半沸腾钢钢锭

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。

沸腾钢板是由普通碳素结构钢沸腾钢热轧成的钢板。沸腾钢是一种脱氧不完全的钢，只用一定量的弱脱氧剂对钢液脱氧，钢液含氧量较高，当钢水注入钢锭模后，碳氧反应产生大量气体 ，造成钢液沸腾，沸腾钢由此而得名。沸腾钢含碳量低，由于不用硅铁脱氧，钢中含硅量也低（Si<0.07%）。沸腾钢的外层是在沸腾所造成的钢液剧烈搅动的条件下结晶成的，故表层纯净、致密，表面质量好， 有很好的塑性和冲压性能，没有大的集中缩孔，切头少，成材率高， 而且沸腾钢生产工艺简单，铁合金消耗少，钢材成本低。沸腾钢板大量用于制造各种冲压件， 建筑及工程结构及一些不太重要的机器结构零部件。但沸腾钢心部杂质较多，偏析较严重， 组织不致密，力学性能不均匀。同时由于钢中气体含量较多，故韧性低，冷脆和时效敏感性较大， 焊接性能也较差。故沸腾钢板不适于制造承受冲击载荷、在低温条件下工作的焊接结构及其他重要结构。 2100433B

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。沸腾钢钢锭的结构可分为5个带：(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）沸腾钢钢锭热送。中国鞍山钢铁公司（鞍钢）从20世纪80年代初开始试验液芯加热和液芯轧制技术，把沸腾钢钢锭模注满后马上打水封顶脱模，不等中心凝固就装入均热炉，给少量煤气保温，待中心与表面温度均匀后即出炉轧制。这一技术可大大地减少钢锭在炉时间和节约煤气，但因沸腾钢钢锭露天传搁无法使这一技术全面推广。ZF法（即用上大下小带球形底部的镇静钢钢锭模加瓶口式铸铁顶盖浇注沸腾钢钢锭）工艺为提高沸腾钢钢锭装炉温度，保证液芯装炉率创造了有效和可靠的条件。鞍钢在推广ZF法后的1984年，钢锭的装炉温度超过950℃以上的占全部ZF锭产量的58%，使利用钢锭芯部未凝固的结晶潜热进行液芯加热和液芯轧制的条件更好。1985年在第二初轧厂又试验了沸腾钢钢锭密集装炉微能加热工艺（由于热损失小，只给少量煤气即可完成钢锭加热）。与传统非液芯加热钢锭相比，均热炉燃耗降低约50%，均热炉生产能力提高约30%～40%，钢锭的氧化铁皮损失由1.5%左右降至0.8%左右。

（2）镇静钢钢锭热送。镇静钢钢锭一般采用凝固后热送装炉。1986年热送率最高的本溪钢铁公司平均送锭温度达880℃，用沸腾钢钢锭模挂绝热板浇注的上小下大镇静钢钢锭，由于脱模后钢锭露天传搁，制约了热送温度的进一步提高。为解决这一问题，将脱模后的钢锭迅速放置到保温车内送至均热炉，是行之有效的措施。1985年鞍钢第二初轧厂成功地试验了7.8t上小下大挂绝热板的镇静钢钢锭液芯装炉微能加热，使煤气单耗下降40%，加热效率提高20%，成坯率提高0.69%，达到与沸腾钢钢锭液芯装炉相近的效果，但因镇静钢钢锭头部挂绝热板不能采用封顶，要求在脱模和装炉过程中审慎操作，不能将钢锭碰倒。利用钢锭凝固传热模型，计算各关键时刻（如脱模、装炉、出炉、开轧及终轧）钢锭内的温度场，对钢锭热送，特别是对液芯加热和液芯轧制工艺的优化有重要指导意义。

按钢锭模纵断面形状可分为上大下小带保温帽或豁口挂绝热板钢锭模和上小下大敞口或瓶口式钢锭模。前者传统上用于浇注镇静钢钢锭，习惯上称为镇静钢钢锭模，现在也用于浇注沸腾钢钢锭，后者传统上用于浇注沸腾钢，习惯上称为沸腾钢钢锭模，现在也广泛用于浇注镇静钢。按钢锭模内腔横断面形状可分为方形、矩形、圆形和多角形等类型。按钢锭模内壁形状可分为凸边形、凹边形、直边形及波纹边形等类型。图1为几种常用钢锭模的实物照片。