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第1章 连铸坯凝固1

1.1 钢的凝固理论1

1.1.1 结晶的必要条件1

1.1.2 结晶的结构条件2

1.1.3 能量起伏2

1.1.4 晶核的形成3

1.1.5 晶核的长大6

1.2 连铸坯的凝固组织6

1.2.1 树枝晶凝固7

1.2.2 细小等轴晶带8

1.2.3 结晶器内坯壳生长的行为特征9

1.2.4 柱状晶带9

1.2.5 交叉树枝晶带13

1.2.6 等轴晶带14

1.2.7 典型连铸坯凝固组织15

1.2.8 连铸坯的穿晶组织17

1.2.9 连铸坯粗大晶粒组织18

1.3 钢液凝固过程中的收缩18

1.4 连铸坯凝固过程主要特点19

1.4.1 一般连铸坯凝固特点19

1.4.2 特殊钢凝固特点20

1.5 钢液凝固放出的热量21

1.6 连铸坯凝固冷却的冶金准则21

1.7 脱氧方式对连铸坯质量的影响22

1.8 电磁搅拌对连铸坯树枝晶形态的影响22

1.9 小结25

第2章 连铸坯的偏析27

2.1 概述27

2.2 连铸坯的宏观偏析28

2.2.1 连铸坯的V形偏析31

2.2.2 连铸坯中心点状偏析32

2.2.3 连铸坯中心线偏析32

2.3 连铸坯的显微偏析34

2.3.1 连铸坯的树枝晶偏析35

2.3.2 连铸坯的方形偏析（锭型偏析）36

2.3.3 连铸坯的斑点状偏析37

2.3.4 连铸坯的白亮带38

2.4 连铸坯的重力偏析39

2.5 晶界低熔点有害元素偏析40

2.6 CrNiMo电渣钢的质点偏析42

2.7 小结47

第3章 连铸坯洁净度48

3.1 高品质钢洁净度的基本要求48

3.2 连铸坯低倍酸浸及硫印检验原理50

3.3 检验连铸坯夹杂物的常用方法53

3.4 连铸坯非金属夹杂物的分类57

3.4.1 按非金属夹杂物形态和分布分类58

3.4.2 按非金属夹杂物的化学组成分类59

3.4.3 按非金属夹杂物的尺寸分类59

3.4.4 按非金属夹杂物在热加工中的变形程度分类60

3.4.5 按非金属夹杂物生成的阶段顺序分类61

3.5 非金属夹杂物的相结构特征63

3.6 固态与液态非金属夹杂物66

3.6.1 固态非金属夹杂物66

3.6.2 液态非金属夹杂物67

3.7 弧形连铸坯内弧上部的夹杂物集聚带68

3.8 常见主要元素及其非金属夹杂物70

3.9 轧制前后连铸坯中非金属夹杂物的形态变化71

3.10 各类非金属夹杂物在加工后的变化规律76

3.10.1 硅酸盐在加工后的变化规律76

3.10.2 硫化物的变形规律80

3.10.3 铝酸盐类夹杂物加工变化规律82

3.10.4 脆性非金属夹杂物的脆裂85

3.11 钢中夹杂物的控制85

3.11.1 外来非金属夹杂物的控制86

3.11.2 内生非金属夹杂物的控制86

3.12 钙处理对钢中非金属夹杂物变性效果87

3.13 几种典型夹杂物的生成规律90

3.13.1 硫化物的生成规律90

3.13.2 B类氧化物的生成规律92

3.13.3 MgO·Al2O3·SiO2·MnO复相夹杂物的生成规律94

3.13.4 mCaO·nAl2O3夹杂物的生成规律96

3.13.5 氮化钛及碳氮化钛的生成规律97

3.13.6 MgO·Al2O3镁铝尖晶石夹杂物的生成规律99

3.13.7 点状夹杂物外包裹CaS的生成规律99

3.13.8 DS类夹杂物的生成规律100

3.13.9 硅酸盐类夹杂物的生成规律102

3.14 钢包耐火材料对钢中夹杂物的影响103

3.15 非金属夹杂物对钢性能的影响104

3.16 钢中非金属夹杂物去除技术的进展108

3.16.1 钢中夹杂物的长大、上浮与分离108

3.16.2 钢中夹杂物去除技术108

3.16.3 钢中夹杂物去除技术的冶金功能比较110

3.17 洁净钢生产技术111

3.17.1 洁净钢的概念111

