含Ti奥氏体不锈钢连铸小方坯的质量

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1992.03.020 第14卷第3期 北京科技大学学根 Vol,14 No.3 1992年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing May 1992 含Ti奥氏体不锈钢连铸小方坯的质量+ 许诚信·邢文彬·崔润琴·林纲·朱旭东· 摘要：介绍了我国第一台特殊钢方坯连铸机，连铸含T奥氏体不锈钢的铸坯质量情 况，内容包括：，坯的低倍组织结构、非金属夹杂物、化学成分偏析、铸坯表面及铜材性 能。连铸的工艺条件保证了产品的性能要求。 关键词：连铸，低倍组织，夹杂物，质量，偏析 Quality of the Austenitic Stainless Steel (Ti)Billet Xu Chengxin'Xing Wenbin'Cui Rungin'Lin Gang'Zhu Xudong" ABSTRAT:This paper shows the research results about quality of the austenitic stainless steel(Ti)billet produced by the special steel billet caster in China.A series of measurements including macrograph,inclusion,segregation of composi- tion and billet surface and property of final rolled steel products confirm that the continous casting process gives satisfaction to the quality of the products. KEY WORDS:continous casting,macrograph,inclusion,quality,segregation 钛是一种很活泼的元素。它与钢中的〔O)、〔N)都有极强的亲和力，生成TO2和TiN(C) 夹杂物，容易引起浇注时的水口堵塞事故，在铸坯表面产生皱折缺陷和内部夹杂物，轧材时 产生线状伤痕等缺陷。奥氏体不锈钢连铸坯更容易产生凹陷和振痕谷部缺陷。含T不锈钢是 1991-09-10收稿 +参加此项研究工作的还有重庆特殊钢厂的龚全珍、杨继成、黎玉春、徐传忠、王玉，中科院力学所的毛城、主世 郁、王俭。 ·治金系(De partme血t of Metallurgy) 305

推 春绍 翔 年 月 北 京 料 技 大 学 学 报 ， ，， 含 奥 氏体不锈钢连铸小方坯 的质量 许诚信 ， 邢文 彬 ， 崔 润琴 ， 林 纲 ‘ 朱旭东 ‘ 摘 要 介绍了 我 国第一 台特殊钢方 坯连铸机 ， 连铸含叭奥氏体不 锈 钢 的 铸 坯 质 呈 情 况 ， 内容 包括 铸坯 的低倍组织 结构 、 非金属夹杂 物 、 化学成分偏 析 、 铸坯 表 面 及 钢 材 性 能 。 连铸 的工艺 条件 保证 了产品的性 能要求 。 关越词 连铸 ， 低倍组织 ， 夹杂物 ， 质量 ， 偏析 拄 ‘ 甲 ， ‘ 月 宝 。 “ ， ， 五 。 ， ， ， ， 皮 钦是 一种 很 活泼 的元素 。 它与 钢中的 〔 〕 、 〔 〕都有极强 的亲 和力 ，生成 和 央杂物 ， 容易 引起浇 注时的水 口 堵塞 事故 ， 在铸坯 表面产生 皱折缺 陷和 内部夹杂物 ， 轧材时 产生线状 伤痕等缺陷 。 奥 氏体不锈钢连 铸坯 更容易产生 凹陷和振痕谷部缺陷 。 含 不锈 钢是 一 一 收稿 十 参加此 项研究工 作的还有重庆 特殊钢厂 的龚全 珍 、 杨继成 、 黎玉 春 、 徐 传忠 、 王玉 ， 中科院力学所 的 毛 斌 、 王 世 郁 、 王 俭 。 · 治 金系 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1992．03．020

