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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