隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，產(chǎn)品的質(zhì)量已經(jīng)成為占有市場(chǎng)的主要砝碼，連鑄坯作為煉鋼廠的終端產(chǎn)品，其質(zhì)量直接影響著軋材單位的產(chǎn)量和軋材質(zhì)量，據(jù)統(tǒng)計(jì)煉鋼廠連鑄坯質(zhì)量缺陷中約70%為連鑄坯裂紋，連鑄坯裂紋成為影響連鑄坯產(chǎn)量和質(zhì)量的重要缺陷之一，下面將對(duì)鑄坯在凝固過程中裂紋的形成做簡(jiǎn)要分析：

一、鑄坯凝固過程的形成

鑄坯在連鑄機(jī)內(nèi)的凝固可看成是一個(gè)液相穴很長(zhǎng)的鋼錠，而凝固是沿液相穴的固液界面在液固相溫度區(qū)間把液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w把潛熱釋放出來的過程。在固液界面間剛凝固的晶體強(qiáng)度和塑性都非常小，當(dāng)作用于凝固殼的熱應(yīng)力、鼓肚力、矯直力、摩擦力、機(jī)械力等外力超過所允許的外力值時(shí)，在固液界面就產(chǎn)生裂紋，這就形成了鑄坯內(nèi)部裂紋。而已凝固的坯殼在二冷區(qū)接受強(qiáng)制冷卻，由于鑄坯線收縮，溫度的不均勻性，坯殼鼓肚、導(dǎo)向段對(duì)弧形不準(zhǔn)，固相變引起質(zhì)點(diǎn)如（ＡｌＮ）在晶界的沉淀等，容易使外殼受到外力和熱負(fù)荷間歇式的突變，從而產(chǎn)生裂紋就是表面裂紋。

二、連鑄坯裂紋形態(tài)和影響因素

連鑄坯裂紋形態(tài)分為表面裂紋和內(nèi)部裂紋，表面裂紋有縱向、橫向角部裂紋、表面橫裂和縱裂、網(wǎng)狀裂紋和凹陷等，內(nèi)部裂紋有中間、中心和矯直裂紋等。

連鑄坯裂紋的影響因素：

連鑄坯表面裂紋主要決定于鋼水在結(jié)晶器的凝固過程，它是受結(jié)晶器傳熱、振動(dòng)、潤(rùn)滑、鋼水流動(dòng)和液面穩(wěn)定性所制約的，鑄坯內(nèi)部裂紋主要決定于二冷區(qū)凝固冷卻過程和鑄坯支撐系統(tǒng)（導(dǎo)向段）的對(duì)弧準(zhǔn)確性。鑄坯凝固過程坯殼形成裂紋，從工藝設(shè)備和鋼凝固特性來考慮影響裂紋形成的因素可分為：

1、連鑄機(jī)設(shè)備狀態(tài)方面有：

1）結(jié)晶器冷卻不均勻

2）結(jié)晶器角部形狀不當(dāng)。

3）結(jié)晶器錐度不合適。

4）結(jié)晶器振動(dòng)不良。

5）二冷水分布不均勻（如噴淋管變形、噴嘴堵塞等）。

6）支承輥對(duì)弧不準(zhǔn)和變形。

2、工藝參數(shù)控制方面有：

1）化學(xué)成份控制不良（如C、Mn\S）。

2）鋼水過熱度高。

3）結(jié)晶器液面波動(dòng)太大。

4）保護(hù)渣性能不良。

5）水口擴(kuò)徑。

6）二次冷卻水分配不良，鑄坯表面溫度回升過大。

7）鑄坯帶液芯矯直。

8）鑄坯在脆性區(qū)（700~900℃）矯直。

3、鋼的凝固特性方面有：

1）凝固冷卻過程的相變。

2）鑄坯凝固結(jié)構(gòu)（柱狀晶與等軸晶的比例）。

3）凝固殼高溫力學(xué)行為。

4）凝固過程的偏析。

三、連鑄坯裂紋形成原因分析

表面裂紋起源于結(jié)晶器鋼水的凝固過程中，在二冷區(qū)加速了裂紋的擴(kuò)展，而內(nèi)部裂紋起源液相穴固液交界面并伴隨有偏析線。

1、縱裂紋

鑄坯裂紋起源于結(jié)晶器初生坯殼厚度的不均勻性，是一種嚴(yán)重的表面缺陷。

2）鋼中Ｃ含量對(duì)縱裂紋的影響。

Ｃ含量在（0.1~0.2%）時(shí)，鑄坯表面縱裂趨向嚴(yán)重，且鑄坯拉速越高，縱裂越嚴(yán)重。

在結(jié)晶器彎月面區(qū)，鋼水凝固面初生坯殼δFeC=0.1%時(shí)進(jìn)入包晶反應(yīng)區(qū)且伴隨較大的線收縮，隨著溫度下降發(fā)生δFe－γFe轉(zhuǎn)變發(fā)生線收縮，坯殼與結(jié)晶器銅壁脫離過早形成主隙，導(dǎo)致熱流較小，坯殼較薄，在表面形成凹陷，凹陷部位冷卻和凝固比其它部位慢，組織粗化，對(duì)裂紋敏感性強(qiáng)，坯殼出結(jié)晶器后受到噴水冷卻和鋼水靜壓作用，在凹陷的較薄弱處造成應(yīng)力集中，加上鋼處于高溫脆性區(qū)而引起裂紋，在二冷區(qū)繼續(xù)擴(kuò)展。

