连铸坯的宏观检验分析

柏才媛

摘  要：简要介绍了生产中连铸坯宏观检验常用的试验方法，总结了试验室设计中需要注意的难点问题，并对快速硫印试验的应用及设备技术特点作了简要分析。

关键词：连铸坯； 宏观检验；酸浸试验；快速硫印试验

1  前言

连铸生产工艺实质上是钢水从液态向固态的凝固转变过程，该过程是在过冷条件下进行的，经历了形核和核长大，最后才完成结晶。由于浇注温度、拉坯速度、冷却速度、夹杂物及成分偏析等的影响，产生表面和内部缺陷的机会较多。评价连铸坯质量，主要应考虑以下几个方面的问题：

1) 连铸坯的外观形状和表面质量，主要指连铸坯形状、表面裂纹、夹杂及皮下气泡等缺陷；

2) 连铸坯的纯净度，指钢中夹杂物（如氧化物、硫化物等）的含量、形态和分布；

3) 连铸坯的内部质量，指连铸坯是否具有正确的凝固结构、以及裂纹、偏析、疏松等缺陷的程度。

根据连铸坯生产中的主要质量问题，应采用不同的检验方法进行评定。对于连铸坯表面的质量缺陷，如表面裂纹、夹杂物、气泡等，一般用肉眼即可进行观察判断；而对于内部质量，如成分偏析、内部夹杂物及内部裂纹等质量缺陷则需要截取某个特定的断面进行宏观检验，研究成分偏析、夹杂物及缺陷的种类、数量、大小、分布和形状等，才能判定连铸坯质量的好坏。

宏观检验是用肉眼或在不大于十倍的放大镜下，观察试样表面或断面的情况，用以检验钢材组织的不均匀性及宏观缺陷的形式和分布，也称为低倍检验。宏观检验包括酸浸试验、断口检验、塔形车削发纹试验及硫印试验等，通常是进行试样检验或直接在钢件上检查，其特点是检验面积大，易检查出分散缺陷。

生产中最常用的连铸坯质量评定方法是酸浸试验和硫印试验。

2  酸浸试验

酸浸试验是宏观检验中最常用的一种方法。在钢材质量检验中，按顺序酸浸试验被列为检验项目的第一位。如果一批钢材在酸浸检验中显示出不允许有的或超过允许程度的缺陷，则其它检验可以不必进行。

酸浸试验用以检查偏析、疏松、夹杂及裂缝等缺陷，可分为热酸浸蚀试验法、冷酸浸蚀试验法和电解酸蚀法三种。生产检验应用最多的是热酸浸蚀试验法。

2.1 热酸浸蚀试验

2.1.1 试验方法

连铸坯化学成分的不均匀性和缺陷之所以能用浸蚀来显示，是因为它们以不同的速度与浸蚀剂起反应。表面缺陷、夹杂物、偏析区等被浸蚀剂有选择性地浸蚀，便表现出肉眼可看得见的浸蚀特征。

进行酸蚀试验应根据不同的钢种，选择不同的浸蚀剂、浸蚀温度及浸蚀时间等控制参数。具体规范见表 1。

2.1.2 工艺流程

连铸坯酸浸检验的工艺流程为：试验坯料→切割→坯料冷却→切削研磨→酸浸→冲洗→吹干→观察评级→照相、摄影→报告结果。

在连铸切割机处按连铸坯宽度切割出试验坯料（即试样），坯料温度一般在 800℃左右。为保证坯料凝固组织的真实性和代表性，采用强制风冷的方法进行冷却和切割，坯料冷却到规定温度以下即可进行切削、研磨，制成试样；已经制好的试样先清除油污，擦洗干净，放入装有浸蚀剂的酸槽内保温。经检查能清晰地显示出宏观组织后，取出试样迅速浸没在热碱水中，而后热水冲洗，吹干，送照相室拍照、摄像、评级、报结果。

2.1.3 酸蚀试验室设计难点

1) 酸蚀试验室防腐

酸蚀试验室中的酸蚀槽、清洗槽、试样台、吊夹具装置及地面、墙面等均应考虑防腐措施。

目前用于制作酸蚀槽、清洗槽的耐腐蚀、耐高温材料较多，设计中应预先考虑此类材料的膨胀性，避免管道安装后出现位移和错位现象。试样经酸浸、清洗、冲洗、热风吹干后，由专用吊夹具吊往覆有耐酸橡胶的试样台。为提高吊夹具装置的使用寿命，需采取防腐措施，如选用防腐电缆、吊具采用不锈钢制作、电控箱等要提高密封性能，外壳要用防腐材料涂装；所有钢结构表面采用防腐蚀涂料涂装等。

