至德钢业炼钢厂铸机不锈钢铸坯表面针孔的改善状况

 浙江至德钢业有限公司通过分析湘钢炼钢厂2#铸机不锈钢铸坯表面针孔缺陷表现特征，以及查找铸坯表面针孔缺陷产生的原因，采取降低不锈钢中的气体含量的措施，消除了铸坯表面针孔缺陷，有效的改善了铸坯表面质量，最终轧制不锈钢圆钢表面质量良好，完全满足客户使用需求。湘钢炼钢厂2#铸机生产的不锈钢，经轧制成圆钢后，经常发现圆钢表面存在弥散性、短裂纹缺陷，客户在锻打过程中容易出现开裂现象，不能满足客户使用需求。为找到导致圆钢表面裂纹的具体原因，对2#铸机不锈钢铸坯进行表面酸洗查找缺陷源，发现铸坯表面存在大量针孔缺陷，并采取了相应的控制措施。

一、不锈钢生产工艺及主要参数

   不锈钢主要生产工艺：转炉→LF精炼→连铸（240mm×240mm）→铸坯检查→步进梁式加热炉加热→高压水除磷→轧制→检验→入库→发货。2#铸机的半径9000mm，结晶器铜管长度800mm，铸机浇铸断面240mm×240mm，采用整体水口，塞棒无吹氩，并使用结晶器电磁搅拌+末端电磁搅拌。

二、不锈钢圆钢裂纹缺陷原因分析

   对轧后圆钢表面裂纹进行确认，发现为弥散性、短裂纹缺陷，如图所示。对缺陷位置进行金相分析，裂纹附近存在严重脱碳（部分表现为全脱碳）现象，推测缺陷来源于铸坯表面。随机取45A连铸坯切割为400mm长的铸坯样，并锯切掉端部火焰切割影响区（50mm）后，利用酸水比为1：1的热盐酸进行腐蚀后观察铸坯表面。发现铸坯表面存在大量离散的小针孔缺陷，针孔缺陷直径约2-3mm，如图所示。

   并利用铣床对缺陷铸坯按照每次0.2mm的深度从表面往下铣，缺陷铣到0.6mm时仍未完全磨掉，在铣到1.0mm时缺陷消失，如图所示。为确认铸坯是否存在其它皮下缺陷，再次将有表面针孔的铸坯铣到深度为1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.5mm时，铸坯均未发现缺陷，如图所示。由此可确定，不锈钢铸坯轧后圆钢表面裂纹缺陷主要是由直径2-3mm，深度小于1mm的铸坯表面针孔缺陷所致。

三、铸坯表面针孔形成原因分析

   气体含量超过在钢中的溶解度或者钢中树枝晶间富集等达到或超过饱和量，那么在钢的凝固交界面或树枝晶间就会析出气体，这些气体大部分会排除但少量会残留，进而产生气孔或者造成显微气孔缺陷。另外，钢液凝固过程中，钢中氢、氮、氩等气体的分压大于钢液静压力与大气压力之和时就会产生气泡。这些气泡被树枝晶捕集或受已凝固表面层的阻碍而不能从钢坯中逸出，而在钢坯中富集、凝固就会形成气泡缺陷。在浇注过程中，虽然气泡上浮的速度大于钢水凝固的速度，但是在结晶器壁钢水弯月面处，由于气体排除仍然困难，因此大多形成开放型气孔，即铸坯表面针孔缺陷。或钢液的表面张力降低，气泡都容易形成。由于氧、氮都是表面活性元素，极易在液态金属的表面富集，降低了张力，使气泡易于形成。由于连铸采用整体下水口，塞棒无吹氩，因此导致不锈钢铸坯表面针孔缺陷的极可能是气体氧、氮、氢含量过高。分别对3炉钢的铸坯近表面位置取样进行氧、氮、氢气体含量检测，检测结果为平均全氧含量为23ppm，并不是太高，属于正常水平；钢中平均气体氮含量达到65ppm，高于一般水平要求的50ppm；而平均H含量非常高，达到7.9ppm，当H含量达到6ppm时极有可能导致铸坯直接产生针孔缺陷。综上所述，钢中气体含量较高是造成铸坯表面存在针孔缺陷的主要原因，必须控制钢水中的氮、氢含量，才能有效地改善针孔缺陷的形成。

四、铸坯表面针孔的控制措施及改善效果

 针对不锈钢中的氮含量、氢含量偏高导致铸坯表面针孔缺陷，特制定以下控制措施。

1、气体氮含量控制

（1）保证转炉出钢口外围平整，防止出钢时钢水散流，减少出钢过程中氮的吸入。

（2）精炼过程中，控制冶炼过程中的埋弧效果，减少由于电弧裸露造成的电离增氮；调整好喂线速度与高度，避免喂线过程中钢水裸落。

（3）连铸开浇前对中包内部进行吹Ar处理；采用长水口双吹Ar保护浇注；保证长水口与大包、上水口与下水口的密封；杜绝中包内钢水裸落的现象，减少连铸过程增氮。

（4）转炉出钢、精炼过程成分调整过程使用N含量低的材料，如使用低氮碳粉替代其它增碳剂。对转炉、精炼加入的各种渣料、合金进行烘烤，减少原辅料中H的带入。对钢水进行VD真空处理，控制处理后的钢水H含量达到2.0ppm以下。确保中包的烘烤效果；结晶器保护渣水分含量＜0.5%、中包覆盖剂水分＜2%，并要求烘烤后才能使用，减少连铸过程增H。

   从上表可以看出，通过采取控制措施后，不锈钢中氮、氢含量明显降低。钢中的氮含量由65ppm降至43ppm（未真空处理）及36ppm（真空处理）。钢中的H含量显著降低，由原来的7.9ppm降至6.1ppm（未真空处理）及1.9ppm（真空处理）。采取措施控制后的整体氮、氢含量已经较低达到较好水平。

 不锈钢中的氮、氢含量降低后，铸坯表面质量得到明显改善，针孔缺陷完全消失，如图所示，相应轧后圆钢表面未发现裂纹缺陷，如图所示。客户在使用2#铸机生产的不锈钢圆钢时也未反馈锻打开裂的现象。导致不锈钢圆钢表面裂纹的主要原因是铸坯表面针孔缺陷，铸坯缺陷在后续加热、轧制过程中未能消除，在圆钢表面形成短裂纹缺陷。2#铸机不锈钢铸坯表面针孔缺陷主要是由于钢中N、H含量较高造成的。通过采取相关措施控制不锈钢中气体含量后，铸坯表面针孔缺陷消失，圆钢表面质量得到明显改善，完全满足客户使用需求。