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铸坯低倍照片和一些看法
低倍照片和一些看法
时间:
2011年3月7日上午
地点:
广西柳钢低倍室
目的:
观察柳钢板坯、方坯和轧制后圆坯低倍
第一部分低倍照片
图1板坯横截面南侧低倍
图2板坯横截面中部低倍
图3板坯横截面北侧低倍
图4板坯2横截面北侧低倍
图5板坯2横截面中部低倍
图6板坯2横截面南侧低倍
图7轧制圆棒材低倍和塔形试验
图8酸洗后的板坯和方坯铸坯低倍
图9柳钢165方坯40Cr低倍
第二部分:
对低倍的一些看法
低倍的目的:
1按照用户协议和相应的标准提供合格的铸坯;
2监控连铸生产,发现出现的低倍问题,及时纠正现场问题。
因为低倍是宏观分析,使用肉眼和倍率不大的放大镜来观察,主要针对裂纹、夹渣、气泡、疏松、偏析、缩孔等缺陷进行观察和评级。
对于微观的成分偏析不是低倍试验完成的,比如在树枝晶之间的偏析就是微观分析的范畴了,常规的光谱分析就无能为力。
光谱的光斑直径大约在Φ10mm左右,这个范围大大超出了枝晶之间的尺寸了,对于枝晶之间浓化的钢水成分产生的不同分析不出来的,所以我说不能使用局部研磨的方式来替代低倍加工和酸洗。
微观偏析仍然有尺度的问题,我说过在扫描电镜下使用能谱分析或者是电子探针能够分析极小的非金属夹杂物的成分,在这个尺度上不能说均匀的组织和成分了。
我们说的均匀的成分是指在一定的面积范围内,这个范围的大小必须得到大家的公认,也必须得到世界的公认。
在炼钢厂和检验中心广泛使用了光谱分析仪,打点的光斑直径基本上都是标准的,在Φ10mm的范围内得出来的成分分析就代表了这个区域的平均成分。
我认为在世界冶金界上都遵循了这个俗成约定的规定。
熔炼分析:
熔炼分析是炼钢界普遍使用的交货方式,这个试样是从连铸的中间包内取样的,但是高碳钢往往是精炼炉结束后取样,如果经过真空脱气就是脱气后取样。
熔炼分析是非常准确的,它代表了一炉钢的平均化学成分,这是可信的。
成品分析:
成品分析是指在钢材上或者钢坯上面的化学成分分析。
与熔炼分析有所不同。
比如说在连铸坯上面取样分析成分,不能使用一个点的成分来代表整个截面的成分,应该使用铸坯从表面经过中心到另外一个表面的5-7个点的成分分析的平均值来代表铸坯的化学成分,一定要记住。
这是因为连铸过程的选分结晶的必然,造成了铸坯在横截面上的成分不均匀,要代表整个横截面的成分只能使用均值的概念了。
如果取单点来看成分,只能是看看这个铸坯的成分是否落在规定的范围内,而不能代表该截面的成分,更不能代表整个这炉钢的平均成分,但是可以肯定的是这个子样数据需要是落在协议或者标注范围内的。
中间疏松:
有些学者存在不同的看法,认为中间疏松和偏析在柱状晶上,可能他们不是经常看低倍组织,甚至没有自己亲手来做低倍试验。
我经过长期的实践,观察到的结果是,中间疏松和中间偏析绝大部分发生在中间区域,也就是等轴晶区这个部分。
我记得有一次在一家非常大的钢铁公司交流谈到这个问题时候,他们提出来他们的铸坯低倍非常好,没有疏松和偏析,我马上就说那肯定是20钢,当然没有疏松了,就是有也仅仅是0.5级。
一问果然如此,如果生产中碳钢和合金钢,低倍表现的组织就大不相同了,我提出来中间部位的等轴晶区越大,出现中间疏松和中间偏析的几率就越大,特别是碳含量超过0.3%以上,锰含量超过1.2%以上的钢种尤其明显。
图10低碳钢的低倍组织
图10表明了10钢的低倍,柱状晶已经穿晶了,中间很小的区域内是等轴晶区,疏松就发生在这个区域内。
我的评级就是中间疏松是0.5级。
明显看到柱状晶部分是非常干净的,没有疏松形成的麻点。
图11优质钢10钢低倍
我们在看这个低倍,非常精美,中间的等轴晶区比较大,也是很难得的,可以看到表面的激冷层。
激冷层、柱状晶区、等轴晶区都非常明显,低倍非常完美,中间疏松就是0。
展示的目的就是给大家说明低碳钢也就是成分比较单纯的钢,其中间疏松是很小的,甚至为0。
图12S48C钢低倍
这是Φ280mm圆坯S48C的铸坯低倍,平均碳含量达到了0.48%,想不出现等轴晶区都难,可以明显观察到等轴晶区、混晶区和等轴晶区。
