫度和熔化速度進(jìn)行研究。保護(hù)渣熔化特性的檢測結(jié)果如表2所示。

表2 ER80-G鋼方坯連鑄保護(hù)渣熔融特性檢測值

由表2可知：

（1）實驗測得保護(hù)渣的熔點為1121℃。利用FactSage集成熱力學(xué)數(shù)據(jù)計算系統(tǒng)中的Equilib模塊進(jìn)行相圖計算擬合出的熔點為1120.19℃，實驗數(shù)據(jù)與模擬數(shù)值十分接近；

（2）從表2看出，兩組熔速的平均值為152s，較慢的熔速對液渣層的厚度及對其的補充有一定的影響，影響保護(hù)渣的消耗量[2]，造成鑄坯表面缺陷。

3.2粘度測試結(jié)果及分析

本研究利用Brookfield旋轉(zhuǎn)粘度計，對保護(hù)渣的粘度進(jìn)行2組測試，每組測試3次。采用蓖麻油進(jìn)行標(biāo)定，保護(hù)渣粘度的檢測結(jié)果如表3所示。

表3 承鋼方坯連鑄保護(hù)渣粘度特性檢測值

由表3可知，三次檢測值的平均值為0.799Pa·s，保護(hù)渣實際粘度應(yīng)高于0.799Pa·s。較高的粘度，會降低液渣層的流動性。

通過對不同溫度下保護(hù)渣所對應(yīng)的粘度值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出保護(hù)渣粘度特性曲線如圖5所示。

由圖3可知，保護(hù)渣的轉(zhuǎn)折溫度為1115℃，降溫過程中，保護(hù)渣粘溫曲線變化較穩(wěn)平緩，說明保護(hù)渣在降溫過程中未出現(xiàn)大量的結(jié)晶相。

3.3結(jié)晶溫度測試結(jié)果及分析

保護(hù)渣結(jié)晶溫度測定采用熱絲法（SHTT）。對保護(hù)渣結(jié)晶性能的測試分別進(jìn)行3次試驗，為確保試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，每次試驗前利用K2SO4進(jìn)行溫度校核，對設(shè)備參數(shù)進(jìn)行修正。同一試樣，測試3次，其測試結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知：

（1）保護(hù)渣熔化過程中，在中央存鉑銠絲上和熔池在大量氣泡；

（2）完全熔化后，在熔池中沒有出現(xiàn)清澈透明的液態(tài)保護(hù)渣；

（3）凝固過程中，在鉑銠絲附近及整個熔池沒有發(fā)現(xiàn)結(jié)晶相；

（4）降溫過程中未發(fā)現(xiàn)結(jié)晶相，與平滑的粘溫曲線得出的結(jié)論相吻合，故ER80-G鋼保護(hù)渣沒有結(jié)晶現(xiàn)象。

4 凝固特性分析

利用FactSage軟件模擬ER80-G鋼的凝固特性，如圖5所示，可知此鋼種在凝固過程中存在包晶反應(yīng)，產(chǎn)生強烈的線收縮和體積收縮，裂紋敏感性大�？刂坪蜏p弱保護(hù)渣渣膜傳熱是減少鋼表面裂紋的一項重要措施[3]。

5 小結(jié)

連鑄坯表面缺陷存在縱向凹陷、橫向凹陷、凹坑、夾渣等缺陷，針對連鑄坯表面缺陷進(jìn)行具體分析，進(jìn)而提出改進(jìn)方法。

5.1縱向凹陷

縱向凹陷形成的主要原因是保護(hù)渣性能差，熔速慢。液渣流入時，未能及時補充液渣層的消耗，導(dǎo)致液渣層較薄，同時，液渣流入時伴有粉渣，造成坯殼局部受熱不均[4]；保護(hù)渣堿度較低，不利于析晶，影響坯殼的傳熱。

5.2橫向凹陷

橫向凹陷形成的主要原因是保護(hù)渣性能差，液態(tài)渣不會順暢地流入鑄坯與結(jié)晶器之間，造成坯殼受熱不均，在拉應(yīng)力和熱應(yīng)力作用下，易產(chǎn)生橫向凹陷；

5.3 表面凹坑

表面凹坑形成的主要原因是保護(hù)渣的流入性差，在結(jié)晶器與坯殼之間可能存在粉渣[5]，初生坯殼較薄，強度較低，在坯殼向下運動過程中，粘附在結(jié)晶器壁上的粉渣和渣圈擠壓坯殼，同時坯殼受熱不均，局部坯殼變薄，組織粗大，易產(chǎn)生凹坑等缺陷。

5.4夾渣是由連鑄的過程中被卷入鋼水中的未熔化的渣粉或上浮的夾雜物造成。保護(hù)渣均勻性差，熔點過高或過低導(dǎo)致渣化不良，引起鑄坯夾渣現(xiàn)象。

針對ER80-G鋼鑄坯表面缺陷,改善保護(hù)渣相關(guān)物化性能，如適當(dāng)提高堿度，高堿性高玻璃化連鑄保護(hù)渣在吸收夾雜物后粘度和熔點變化不大,在澆鑄高鈦鋼時性能穩(wěn)定,結(jié)晶器狀況良好,鑄坯表面和皮下質(zhì)量正常,能滿足ER80-H鋼連鑄工藝的要求。提高熔化速度、降低熔化溫度和粘度，熔化溫度高粘度偏大都會影響保護(hù)渣的鋪展性和熔化性[6]。增加液渣層厚度，提高坯殼水平傳熱熱阻，減緩坯殼傳熱，改善液態(tài)渣的流動性。同時提供適宜的渣耗量, 維持充分的液渣深度，以抵消液面波動及保證結(jié)晶器上升期邊緣有液渣存在。

6 優(yōu)化措施

保護(hù)渣的性能密切影響著鑄坯的表面質(zhì)量，選擇合適的保護(hù)渣是能夠生產(chǎn)出表面質(zhì)量優(yōu)良鋼的前提，尤其是ER80-G鋼為包晶鋼，對保護(hù)渣的要求比較高，通過以上分析，將原有的保護(hù)渣進(jìn)行改良優(yōu)化，以適應(yīng)鋼種冶煉的需要。

1）適當(dāng)提高保護(hù)渣堿度 ；

2）降低保護(hù)渣的熔化溫度和粘度；

3）提高保護(hù)渣的熔化速度；

4）增加保護(hù)渣液渣層厚度，減緩坯殼傳熱；

5）對保護(hù)渣進(jìn)行成分設(shè)計優(yōu)化.。

參考文獻(xiàn)：

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[2]倪修華. 連鑄板坯表面縱裂原因探究[A]. 中國金屬學(xué)會.中國冶金——“創(chuàng)新創(chuàng)意，青年先行”第七屆中國金屬學(xué)會青年學(xué)術(shù)會論文集[C].中國金屬學(xué)會:,2014:4.

[3]朱立光,張彩軍,韓毅華,朱新華,王杏娟.包晶鋼連鑄用保護(hù)渣性能優(yōu)化[J].河南冶金,2012,20(05):1-3+6.

[4]曹磊.包晶鋼連鑄坯表面縱裂與保護(hù)渣性能選擇[J].鋼鐵,2015,50(02):38-42.

[5]倪有金,龐煒光,孫彥輝,蔡開科.包晶鋼板坯表面縱裂紋的形成與防止[J].連鑄,2010(04):1-12.

[6]姚曼,王文華,方大成.連鑄結(jié)晶器與鑄坯間保護(hù)渣潤滑行為的研究[J].鋼鐵,2001(03):26-29.