难铸钢种之一。连铸无缺陷含T奥氏体不锈钢铸坯，从钢水精炼（包括二次炉外精炼）到连 铸全程工艺都要求处于最佳状态。 “七五”期间在重庆特殊钢厂建成了我国第一台特殊钢方坯连铸机，进行了合金结构 钢、弹簧钢和不锈钢等特殊用途钢种的生产，铸环质量已满足了轧材质量的要求。 连铸机的主要技术参数： 机型 弧型 流数 二流 半径(Rm) 10 铸坯断面尺寸(mm)140×140 电磁搅拌M-EMS+F-EMS 180×180200×200 结晶器液面控制Ce137检测仪 结晶器振动频率（次/min)4~210 结晶器振幅(mm)6一12 中间包容量 (t) 7 工艺流程： 电弧炉一VOD炉一一钢包吹氩长水巴中间包浸人式本口结晶器 连铸钢水中气体的含量：结晶器中钢液的气体含量取样测量结果×10~8（两炉平均结 果)为H)-5.675;CN门-146.25；〔0]-44.50，均小于铸坯质量控制要求的一般含量范围。 为了评价铸坯的内部质量，在连铸过程中切取了铸坯试样（横向和纵向），进行了下列 项目的检验分析：铸坯的低倍组织和缺陷；化学成分的编析；非金属夹杂物的形貌、组成、 颗粒尺寸及分布等。 1铸坯的低倍组织 铸坯的横向和纵向试样经加工研磨和酸浸后显示了低倍组织结构（图1），柱晶比较发 150 120 w/buroeds 60 30 0 4 Upperside Center 图1铸坯低倍组织结构(180mm方1Cr18Ni9Ti) 图2街还的二次枝品间距(1Cr18Ni9Ti) Fig.1 Macro-structure of stainless steel Fig.2 Sccondary arm spacing of the billet (1Cr18NigTi) 306

难铸钢种之一 。 连铸无缺陷含 奥氏体不锈钢铸坯 ， 从 钢水精炼 包括二次炉外精炼 到连 铸全程工 艺都要 求处于 最佳状 态 。 “ 七 五 ” 期 间在重 庆特殊 钢厂建 成 了我国 第一 台特殊 钢方坯 连 铸机 ， 进 行 了 合 金 结 构 钢 、 弹簧钢和 不锈 钢等特殊 用 途钢种 的生产 ， 铸坯 质 量 已满 足 了轧材质 量的要 求 。 连 铸机 的主要 技 术参数 机型 弧型 流数 二 流 半径 铸坯 断面 尺 寸 电磁搅拌 一 一 又 结 晶器液面控 制 检测仪 结 晶器 振 动 频率 次 一 结 晶器振幅 一 中间包 容量 工 艺流程 电弧炉 一 炉 一 钢包 吹氢过边』 翩 中间包星玉鑫业 口结 晶器 连铸 钢水 中气 体 的 含量 结 晶器中钢液 的 气体含量取 样测 量结果 一 ” 两 炉 平 均 结 果 为 〔 〕 一 〔 〕 一 〔 〕 一 ， 均小于 铸坯质量控制要 求的一般 含量范 围 。 为 了评价铸坯 的内部质 量 ， 在连铸过程 中切 取 了铸坯试样 横向和纵 向 ， 进 行 了下列 项 目的检验分析 铸坯 的低倍组 织和缺陷 化学成分 的编 析 非金属 夹杂物 的形貌 、 组 成 、 颗粒尺寸及分布等 。 铸坯 的低倍组织 铸坯 的横向和纵向试样经加工研磨和酸 浸后显示 了低倍组 织结构 图 ， 柱 晶比较发 叫口三匕 切三︺。沐﹄门‘创 ， 斗 图 铸坯低倍组 织结 构 方 一 呈 众 。 一 。 。 。 。 。 图 铸坯 的二 次枝 晶间距

达，有的试样柱晶中心对接，有的试样中心等轴晶率约13%，这与浇注的过热度、拉坯速度 和电磁搅拌的条件有关。降低过热度及增大电磁搅拌强度，有可能进一步提高中心等轴晶 率。 有的试片皮下5一10mm处有夹杂（渣），这与保护渣性能和液面波动较大等因素有 关。 铸坯树枝晶间距和铁素体相（δ）的测量结果见图2、图8，利用二次树枝晶间距值（入2）， 用下式1)：2=64T.35(T为冷却强度)可计算其铸坯断面上的冷却强度及凝固速度。在 距铸坯表面小手12mm处其冷却强度约为15.4℃/s,其数值相当于弱冷却制度，由测量结果 (入2)显示出铸坯的内外弧的冷却基本上是一致的。 由图3看出，铁素体量从铸坯的边缘向中心逐渐增加，中心略有下降，反映了铸坯从表 面到中心的凝固过程，此研究结果与国外文献报导是一致的2]。 Upper side .6659-1B20 2 ■ 4 ■ 8910 6 0 45 90 135 180 Upper Center Lower side side Lower'side 图3钱坯中铁素体(8)的分布 图4取样示意图 Fig.3 Size distribution of delta ferrite F1.4 Scheme of sampling (6)in the billet (ICr18NigTi) 2 铸坯的化学成分偏析 铸坯化学成分的偏析程度，影响着铸还的组织结构的均匀性和可能产生的缺陷等，对铸 坯的加工和产品的性能都有直接的影响。 对铸坯切取的横向试样的不同部位（图4）钻取化学成分样，用化学分析定量法进行了全 分析(C、P、S、Mn、Si、C、Ni等)。由分析结果表明，化学元素的偏析很小，分布比较均 匀，其C、S、P、Mn、Ni的偏析情况见图5。 了铸坯中的非金属夹杂物 对铸坯切取的横向头、中、尾试样（片），切取了金相夹杂物试样，试样切取的位置及编 号同钻取化学成分试样。 用金相显微镜，电子探针能谱、图相仪，检验了夹杂物的形貌、组成、颗粒尺寸及分布 307

