偏析引起的钢丝断裂
在一定程度上,中心偏析对钢丝拉断的危害比脆性夹杂物更大。因为偏析在更大程度上影响了钢丝的延伸性,从而使塑性变形不能在偏析的地方产生。一般在钢丝最初拉拔时偏析导致小的裂纹,最终拉拔时形成了人字形断口。
连铸过程中减少中心偏析的途径有以下几个:
(1)中心偏析随着中包过热度的降低而降低,因此中包的钢液温度应该尽可能的低;
(2)在结晶器和二冷安装电磁搅拌。结晶器的电磁搅拌能够减少中心偏析的程度和范围。电磁搅拌同样可改善V形偏析在铸坯中心的存在;
(3)尽可能的降低拉速,能够减轻中心偏析程度。
其它非冶金原因
关于钢丝拉拔时的断丝,1984年Zeev Zimerman 和Rover J.Henry对此作了探讨。他们对钢帘线用钢丝在水箱拉丝机上拉拔时的断口用SEM进行分析,观察到拉拔断口大部分成杯锥状。同时指出,钢丝拉拔时,表面层金属比心部金属变形大,这引起表面层金属沿长度方向受压应力而中心部分受拉应力,当此拉应力过大时致使在中心部位产生中心破裂,即形成V型裂纹或人字形裂纹。并认为这种V型裂纹是拉拔断丝成为大量杯锥状断口的原因。虽然Zeev Zimerman 和Rovert J.Herry 对此研究得很详细,但是未能考虑后面工序中的捻制断丝问题,未能指出两种杯锥状断口的内在联系。1981年,Eddy G.Demeyere在研究高低碳钢的夹杂物对钢丝拉拔时的可加工性能和机械性能的影响时,曾指出,在钢丝拉拔到Φ0.25mm过程中,很少或根本没有发现由于夹杂物引起的断丝。更令人惊奇的是,即使50μm 大的零星存在的夹杂物也未能造成拉拔断丝,而主要是由于表面缺陷或过载造成的断丝。他说,这种情况与帘线捻制时不同,由于在捻制时钢丝受到扭转变形,则夹杂物的影响就显得重大。显然,Eddy G.Demeyere试图从夹杂物角度出发同时考虑帘线钢用钢丝的拉拔断丝和捻制断丝问题,但在该文中,他对这两种断丝之间内在联系的探讨仅此而已,未能进行深入研究。
因此,钢丝表面缺陷、内部夹杂物、热处理工艺、拉拔工艺都可能导致钢丝质量不合,从而在拉拔过程中断裂。然而夹杂物引起钢丝的断裂是不争的事实。因此降低铸坯偏析,减少钢中夹杂物或将其无害化成为一个重要的课题。
夹杂物控制的手段
(1)控制脱氧产物
钢中的氧是气孔和夹杂物的主要来源,特别是钢水中的氧含量和选用的脱氧方式在很大程度上决定了钢中一次脱氧产物的种类和数量。从减少由脱氧产物造成夹杂物的观点来说,就是要尽量减少脱氧产物的生成量和促进脱氧产物送钢水中上浮分离。也可以选择适当的脱氧剂和加特殊元素进行冶金处理等使脱氧产物细小分散、易于上浮分离,从而减少对钢水浇铸性能的危害。为此,真空脱氧、吹氩搅拌和钙处理等都是有效的措施。
(2)防止空气二次氧化
在连铸清洁钢的生产中,除了重视冶炼方面的原料、脱氧操作及钢包精炼处理外,还要特别注意浇铸过程中空气氧化对钢水清洁性造成的污染。这是因为连铸时,钢水从钢包到中间包注入结晶器的过程中,有更多的机会暴露在空气之中。因此,各种形式的保护钢流和液面免受空气二次氧化的措施应运而生,亦即无氧化浇铸技术现在已成为连铸的一项标准操作,尤其对要求清洁性比较高的钢更是不可缺少。
(3)避免渣子混入
钢包和中间包渣子往往随钢水一起混入结晶器内,从而形成铸坯中的夹杂缺陷。为了防止渣子混入结晶器内,钢包下渣检测、中间包结构形状合理设计、设置挡墙以及精心操作都可以减少渣子混入结晶器内。
(4)耐火材料
连铸中间包衬极其涂料、水口、塞棒、浸入式水口等,当和钢水接触时,会产生机械腐蚀和化学腐蚀,被冲刷和侵蚀下来的耐火材料颗粒,很可能悬浮在钢水中,而且越接近结晶器就越不易从钢水中排除,甚至成为钢中极为有害的大型外来夹杂物。为了防止耐火材料的溶损,一般可选用耐火度高的材料,还可根据钢种特点,使用难于被钢水和渣子溶损的中性或碱性耐火材料。
(5)钙处理
在连铸铝镇静钢时,为了改善表面和内部质量以及避免水口因Al2O3沉积而堵塞,现在所谓钙处理技术得到广泛的应用。通过向钢水中加钙,可使串簇状Al2O3变为球状的低熔点的CaO-Al2O3系夹杂物。后者很易从钢中分离出去,不仅净化了钢水,而且改善了钢水的浇铸性能。
(6)夹杂物在结晶器内的上浮分离
促进夹杂物在结晶器内的上浮分离是保证连铸坯清洁性的最后一关。为此,要创造钢水的合理流动状态使夹杂物不会被生长中的凝固界面捕捉,并能顺利的从液相穴上浮分离出去。采用合适的浸入式水口、出口形状和倾角、合理控制水口浸入深度并辅之以能吸收上浮夹杂物的保护渣、保持结晶器液面稳定等对排除夹杂物都是有必要的。
——本文摘自文献综述