腐蚀是酸蚀试验室的老大难问题。随着试验室的投入使用，腐蚀问题或多或少都存在，到目前为止，腐蚀问题仍然不能圆满地解决。该问题还有待在以后的设计工作中不断积累经验，逐步完善。

2) 酸蚀试验室通风

酸蚀试验室通风主要包括两个方面：酸洗槽槽边抽风和酸蚀试验室室内全面通风。热酸浸蚀试验时，由于酸液温度高达 80℃，其表面不断蒸发出酸雾；试验过程试样的放入和取出，又增加了酸液的流动性和改变了酸洗槽所期望的封闭性。为及时地清除酸洗槽槽液表面产生的有害物，又不影响试样的酸洗操作，应设置槽边抽风。槽边抽风的效果除与抽风量的大小密切相关外，还取决于气流的合理安排。设计时要求合理采用抽风量，既保证槽边抽风的效果，又不致因抽风量过大而影响槽液温度的稳定。

试样经酸洗后，还需经过清洗，热水冲洗和热风烘干。在这一系列过程中，试样表面、槽液表面和部分地面都有含酸气体和水蒸汽产生，因此需考虑全面通风。全面通风应考虑两个方面，一是满足槽边抽风应有的补风量；二是消除室内有害物质散发量，使室内卫生达到标准要求。

3  硫印试验

硫印试验用来直接检验硫并间接检验其它元素在钢中偏析或分布情况。试样的截取、制备和要求等与酸蚀试样基本相同。一般来说，硫印试样的表面粗糙度越小，效果越好。

3.1 传统的硫印试验方法

传统的硫印试验方法是利用钢中的硫和一定量的稀硫酸的反应，产生硫化氢气体，此气体又和相纸上的溴化银发生作用，生成黑色（深褐色）硫化银沉积在印相纸的相应位置上，其主要化学反应为：

MnS + H2SO4 = MnSO4 + H2S↑

FeS + H2SO4 = FeSO4 + H2S↑

H2S + 2AgBr = Ag2S↓ + 2HBr

检查硫印相纸上黑色（深褐色）斑点的分布，就可以判断试样硫印面上硫的分布情况。

3.2 快速硫印试验

传统的硫印试验方法对于检查连铸坯的内部质量是适用的，但由于试样的加工制作周期较长，特别是尺寸较大的大型连铸板坯试样，加工制作更费时间，一般都需几天甚至一周以上时间才能作出结果。因此，不能满足高效化的板坯连铸的过程检验控制需要。

快速硫印试验（即 ISEM（Instantaneous SlabEvaluation Method），可克服传统硫印试验方法的不足，从试样加工上大大的缩短加工周期，在一两个小时之内就能完成一个断面为 0.25 m2左右的试样加工，并在硫印过程中缩短时间，快速评定出连铸坯的内部质量。

3.2.1 工艺流程

连铸坯快速硫印检验的工艺流程为：试验坯料→切割→试料冷却→切削研磨→贴相纸→冲洗→定影、干燥→观察评级→报结果。试样经切削研磨后，将硫印面用四氯化碳、酒精等擦拭干净；在室温下，把相纸浸入体积足够的硫酸溶液中，取出后，去除多余的硫酸溶液，并使相纸上液膜均匀；然后将药面敷盖在试样面上，不要使相纸发生滑动，并保证不让气体残留在相纸与试面之间；后取下相纸，清洗、上光、干燥。硫印试验不需要在暗室中操作，一般在光线不强的室内即可进行。

3.2.2 快速硫印试验设备技术特点

ISEM 试样加工设备采用专门的高速切削立式铣头和高速砂带研磨机组合式机床，可以在不损坏坯料凝固组织的情况下快速制备硫印试样。试样放入后，该设备能自动完成调整、夹紧、铣削、研磨等程序，并能自动进行润滑、排屑、冷却等，自动化程度高。采用组合式切削、研磨机床，一次完成切削、研磨加工，这是 ISEM 技术的关键。为缩短随后的硫印过程时间，硫印相纸处理采用全自动水洗、定影、干燥设备，快速得出硫印结果反馈至连铸坯生产现场。

4  结束语

连铸坯质量评定在连铸生产中具有重要意义。及时评定连铸坯质量不仅能指导进一步的生产加工处理，保证最终成品的质量；而且对连铸机生产操作起到一定的指导作用，从连铸坯质量评定反馈的质量信息可以推断连铸生产机组生产工艺和设备操作是否得当。因此，连铸坯质量评定设施是连铸生产的一个重要辅助组成。

生产中，连铸坯的宏观检验最常用的是酸浸试验和硫印试验，其中快速硫印试验在日益高速化和连续化的连铸生产中有着越来越重要的意义。