坯殼表面凹陷越深，坯殼厚度不均勻性就越嚴(yán)重，縱裂出現(xiàn)的機(jī)率就越大。

2）鋼中S+P含量對(duì)縱裂的影響。

鋼中S+P含量高，鑄坯縱裂發(fā)生幾率增加，鋼中P＞0.017%、S＞0.025%鋼的高溫強(qiáng)度和塑性降低，容易發(fā)生縱裂，保持Mn/S＞20可減少縱裂。

3）保護(hù)渣性能對(duì)縱裂的影響。

在保護(hù)渣各項(xiàng)特性中，粘度對(duì)產(chǎn)生表面裂紋影響較大，渣粘度較高時(shí)，隨拉速增加縱裂加重，渣粘度較小時(shí)隨拉速增加縱裂減少，保護(hù)渣粘度越小，縱裂出現(xiàn)的幾率就少。

4）其它影響。

水口與結(jié)晶器不應(yīng)＞2mm，水口與結(jié)晶器不對(duì)中鋼流對(duì)坯殼產(chǎn)生偏流沖刷，造成坯殼不均勻也增加縱裂紋產(chǎn)生的機(jī)率。

結(jié)晶器液面波動(dòng)也對(duì)縱裂產(chǎn)生影響。結(jié)晶器液面波動(dòng)＞10mm時(shí)縱裂發(fā)生機(jī)率為30%。

2、橫裂紋

橫裂紋是位于鑄坯內(nèi)弧表面振痕的波谷處，通常隱藏著看不見，裂紋位于鐵素體網(wǎng)狀區(qū)，而網(wǎng)狀區(qū)正是初生奧氏結(jié)晶界，晶界處有AlN和Nb（CN）的沉淀。

一般是C－Mn鋼（Mn＞1%），C－Mn－Nb（Ｖ）鋼（Nb0.03%）容易發(fā)生橫裂紋，鋼中Al和N增加，橫裂紋敏感性增加，因?yàn)锳l、N在Ａ體晶界析出，降低了內(nèi)聚力，增加了γ→ａ轉(zhuǎn)變的脆性，使900～700℃延性大大降低。含Nb鋼在1050℃Nb（CN）已開開始晶界沉淀，使脆化溫度區(qū)加寬，橫向裂紋更嚴(yán)重。

鋼中P含量低于0.01%橫裂紋增加這是因?yàn)镻優(yōu)先在晶界富集，降低了沉淀相在晶界上的適度，但是鋼中P一般為不大于0.045%因Ｐ含量太高會(huì)使中心偏析加重弧形連鑄機(jī)矯直時(shí)，鑄坯內(nèi)弧受到張力，外弧受到壓力，在矯直過程中，由于振痕的缺口效應(yīng)產(chǎn)生應(yīng)力集中，再加上矯直溫度＜900℃加速成了橫裂紋形成，因此二冷區(qū)采用軟冷卻，使鑄坯進(jìn)矯直機(jī)的表面溫度大于950℃，可以有效減少橫裂紋。

橫裂紋是與振痕共生的，要減少橫裂紋就是要減少小振痕深度，振動(dòng)頻率增加，振痕深度要減少，采用高振頻小振幅的結(jié)晶器振動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以有效地減少振痕深度，從而減少橫裂的發(fā)生。

3、鑄坯內(nèi)部裂紋

包括中間裂紋、中心裂紋、矯直裂紋等，裂紋產(chǎn)生的地點(diǎn)是在液面相穴凝固前沿的固液界面，然后再在固相擴(kuò)展直到能抵抗裂紋為止。

鑄坯內(nèi)部裂紋的形成與鑄坯鼓肚、表面回?zé)岷丸T坯低倍組織等因素有關(guān)。

四、連鑄坯裂紋形成機(jī)理

1、力學(xué)觀點(diǎn)

1）臨界應(yīng)力：以凝固過程中坯殼所承受的應(yīng)力來判斷裂紋的形成，如應(yīng)力超過了固相線溫度附近臨界強(qiáng)度則產(chǎn)生裂紋。

2）臨界應(yīng)變：當(dāng)固液界面固相的變量超過了臨界應(yīng)變值時(shí)產(chǎn)和斷裂。

臨界應(yīng)力和應(yīng)變值決定于凝固結(jié)構(gòu)，也就是δ相與γ相的比例，全時(shí)和韌性較高，δ＋γ相凝固和γ相凝固韌性和強(qiáng)度較低，對(duì)裂紋敏感性增加。

2、冶金學(xué)觀點(diǎn)

1）晶界脆化理論。在凝固前沿大約液相分率10%富集溶質(zhì)的液體薄膜（如硫化物）包圍樹枝晶，降低了固相線溫度附近鋼的延性和強(qiáng)度，當(dāng)受到外力作用時(shí)裂紋就沿晶界發(fā)生，致使凝固前沿產(chǎn)生裂紋。

2）柱狀晶區(qū)的切口效應(yīng)。凝固前沿的柱狀晶生長(zhǎng)的根部相當(dāng)于一個(gè)“切口”，產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致裂紋。

3）硫化物脆性。硫化物日界分布形成所謂Ⅱ類硫化物，引起晶間脆性，成為裂紋優(yōu)先擴(kuò)展的地方，這是已凝固坯殼產(chǎn)生裂紋的原因。

4）質(zhì)點(diǎn)沉淀理論：鑄坯在冷卻過程中AlN、Nb（CN）等質(zhì)點(diǎn)在Ａ體晶界面沉淀，增加晶界脆性與裂紋的敏感性，這是鑄坯矯直產(chǎn)生裂紋的主要原因。