达 ， 有的试样柱晶中心对接 ， 有的试释中心 等轴晶率 约 ， 这与浇注 的过 热度 、 拉坯速度 和 电磁搅 拌 的条 件有 关 。 降 低过 热度及增大 电磁搅拌 强 度 ， 有 可 能 进 一 步提高中心 等轴 晶 率 。 有 的试片皮下 一 处有夹杂 渣 ， 这 与保护渣性能和 液面波 动 较 大 等 因 素有 关 。 铸坯 树枝 晶 间距和铁 素 体相 句 的测量结果见 图 、 图 ， 利用 二次树枝 晶 间距值 肠 ， 角下式 〔 ‘ 〕 仓 ” · 子为 冷却强 度 可计 算其铸坯断面 上的冷 却强 度及凝 固速度 。 在 距铸坯 表面小于 二处其冷 却强度约为 ℃ ， 其数值相 当于 弱冷却制度 ， 由侧 量 结 果 久 显 示 出铸坯的 内外弧的 冷 却基本上是一致的 。 由图 看 出 ， 铁素 体量从铸坯 的边缘向中心逐渐增加 ， 中心 略有 下降 ， 反 映 了铸坯 从 表 面到 中心 的凝 固过程 ， 此研 究结果与国外文 献报导是 一致 的 〔 〕 。 工奋 卯叫材尸﹄﹄。﹄ 多， 时 图 铸还 中铁素体 由 的分布 占 图 取 样示 惫图 ‘ 铸坯的化学成分偏析 铸坯化学成分的偏析程 度 ， 影响着铸坯的组 织结 构的 均匀性和可能产生 的缺陷等 ， 对铸 坯的加工和产 品的 性能都有直接的影响 。 对铸坯切取的 横向试样的 不 同部位 图 钻取化学成分样 ， 用化学分析定量法进 行 了全 分析 、 、 、 、 、 、 等 。 由分析结果 表明 ， 化学元素的偏析很小 ， 分布 比较均 匀 ， 其 、 、 、 。 、 的偏析情况见图 。 铸坯 中的非金属夹杂物 对铸坯切取的 横向头 、 中 、 尾试样 片 ， 切取 了金 相夹杂物试样 ， 试样切取的位置及编 号 同钻取化学成分试样 。 用金相显微镜 ， 电子探针能谱 、 图相仪 ， 检验 了夹杂物的形貌 、 组成 、 颗粒尺寸及分布

