铸坯表层气泡行为特征及判别方法的研究

针孔和气泡类缺陷是影响连铸坯表面及表层质量的主要因素之一，会相应造成铸坯表面或表层缺陷；同时氢气泡是造成厚板探伤不合格的重要原因，会造成铸坯内部缺陷，对Z向性能有重要影响，铸坯上的表面或表层Ar、N等气泡在随后的轧制过程中形成热轧板的气泡状裂纹，也有在冷轧板表面形成"笔管状"缺陷，铸坯中的H气泡会造成厚板的中心裂纹，严重困扰钢铁厂的实际生产。国内外很多学者对气泡分布进行了检测，也有对气泡分布做过研究，但都不十分系统，目前还没有给出各种气泡种类所具有的不同特征及相对严格的定义，气泡所造成的危害与其理化性质有直接关系，目前也没有从气泡理化性质、分布规律及轧制行为方面进行区分，更没有做过定量的分析研究，使得辨别气泡类型缺乏理论基础。本项目通过热态模拟实验与现场实际取样相结合的方法来研究四种气泡在钢中存在形式及特征，弄清其在典型铸坯上的分布规律，并给出初步的判别依据,为实际生产提供必要理论依据。

气泡类缺陷是影响连铸坯表面及表层质量的主要因素之一，学者们对气泡分布进行了检测，但不十分系统，目前还没有给出各种气泡所具有的不同特征及相对严格的定义，目前也没有从气泡理化性质、分布规律及轧制行为方面进行区分，使得辨别气泡类型缺乏理论基础，实际生产中很难根据气泡缺陷判断气泡的种类。本项目研究了连铸坯氩气泡在连铸坯宽面，窄面表层50mm以内的分布状况，电磁搅拌工艺对气泡分布的影响。铸坯表层皮下气泡多近似圆形，呈黑洞形貌特征，扫描电镜下观察发现，部分皮下气泡内发生明显的氧化，同时气泡内部存在一定量的Al-Ti-O系复合夹杂物、纯Al2O3的大型簇状夹杂物。结晶器电磁搅拌可有效减少铸坯皮下气泡数量，结晶器电磁搅拌对皮下气泡尺寸分布无明显影响。从形貌、尺寸、气体成分、外界面元素成分分布及附带夹杂物等方面对气泡在钢坯内的特征进行了研究，对四种气泡（Ar、H2、N2、CO）加以区分。氮气泡在凝固过程析出，尺寸多在50μm左右，呈不规则状，在光镜及扫描电镜中均在其周围发现氮化物。氢气泡是凝固过程中氢扩散析出导致的，大多数氢气泡呈不规则状，光镜及扫描电镜中多呈裂纹状。CO气泡是凝固过程中碳氧反应生成CO气体进而形成CO气泡，多呈不规则状，尺寸多在100μm以上，能谱统计数据显示CO气泡内壁有明显碳沉积现象，CO气泡碳沉积量Count差值最大值为600左右，远高于其他气泡。氩气泡多呈圆形，尺寸多为200μm。氩气泡内存在碳沉积现象，但这种碳沉积现象为凝固过程中CO气体在氩气泡内析出，Ar泡内碳沉积量Count差值在100左右。通过连续降温分步冷却实验，对不同温度时气泡形貌及理化特征进行检测，给出气泡在降温过程中演变特征。采用数值模拟，建立了气泡分裂、聚合、捕捉模型及板坯结晶器电磁搅拌模型，对连铸过程中气泡分布行为进行了研究，并探讨了工艺参数，如电磁搅拌、流动、拉速等与气泡大小、分布等特征的关系。建立了板坯轧制过程中内部气孔演变模型。对距轧件表面不同位置气泡在轧制过程中演变行为进行研究发现，气泡距轧件表面越近，愈合速度较慢，气泡在轧件中较深，愈合越快。对相同位置，不同尺寸气泡在轧制过程中演变行为研究发现，较大的气泡先闭合，较小的气泡闭合较慢。本项目研究了钢中四种气泡存在形式及特征，弄清了其在铸坯中分布规律，并给出初步的判别依据,为实际生产提供必要理论依据。