压盖沸腾钢是脱氧不完全的碳素钢。一般用锰铁和少量铝脱氧后,钢水中还留有高于碳氧平衡的氧量,与碳反应放出一氧化碳气体。因此,在浇注时钢水在钢锭模内呈沸腾现象,故称为沸腾钢。
压盖沸腾钢结构钢锭沿纵向用氧气切开,刨平,用酸侵蚀,用水冲洗,吹干后可以看出钢锭的结构。沸腾钢的结构与钢的化学成分、浇注条件及采取的封顶操作有关。
压盖沸腾钢锭由五个带组成:
(1)坚壳带。钢液接触模壁后受到强烈冷却,形成由细小等轴晶组成的无气泡的致密、坚实的外壳带。一般厚度为12~25mm。
(2)蜂窝气泡带。钢锭下部的柱状晶在向锭心生长时,平行于柱状晶生长方向而逐渐长大成为椭圆形气泡组成。
(3)中心坚固带。为防止出现过分严重的偏析在钢液上面加盖封顶后,抑制了碳氧反应,气体停止析出,蜂窝气泡终止生长,而结晶继续进行,形成无气泡的由柱状晶组成的中心坚固带。
(4)二次气泡带。随柱状晶的生长,由于偏析作用碳氧富集到一定程度时,碳氧反应重新发生,产生的气泡分布在钢锭整个高度,成为二次气泡带。
(5)锭心带。当模壁温度与钢锭中心温度之差很小时,钢锭心部形成等轴晶,成为锭心带。此时沸腾已大致停止,但仍有少量气孔形成,部分气泡还能逐渐上移聚合长大为头部大气泡。构成头部疏松区。沸腾钢钢锭凝固时强烈析出气体,在各类钢锭中,偏析最为严重。钢锭越大,沸腾越烈,延续时间越长,偏析发展愈严重。1
作用压盖沸腾钢由于有良好的沸腾作用,钢锭可形成一个纯净、坚实的外壳,故轧成的产品表面质量较好,特别适于制造薄板。并因含碳、硅量较低,有良好的焊接、冷弯和冲压性能,一些冷冲压件如拖拉机箱、汽车壳体等均使用沸腾钢。还用它轧制一般型钢、中板、线材、窄带和管材。沸腾钢钢锭头部没有集中缩孔,轧制成坯后切头率低,且消耗脱氧剂和耐火材料少,故成本较低。大多数国家沸腾钢的产量占模铸钢总产量的40%~50%。但沸腾钢偏析严重、组织不致密、力学性能波动较大,在轧材的不同部位抗拉强度和伸长率有明显差别。其低温冲击性差,钢板易于时效使韧性降低,故不适于制造对力学性能要求较高的零部件。此外,为保证模内正常沸腾,沸腾钢碳含量不能超过0.28%,锰含量不大于0.60%,硅含量不大于0.03%,因此只限于生产普通低碳钢,使沸腾钢的钢种受到很大限制。
根据冶炼时脱氧程序的不同,钢可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢。沸腾钢为脱氧不完全的钢。而压盖沸腾钢则选用相应的压盖方式沸腾冶炼的钢材,钢在冶炼后期不加脱氧剂(如硅、铝等),浇注时钢液在钢锭模内产生沸腾现象(气体逸出),钢锭凝固后,蜂窝气泡分布在钢锭中,在轧制过程中这种气泡空腔会被粘合起来。这类钢的特点是钢中含硅量很低,标准规定为痕量或不大于0.07%,通常注成不带保温帽的上小下大的钢锭。优点是钢的收率高(约提高15%),生产成本低,表面质量和深冲性能好。缺点是钢的杂质多,成分偏析较大,所以性能不均匀。
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于仁业 - 高级工程师 - 中航工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司