1.40 0.07 9.40 1.30 9.30 a90.05 ●Ni 120。, 9.209 1.10 9.10 1.000.01 9.00 0 Upper Center Lower side side 图5铸坯中C,P、S,Mn,Ni的分布(1Cr18Ni9Ti) Fig.5 Size distribution of C,S,P,Mn,Ni in the billets(1Cr18NigTi) 等特征。 (1)夹杂物的形貌和组成铸坯中出现的夹杂物主要是A12O3、TiN及它们的群体和硫 化物及硫钛化物（图6、T)。借助于热力学的计算和热分析：8），可以说明在浇注含T稳定 的奥氏体(18%Cr一8%Ni)不锈钢时，TiN相的主要部分早在液体时就预先生成和沉淀。 因含Ti0.3%的钢液，凝固点约1460℃，与钢液平衡的〔N)值小于50×10-，而实际非平衡态的 〔N门值也要小于85×10-8该厂条件下结晶器内钢液中〔N)约为146×10-8，远高出其平衡的[N] 量，因而在钢液的冷却和凝固过程中势必产生很多TN夹杂物。一般总是单体的或伴随着 A2O,及Ti、S硫化物等生成群体夹杂物。所以在炼钢过程必须严格要求，把钢液中的〔N)和 〔0)控制在最低值(CO)<50×10-B、〔N)<100-150×10-8),并保证从大包到中包及浇注入 图6Ti的夹杂物(95.81%Ti,1.02%A1, 图7Ti,S,Cr的夹杂物(11.48%S,24.27%Ti, 1.02%Cr,2.12%Fe) 13.60%Cr,44.74%Fe,5.92%Ni) Fig.6 Inclusion of Ti Fig.7 Inclusion of Ti,S,Cr 结晶器的全程都处在无氧化状况，结品器内液面上有优良性能的保护渣层覆盖，结晶器液面 波动控制保持最佳状态(<2mm土) (2)夹杂物的尺寸、分布特征和含量铸坯中夹杂物的颗粒尺寸及分布特征见图8，由检 验试样统计，小于10μm的夹杂物约占98%以上，11一50μm的夹杂物小于1%，51一150μm小 308

。 。 付匡以﹄ 艺次‘ 多 气 八、 、 咖产 ， 户 护尸外 喊 一 目即 ，、 、 乒一 《 ， 一 一 一、 、 办产 公户 护尸外 喊 ， 一 助叫 门卜 ， ， 一 丈 ， 叫 一 口 ‘ ， ‘ ，喊 一 户 日 图 铸坯 中 、 、 、 、 的分布 、 、 、 、 等特 征 。 夹杂 物的 形貌和组 成 铸坯 中出现的夹杂物 主要是 、 及它 们的 群体和 硫 化物 及硫 钦化物 图 、 。 借 助于 热力学 的计 算 和 热 分 析 亡 “ 〕 ， 可 以说 明在浇 注 含 稳 定 的 奥 氏体 一 不 锈 钢时 ， 相的 主要部分早 在液体 时就预先生 成和 沉 淀 。 因含 的 钢液 ， 凝 固点 约 ℃ ， 与钢液平 衡的 〔 〕值 小于 火 一 日 ， 而 实际非平 衡态的 〔 〕值 也要 小于 日 该厂 条件下结 晶器 内钢液 中〔 〕约为 日 ， 远 高 出其平衡的 〔 〕 量 ， 因而在 钢液的 冷却和凝 固过 程 中势必产生 很多 夹 杂物 。 一般总是单体 的 或 伴 随 着 及 、 硫化物等生 成群体夹杂物 。 所 以在炼 钢过程 必须严格要 求 ， 把 钢液中 的 〔 〕和 〔 〕控 制在 最低值 〔 〕 一 “ 、 〔 〕 一 “ ， 并保 证从大 包到 中包及浇 注入 图 的 夹杂麟物 ， 写 ， ， 图 、 、 的夹 杂物 ， ， ， 遵 ， 、 、 结 晶器的 全程 都处在 无氧化状况 ， 结 晶器 内液面上 有优 良性能 的保 护渣层覆盖 ， 结 晶器液面 波 动控制保持 最佳 状态 土 夹杂物 的 尺寸 、 分布 特 征和 含量 铸坯 中夹杂物 的 颗 粒尺寸及分布 特征见 图 ， 由检 验试样统计 ， 小于 。 。 的 夹杂物 约 占 写以上 ， 一 的夹杂 物 小于 ， 一 小