图13合金钢低倍组织
这是一个合金钢低倍,碳含量是0.29%,铬含量3.18%,可以明显观察到中间疏松,也是非常明显的等轴晶区,这个疏松就是1.5-2级,不可避免,就是我说的选分结晶的必然产物。
在柱状晶区的部分是没有疏松的,都集中在等轴晶区。
我提出来等轴晶区需要碳含量和合金含量达到一定程度时候必然出现,看液相线温度和固相线温度的差值,如果差值小,柱状晶发达,等轴晶区小,甚至穿晶;如果差值大,等轴晶区就大,中间疏松就有了存在的空间了。
比如10钢和20钢液相线温度和固相线温度的差值约为60℃,低倍没有表现出来发达的等轴晶区,中间疏松的级别很小,就是0-0.5级。
但是中碳钢和合金结构钢的这个差值超过了100℃,表现出来的等轴晶区就大,等轴晶区越大,往往对应的中间疏松就大。
看来碳含量的提高和合金含量的加入造成了等轴晶区,理论界往往宣传等轴晶区越大越好,但是等轴晶区大对应的疏松级别就大这个矛盾要解决。
方法就是使用末端电磁搅拌和轻压下,那就是另外的讨论范畴了。
上海亚新唐工
2011年5月23日星期一
合金合金结晶过程中,结晶出的固相与共存液相的成份不同,这种结晶称为选分结晶。
选分结晶过程中,为了满足不同温度下两相平衡共存的成份要求,不同温度下、液相成份沿液相线变化,同时固相成份沿固相线变化。
成份的变化、调整是靠原子的扩散来完成的。
而纯金属在结晶过程中,固相和液相的成份始终是相同的。
匀晶系的不平衡结晶。
在实际生产过程中,液态合金浇入模腔后,冷却速度比较大,达某一温度时,扩散过程尚未来得及充分进行温度已经继续下降,所以不可能按照相图所指示的温度和成份的平衡变化规律进行,此过程称为不平衡凝固过程。
非平衡凝固时固相的平均成份线与平衡结晶的固相线出现了偏离,冷速越快,这种偏离程度就越大。
这种不平衡结晶,使固溶体先结晶部分与后结晶部分的成分出现了差异。
不平衡结晶的固溶体内部富含高熔点组元,而后结晶的外部则富含低熔点组元,这种在晶粒内部出现的成份不均匀现象称为晶内偏析。
如果固溶体是以树枝状结晶并长大的,则枝干与枝间便会出现成份差别,称为枝晶偏析。
晶内偏析对合金性能有很大影响,严重的晶内偏析会使合金强度降低,特别是使塑韧性下降,晶内偏析也使合金的耐蚀性降低。
另外,存在严重枝晶偏析的材料,高温加热时,在温度还未达到固相线时,便会出现枝晶溶化。
为了降低晶内偏析程度和消除晶内偏析,生产上一般是将铸件加热到低于固相线100-200℃,进行长时间保温,使偏析元素充分扩散以达到均匀化目的。
这种热处理工艺称为扩散退火或均匀化退火,对于Cu-Ni合金,经过退火后枝晶偏析已经消除。
但是对于我们钢铁产品我们采用缓冷的措施对于偏析元素的成份扩散是极为有利的。
没有用处,只有重新加热才能消除偏析。
如果是碳素钢,没有中间相的析出,N就以间隙固溶体存在钢中,对钢产生影响,从生产高碳钢来看,80ppm就是一个门槛,如果大于这个数值在拉拔过程中一定出现杯锥状断口,从国内生产的高碳钢线材盘条来看,都是要将N控制在80ppm以下。
钢中形成TiN析出物,这个析出物呈现尖角,而且硬度非常高,对疲劳寿命产生影响。
对于高碳钢来说也是如此。
铸坯凝固末端附近的区域都处于两相区,未凝固的钢水存在于树枝晶间隙中。
钢中常见的合金元素的平衡分配指数都小于1,在选分结晶的作用下,枝晶间钢水合金元素含量很高,随着固相分数的增大,钢水合金元素含量继续增高,理论上枝晶根部的钢水碳含量可以达到0.5%。
如果两相区钢水没有发生流动,浓化的钢水主要在晶界处形成微观偏析,不会引起严重的宏观偏析。
如果两相区的浓化钢水发生负吸入向液芯深处汇集,形成完全由浓化钢水组成的局部液相区,会产生严重的中心偏析;如果两相区受压使得浓化钢水流回液相区,受压区域树枝晶所占体积分数增大,局部合金元素含量减少,宏观偏析减轻,减轻的程度与浓化钢水流出的比例有关。
因此铸坯凝固末端的钢水流动状态是影响中心偏析的主要因素。
轻压下的作用就是通过影响凝固末端的钢水流动来减轻中心偏析的。
酸蚀试样的简单原理
酸蚀试样的腐蚀属于电化学腐蚀范畴。
由于试样的化学成分不均匀,物理状态上的差别,各种缺陷的存在等因素,造成了试样中许多不同的电极电位,组成了许多微电池。