3.17.2 碳的去除113

3.17.3 硫的去除113

3.17.4 磷的去除114

3.17.5 氮的去除114

3.17.6 氢的去除115

3.17.7 氧的去除及夹杂物的控制115

3.18 82B钢连铸坯磷化物Fe3P分析117

3.19 82B钢连铸坯中心附近的硫化物121

3.20 水口堵塞沉积物分析123

3.21 连铸坯中的大颗粒夹杂物125

3.22 小结126

第4章 连铸坯内部缺陷及对策127

4.1 连铸坯内部缺陷127

4.2 连铸坯的中心疏松129

4.3 连铸坯的一般疏松130

4.4 连铸坯的中心缩孔131

4.5 连铸坯的中心缩孔和中心疏松共存134

4.6 连铸坯的中心偏析和中心疏松共存135

4.7 中心偏析与中心疏松、中心缩孔的区别135

4.8 连铸坯中心偏析与中心疏松的形成与预防136

4.8.1 中心偏析与中心疏松形成原因136

4.8.2 中心偏析与中心疏松预防对策137

4.9 连铸坯中心缩孔缺陷分析140

4.10 连铸坯的内部裂纹141

4.11 连铸圆坯方坯典型中心裂纹形貌144

4.12 27SiMn钢连铸圆坯中心星形裂纹分析145

4.13 08Cr2AlMo连铸坯中心星状裂纹分析148

4.14 GCr15SiMn连铸坯低倍中心裂纹分析152

4.15 连铸坯的中间裂纹153

4.16 连铸方坯和矩形坯的三角区裂纹156

4.16.1 三角区裂纹的类型及形成机理157

4.16.2 三角区裂纹的影响因素158

4.16.3 钢液化学成分的影响因素159

4.16.4 防止措施159

4.17 连铸坯的角部裂纹160

4.18 连铸坯的皮下裂纹161

4.19 连铸坯的皮下气孔162

4.20 连铸坯气孔中的凝固液滴——“析出型”气孔165

4.21 GCr15钢连铸坯内的皮下气孔166

4.22 低碳高硫高铅易切削钢连铸坯内的气孔167

4.23 连铸坯内的白点170

4.24 连铸坯的皮下夹渣171

4.25 连铸圆坯急冷裂纹172

4.26 提高连铸坯内部质量应采取的措施173

4.27 小结175

第5章 连铸坯形状缺陷及对策176

5.1 方坯和矩形坯菱形变形（又叫脱方）176

5.2 连铸圆坯变成椭圆形177

5.3 连铸圆坯变成不规则的形状178

5.4 连铸坯鼓肚178

5.5 连铸坯表面凹陷179

5.6 连铸小方坯沿长度方向变成扭曲形状182

5.7 T91连铸坯表面凹陷分析182

5.8 小结184

第6章 连铸坯表面缺陷及对策185

6.1 连铸坯的横裂纹186

6.1.1 连铸坯横裂纹的形成原因186

6.1.2 连铸坯的横裂纹与原始奥氏体晶粒度的关系188

6.1.3 连铸坯横裂纹的形成机理190

6.1.4 连铸坯横裂纹微观组织特征191

6.2 连铸坯的纵裂纹192

6.2.1 15CrMoG管坯表面纵向裂纹分析193

6.2.2 Q460C连铸板坯表面纵裂纹分析196

6.2.3 钢中残余元素对连铸圆坯纵裂纹的影响201

6.2.4 连铸坯角部纵裂纹的形成原因及防止措施203

6.3 铸坯表面星形裂纹203

6.3.1 铸坯表面星形（网状）裂纹特征204

6.3.2 铸坯表面星形裂纹产生的原因204

6.3.3 防止星形裂及产生的措施205

6.4 铸坯表面渣类缺陷的形成和防止206

6.4.1 37Mn5连铸圆管坯卷渣表面纵裂纹分析206

6.4.2 连铸坯表面夹渣分析及预防措施209

6.4.3 连铸坯表面渣孔的遗传特性212

6.5 连铸坯表面折叠缺陷（翻皮缺陷）214

6.6 提高连铸坯表面质量措施215

6.7 包晶反应216

6.8 GCr15连铸方坯热应力裂纹分析218

6.9 小结220

第7章 热轧材表面缺陷分析与对策221

7.1 “轧材缺陷”内涵和定义221

7.2 轧材产品标准和技术要求概述221

7.3 产品质量222

7.3.1 定义222