于0.4%，没有发现大于150μm的夹杂物。 头、中、尾铸坯中夹杂物含量见图9，中坯的夹杂物含量较低，头、尾坏夹杂物相差不 多。 弧形铸机的连铸坯中的夹杂物一般有内弧聚集现象，此次试验结果不大明显，这与电磁 搅拌的作用有关。 10<5μ 2●(0μm 3011-50m 272212. 0 300 1Cr16N19T1 30 OA1 head 100 oA:o tail 29 20 eale 10 4 4 Upper Center t ower Upper Center side side Lower side side 图8铸坯中夹杂物的分布 图9铸坯头，中、尾中夹杂物的分布 Fig.8 Size distribution of inclusion in Fig.9 Size distribution of inclusion in he billets(1Cr18NigTi) the billet(hcad、middle、tail) 4铸坯的表面质量 不锈钢连铸中最重要的治金问题之一，是需要浇注出无表面清理的无缺陷铸坯。因不锈 钢铸坯表面上加热时仅能生成薄而不均匀的氧化皮。 铸坯的表面缺陷基本上都来自结晶器内的凝固过程，尤其是初生坯壳的生成期。不锈钢 铸坯表面缺陷主要是振痕和凹陷引起，两者并导致结晶器内坯壳进一步不均匀生长。 振痕是振动结晶器固有的特征，浅而均匀的振痕不是缺陷。生产经验表明深度0.4mm左 右，有可能出现轧制时的轧坯表面缺陷。而深度小于0.2mm,将不会出现轧坯的表面缺陷。 因振痕过深，谷底出现裂纹、夹渣及成分偏析等，将导致轧坯表面裂纹等缺陷。一般采用高 振频(>200次/min)、小振幅技术来生产无表面缺陷的铸坯。 重庆特钢厂连铸坯的表面振痕较浅，一般小于0.4mm。 凹陷也是奥氏体不锈钢连铸坯表面常见的缺陷之一，关于产生机理尚无一致的看法，但 一般认为它与不均匀坯壳生长及该类钢的物理性能，如热膨胀性高和热导性低有关。同时与 保护渣的性能和液面波动有关。 连铸板坯宽面易出现横向凹陷。重庆特钢厂180mm方坯只出现纵向凹陷，长度为100~ 309

午 ， 没 有 发现大于 的 夹杂物 。 头 、 中 、 尾铸坯 中夹杂物 含量见 图 ， 中坯的 夹杂物 含量较低 ， 头 、 尾坯 夹 杂物相差不 多 。 弧 形 铸 既的连 铸坯 中的 夹杂 物一般有 内弧聚集 现 象 ， 此次试验结果不大明 显 ， 这与 电磁 搅拌的 作用 有 关 。 一下 一 丁门 ，丁工 厂 ， 竹 此饰林晒肠峡夕 仁 一 甲卜又‘三 芭 汉 曰州龄叫。﹁产一的﹄叭 妒户二洲臼门仍。︺巴 州口沪﹄仍 峪 ﹄，︹口 三。自。 训 多 俘 ， 七不 已 仁 舀主 已 图 铸 坯 中夹 杂 物 的分 布 图 铸坯头 、 中 、 尾中夹杂物的 分 布 ， 、 也 、 铸坯的表 面质量 不锈钢连铸 中最重要 的冶金 问题之一 ， 是需要浇注出无表面 请理的 无缺陷 铸坯 。 因不锈 钢铸坯 表面上加 热时仅能生 成薄而 不 均匀 的氧化皮 。 铸坯 的 表面缺陷基本上都来 自结 晶器内的凝 固过程 ， 尤其是初生 坯 壳的生成期 。 不锈 钢 铸坯表面缺陷 主要是振痕和 凹陷 引起 ， 两者并导致结晶 器内坯壳进一步不 均匀生 长 。 振痕是振动结 晶器固有的特 征 ， 浅而 均匀的振痕不是缺陷 。 生产 经验表 明深度 。 。 左 右 ， 有可能 出现轧制时的轧坯表面缺陷 。 而 深度小于。 。 ， 将 不会出现轧 坯的 表面缺陷 。 因振痕过 深 ， 谷底 出现裂纹 、 夹渣及成分偏析等 ， 将导致轧坯表面裂纹等缺陷 。 一般采 用 高 振频 次 、 小振幅技术来生产 无表面缺陷的铸坯 。 重庆特钢厂连 铸坯的 表面振痕较浅 ， 一般小于。 。 。 凹陷也是奥氏体不锈 钢连铸坯表面常见 的缺陷之一 ， 关于产生机理 尚无一致 的 看法 ， 但 一般认为 它与不 均匀坯壳生 长及该类钢 的物理性能 ， 如热膨胀性高和 热导性低有关 。 同时与 保 护渣的性能和液面波 动 有关 。 连铸板坯宽面 易出现横向凹 陷 。 重庆特钢厂 二 方坯只 出现纵 向 凹陷 ， 长 度 为 一