經(jīng)過(guò)一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，連鑄技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但井不完美，作為連鑄過(guò)程產(chǎn)品的連鑄坯還存在著各種各樣的缺陷。在眾多的表面缺陷中，振痕的形成被認(rèn)為是決定鑄坯表面質(zhì)量的一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。
從60年代到上個(gè)世紀(jì)90年代以來(lái)，針對(duì)不同的工藝條件和操作方式，人們從不同的角度提出了各種各樣的振痕形成的機(jī)理。
1、振痕的典型形態(tài)
振痕是由于結(jié)晶器的周期性振動(dòng)而拄鑄錠表面產(chǎn)生的間距均勻有一定深度的橫向皺折，其典型的形貌如下圖所示。
通過(guò)對(duì)不同連鑄條件下鑄坯表面撮痘進(jìn)行金相分析，最常見(jiàn)的振痕形態(tài)基本上可分為兩種：凹陷狀振痕和鉤狀振痕，其典型的形貌如下圖所示。
2、 敞開(kāi)澆注鑄坯振痕形成機(jī)理
2.1 撕裂一愈合機(jī)理
在敞開(kāi)澆注并且結(jié)晶器采用Junhans振動(dòng)模式時(shí)，Savage在1961年觀察到結(jié)晶器向上振動(dòng)時(shí)，存在凝固坯殼跟隨結(jié)晶器壁向上運(yùn)動(dòng)并露出彎月面的現(xiàn)象，據(jù)此他認(rèn)為存在坯殼和結(jié)晶器壁問(wèn)的“粘結(jié)”。此時(shí)，初生坯殼運(yùn)動(dòng)方向與拉坯方向相反，導(dǎo)致初始凝固坯殼被撕裂，內(nèi)部鋼液則部分填充于裂縫處。當(dāng)結(jié)晶器向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，裂縫處的鋼液凝固愈合，從而在鑄坯表面形成振痕。
該概念模型的提出處于連鑄技術(shù)的發(fā)展早期，缺乏嚴(yán)格認(rèn)真的分析，不能解釋鑄坯表面非常規(guī)則并且具有良好周期性的振痕形成。由于其具有明顯的局限性，已基本被學(xué)術(shù)界拋棄。
2.2 機(jī)械變形機(jī)理
該機(jī)理是Samarasekera和Brimacombe在1982年提出的。他認(rèn)為在方坯連鑄過(guò)程中，采用油潤(rùn)滑及自由澆鑄條件下，彎月面附近區(qū)域的熱流較大，導(dǎo)致此處結(jié)晶器受熱膨脹變形，在彎月面以上區(qū)域產(chǎn)生一倒錐度。隨著結(jié)晶器的振動(dòng)，在負(fù)滑移期間，結(jié)晶器內(nèi)壁將初始凝固坯殼向里向下推動(dòng)，促使初始坯殼變形。在正滑移期間，若初始凝固坯殼強(qiáng)度較高，鋼液靜壓力還不足以推動(dòng)初始凝固坯殼向結(jié)晶器壁方向移動(dòng)，鋼液就溢過(guò)向里向下變形的初始坯殼，形成帶鉤狀的振痕；當(dāng)凝固坯殼強(qiáng)度低時(shí)，在鋼液靜壓力的作用下，坯殼被推向結(jié)晶器壁，形成凹陷狀的振痕。
通過(guò)數(shù)學(xué)模型計(jì)算(連鑄傳熱和應(yīng)力)以及實(shí)驗(yàn)(測(cè)量結(jié)晶器振動(dòng)過(guò)程拉坯阻力)，結(jié)晶器在彎月面處產(chǎn)生的倒錐度的變形已經(jīng)得到證實(shí)，因此這一模型有一定的道理。但是，在一些采用極難變形結(jié)晶器(比如強(qiáng)度較大的結(jié)晶器銅板，銅板背面采用加強(qiáng)筋等)的連鑄時(shí)，仍然會(huì)產(chǎn)生較深的振痕，這是這一機(jī)理不能解釋的。
2.3 二次彎月面機(jī)理
Edward s．Szekeres在撕裂一愈合的基礎(chǔ)上提出這一機(jī)理，他認(rèn)為振痕的形成并不在鋼水表面與結(jié)晶器壁接觸的彎月面處，而是在彎月面之下的“二次彎月面”處。
在結(jié)晶器向上振動(dòng)時(shí)期，上部凝殼粘接在結(jié)晶器壁并與之一起向上運(yùn)動(dòng)，而此時(shí)下部凝殼則以拉坯速度向下運(yùn)動(dòng)，這樣在兩者之間的鋼液就直接暴露在結(jié)晶器壁上，形成一個(gè)“二次彎月面”。同時(shí)，上部凝殼由于受結(jié)晶器的冷卻作用向下生長(zhǎng)。Szekeres認(rèn)為初生的坯殼并不存在Savage所說(shuō)的“撕裂”過(guò)程，因?yàn)檫@兩部分凝殼本身并沒(méi)有連接在一起。
運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到最大時(shí)，上部凝殼與下部凝殼焊合，同時(shí)由于負(fù)滑脫的脫模作用使焊合的凝殼脫離結(jié)晶器壁，形成新的“下部凝殼”以拉坯速度向下運(yùn)動(dòng)。上下兩部分凝固殼在焊合的過(guò)程中就形成了一道振痕。
負(fù)滑脫的結(jié)束，新的“下部凝殼”已經(jīng)完全形成，同時(shí)上部鋼水液面又與結(jié)晶器壁直接接觸，形成新 的“彎月面凝殼”，粘附在結(jié)晶器壁上。以上過(guò)程循環(huán)往復(fù)，于是在一個(gè)振動(dòng)周期就形成一道振痕。
根據(jù)這一解釋?zhuān)切纬?ldquo;鉤狀”還是“凹狀”振痕取決于上下兩部分凝固殼的形狀和它們的焊合情況。顯然，上下兩部分凝殼越厚，下部凝殼向內(nèi)彎曲得越厲害，越容易形成鉤狀振痕。相反，上下兩部分凝殼越薄，則下部凝殼向內(nèi)彎曲得程度就越輕越容易形成“凹狀”振痕。
這一機(jī)理相對(duì)于撕裂一愈合機(jī)理和機(jī)械變形機(jī)理有如下的一些優(yōu)點(diǎn)：可以解釋生產(chǎn)中出現(xiàn)的結(jié)晶器向上振動(dòng)過(guò)程中初生坯殼突出液面的情況；在沒(méi)有負(fù)滑脫時(shí)仍然形成振痕的情況；可以同時(shí)解釋“鉤狀”和“凹狀”振痕的形成。相比較而言。在自由澆注并采用油潤(rùn)滑的情況下，二次彎月面處形成振痕的說(shuō)法因其能解釋最多的實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)現(xiàn)象，最具有可信性。但由于該機(jī)理提出的時(shí)間相對(duì)較晚，缺乏足夠的定量化支持，這也是有待完善的地方。
——本文摘自萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù)
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