微电池中的电位较高的部位为阴极,电位较低的部位为阳极。
阳极部分发生腐蚀,阴极部分不发生腐蚀,当酸液加热到一定温度时,这种电极反应更加速进行,因此加快了试样的腐蚀。
热酸腐蚀时间和温度
热酸腐蚀对显示的结果有很重要的影响。
温度过高,侵蚀剧烈,酸液容易挥发且试样被整体腐蚀,降低了对不同组织和缺陷的鉴别能力。
温度过低,则反应迟缓,侵蚀时间要延长,因此,对不同的钢种,有其不同的侵蚀温度和时间。
热酸的温度一般控制在70-80℃为宜。
侵蚀时间要根据钢种、检验要求和试样加工表面粗糙度来确定。
一般来说,低碳钢的侵蚀时间可以短一些;高碳钢时间长一些。
对于合金钢要根据实践来确定,比如20CrMo到42CrMo的合金结构钢的腐蚀条件和低碳钢一致就可以,问题就是高碳钢的腐蚀比较困难,需要的时间长,而且往往不能看到明显的柱状晶和等轴晶区。
检验一般的低倍组织和缺陷,试样加工面精度可以适当放宽,比如使用车床、刨床和铣床加工即可,但是需要的腐蚀时间相对来说要长一些,在冷酸侵蚀下需要20-40分钟,甚至在酸液浓度不够情况下需要一个小时。
但是对于细微的低倍组织和缺陷,试样的加工面粗糙度要小,比如粗糙度是至少要达到Ra0.6μm以下,这就需要上平面磨床,加工到位侵蚀的时间适当可以放短一些。
试样表面加工的约精细,侵蚀后的效果就越好。
若试样加工粗糙,则钢中存在的微小缺陷不易显示,使整个试样面上的宏观组织不能得到全面的反映。
电解酸洗腐蚀
电解酸洗腐蚀不同于热酸腐蚀和冷酸腐蚀,其操作简单,酸的挥发性小和空气污染小,适用于生产钢材和铸坯工厂的大批量大型试样试验。
钢在电解液中的腐蚀过程,实际上也是一种电化学反应,从本质上讲,由于钢材在结晶时产生的偏析、夹杂、气孔、组织上的变化及析出第二相等,使得金属表面各部分的电极电位不同,因此在电解液中这些不均匀性便构成了一种复杂和多级的微电池,其反应如同试样在盐酸溶液中的腐蚀过程一样。
其差别只是试样在外电压的条件下,试样面上各部位的电极电位有了改变,试样面上的电流密度也随之改变,这样便加快了腐蚀速度,达到了电解腐蚀的目的。
电解腐蚀法和热酸腐蚀法的差别
电解腐蚀法主要用于工厂大批量试样的检验,而热酸腐蚀法主要用于小批量试样,试样不论大小均可进行试验。
热酸腐蚀法为了使金属受蚀过程加快,一般要求升高酸液的温度和增加酸液的浓度。
但过高的温度会降低氧在酸中的溶解度,使化学过程中的吸氧反应收到阻碍,金属的腐蚀就会变慢。
因此对某些耐蚀钢作热蚀时,需要在酸液中加入硝酸和强氧化剂。
电解腐蚀法在一定外加电压下,试样各部位的电极电位有了改变,试样的腐蚀速度主要取决于试样面所受电流大小。
当试样面上的电流密度较大时,其腐蚀速度加快。
试样经电蚀后的结果与热蚀后的结果相同,只是宏观组织反差小些。
因此,电解腐蚀法有省时、省酸、操作条件好等优点,但显示宏观组织清晰度略差些。
电解腐蚀法比热蚀腐蚀法的酸液使用周期长,一般热酸液使用5次后,就要添加新鲜酸液,而电解腐蚀法的酸可连续使用。
并且热酸腐蚀溶液使用后有金属盐析出,导致了酸液浓度降低。
电解腐蚀中试样面有局部不受腐蚀的现象,这种情况可能是试样面与电极板放置的方向有关,使得电蚀效果变差。
在实际操作中,为了消除腐蚀程度的差别,可将试样旋转一定的角度再做电蚀。
但是我在雪丰的时候没有发现这个现象,都是和电极钢板平行放置的,主要还是加工质量、酸的浓度和酸洗的时间有关。
当然在生产45钢以上的产品时候,这种电解腐蚀法就不容易看出柱状晶和等轴晶了,我推荐在生产高碳钢时候使用热酸洗来腐蚀。
这是邯郸永洋生产的U71Mn重轨钢,铸坯的规格是160*250mm,平均含碳量就是0.71%,锰含量达到了1%。
他们没有使用磨床,但是从精加工上来看效果不错,酸洗的效果也是可以的。
如果使用磨床地话侵蚀效果将更好。
使用的腐蚀法就是电解腐蚀法。
大断面铸坯低倍试样切割机
大断面铸坯低倍试样切割机辊道
电解腐蚀法酸洗槽
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- 铸坯低倍 照片 一些 看法