7.3.2 钢材缺陷分析的要求222

7.4 轧材热轧过程中产生的缺陷223

7.5 轧材的表面状态227

7.6 钢材表面纵裂纹227

7.7 12Cr1MoV轧材的表面纵裂纹228

7.8 无缝荒管表面缺陷分析230

7.9 20MnG、15CrMoG、12CrMoV轧材的表面裂纹成因分析231

7.10 20MnG圆钢表面缺陷分析236

7.11 热轧棒材的横向裂纹237

7.12 45钢冷拉中的脆断分析237

7.13 ND钢管纵裂纹分析238

7.14 SA213T22钢管表面折叠缺陷240

7.15 热轧材表面热应力裂纹的形貌特征241

7.16 小结245

第8章 热轧材内部缺陷分析与对策246

8.1 热轧材内裂纹246

8.2 缩孔残余246

8.3 晶间裂纹248

8.4 白点249

8.4.1 白点的宏观特征250

8.4.2 白点的微观特征252

8.5 板材白点——X70钢板拉伸断口上的“鸭嘴形”白点群特征255

8.6 棒材白点——60Si2Mn钢拉伸断口上的圆形白点256

8.7 板材白点——S235JO钢板冲击断口上的白点258

8.8 热轧盘条心部晶界网状碳化物析出引起的金属脆化259

8.9 盘条中心隐晶马氏体引起的金属脆化262

8.10 42CrMo棒材内裂纹分析264

8.11 SCM440中心裂纹266

8.12 GCr15钢液析碳化物267

8.13 异金属夹杂物268

8.14 GCr15圆钢带状碳化物269

8.15 小结270

第9章 冶金缺陷引起的失效分析271

9.1 φ18mm 40Cr螺栓中心缩孔残余271

9.2 夹渣导致的高压锅炉管扩口裂纹分析272

9.2.1 试样及试验方法273

9.2.2 试验结果273

9.2.3 结果分析278

9.3 GCr18Mo锻件保护渣卷渣造成的夹渣缺陷280

9.4 X70钢板保护渣卷入钢液产生的夹渣281

9.5 夹渣导致US钢早期疲劳断裂282

9.6 夹渣导致77B热轧盘条拉拔开卷断裂283

9.7 保护渣在结晶器中的行为285

9.8 38MnVS钢耐火材料被侵蚀带入钢液产生的夹渣287

9.9 非金属夹杂物对结构件性能的影响288

9.10 夹杂物导致42CrMo钢疲劳断裂290

9.11 夹杂物导致结构件表面划痕缺陷292

9.12 母材折叠缺陷导致GCr15轴承钢冲锻件裂纹分析294

9.13 35SiMnVB弹条环境腐蚀吸氢造成的延迟断裂分析297

9.14 淬火裂纹——20CrNiMo气动冲击扳手转子沟槽边缘裂纹分析301

9.15 球化组织不良产生的轴承套圈沟道裂纹分析302

9.16 用户再加工出现的缺陷303

9.17 22CrMoH齿轮淬火裂纹分析304

9.18 20CrMnTiH盆齿轮锻造折叠裂纹306

9.19 20CrMnTiH锻件表面“树皮状”皱褶分析307

9.20 35CrMoA钢成分偏析引起的金属脆化308

9.21 轴心晶间裂纹冶金缺陷312

9.22 小结313

第10章 连铸钢异常断口及对策315

10.1 偏析线导致金属脆化316

10.2 朽木状脆性断裂316

10.3 钢的疲劳断裂319

10.3.1 疲劳源区断口特征321

10.3.2 疲劳扩展区断口特征324

10.4 轮胎状疲劳断口特征325

10.5 脊柱状疲劳断口特征326

10.6 海滩状疲劳断口特征327

10.7 82B热轧盘条拉伸脆性黑斑异常断口分析327

10.8 黑脆断口特征337

10.9 贝壳状断口特征339

10.10 珠光体断口特征341

10.11 层状或台阶状断口特征344

10.12 18Cr2Ni4WA调质钢撕痕状断口宏观特征345

10.13 18Cr2Ni4WA钢撕痕状断口特征347

10.14 S235JO钢板冲击断口凝固液滴——“钢气球”特征348

10.15 沿晶渗碳体自身解理断裂断口特征349

10.16 小结352

参考文献353