[科普中国]-海绵面

海绵面(Sponge surface)又称气泡暴露。是指沸腾钢钢锭由于坚壳带过薄或有气沟致使蜂窝气泡或皮下气泡在均热炉加热过程中暴露和氧化，造成钢坯表而呈鳞状的一种缺陷。它是钢坯上暴露出的沸腾钢钢锭缺陷。其产生根源是沸腾钢脱氧过度，模内沸腾不强，致使坚壳带过薄所致。

简介海绵面(Sponge surface)又称气泡暴露。是指沸腾钢钢锭由于坚壳带过薄或有气沟致使蜂窝气泡或皮下气泡在均热炉加热过程中暴露和氧化，造成钢坯表而呈鳞状的一种缺陷。它是钢坯上暴露出的沸腾钢钢锭缺陷。其产生根源是沸腾钢脱氧过度，模内沸腾不强，致使坚壳带过薄所致。此外，注温过高或钢校模壁温度过高，以及沸腾钢含锰量过高时，也都容易造成气泡暴露废品，严格控制浇注工艺，及时调节钢水氧化性，促进模内钢水良好沸腾，可以明显减少这类缺陷1。

产生气泡暴露的机理低碳佛腾钢生产的一大质量关键是钢坯表面的气泡暴露，严重者为气泡废品。具有良好氧化性的钢水，在浇注过程中沸腾强烈，形成了钢水在模内的对流循环运动。这种对流循环使生长着的坚壳带受到冲刷，带走了不断产生着的气泡和富集的杂质，因此坚壳带就致密、纯洁，就具有一定的厚度。良好的对流循环，排除了大量的气泡，模内钢水的过剩气体量就少，注后上涨就适度。

若钢水的氧化性弱，浇注过程中无明显的对流循环，气泡排出量少，坚壳带的生成过程缺乏金属回流的冲刷作用，钢锭的坚壳带就薄，蜂窝气泡就靠近表面，注锭上涨就严重。

氧化性过强的钢水，在浇注过程中，模内的钢水沸腾极强，钢水在模内的对流循环区变窄，甚至无对流循环。

这种沸腾极强的钢锭，虽然由于排气量多，坚壳带厚，但坚壳带不致密，不纯洁，在坚壳带内存在针状气泡或气沟，严重者可造成蜂窝气泡外露。

这种蜂窝气泡靠近表面或坚壳带内有针状气泡的钢锭，在正常的均热过程中，气泡内表面就会被氧化，轧后不能被焊合，从而造成钢坯表面的气泡暴露。

钢锭在均热炉内加热温度愈高，加热时间愈长，坚壳带的烧损就愈多，特别是在高温下长时间待轧，坚壳带的烧损就更厉害，这是因为当温度高于850℃时，氧化铁皮即形成较快，当温度达1200℃以上时，氧化铁皮的生成速度则急剧加快。同时，在高温下待轧会造成钢锭的过烧和烧坏。特别不应该将钢锭加热到1390℃以上，这将导致奥氏体的同素异晶转变。这种同素异晶转变，约伴有1%的体积膨胀，这对钢锭的坚壳带也是一个破损性因素。

装锭时坑温过高或对锭温在600℃以下的钢锭加热速度过快，都会造成钢锭内部过大的热应力，从而导致钢锭坚壳带的破裂，蜂窝气泡内表面被氧化。可见，不正常的均热操作，使本来具有足够厚度的坚壳带被破坏，也会促成钢坯表面的气泡暴露。

生产实践还证实，轧制过程中头道压下量过大或多道次的单面轧制，导致非受压面钢锭内气泡尚未焊合前，坚壳带就被过大的宽展变形所撕裂，这就使钢坯出现了气泡废品。

沸腾钢坯气饱废品产生的机理，主要是坚壳带内蜂窝气抱的内表面被氧化，经轧制不能被焊合所致。造成这一缺陷的先天因素是注成钢锭的坚壳带不够厚或有针状气孔，外部因素则是不适当的均热和轧制工艺。对当前用瓶口式锭模生产的大扁钢锭来讲，坚壳带的减薄，加之不适当的均热和轧制工艺的复合作用，这就是造成初轧钢坯出现大量气泡废品的全部原因2。

钢水的氧化度与气泡暴露的关系氧是一种表面活性物质，在过氧化的钢液中，大量的氧原子被吸附在CO气泡的界面上，从而阻碍了碳向CO气泡内扩散，阻碍了〔C〕·〔O〕反应，使新的CO气泡不能生成，原有的也不能再长大，因此，模内钢水的沸腾就受到了限制。这就是低碳高温钢水在浇注过程中沸腾弱的原因。

生产统计表明高温过氧化或过脱氧，是造成钢坯表面气泡废品的主要原因。

对普碳钢来说，一定含碳量的钢种，其出钢温度、钢液中锰的相对浓度以及残余硅含量，是决定钢液氧化度的基本因素。实践证明温度是起决定性作用的。降低钢水的浇注温度对减少钢坯气泡废品是可以立见成效的1。

钢锭的浇注速度与钢坯气泡暴露的关系浇注速度太快和高温快注都是造成大量气泡废品的原因。研究结果认为浇注过程中放出的气体量与模子注满钢液的时间成正比。因此，对于同一脱氧度的钢水来说，过快的浇注速度会使模内钢水的沸腾减弱1。

均热烧钢质量与钢坯气泡暴露的关系在废品归户和原因分析中，经常遇到这样两个问题：

①出现大量气泡废品的炉罐号，其冶炼和浇注操作都是良好的；

②同炉同罐的钢锭，同时装入两个均热坑内，其轧后钢坯的表面质量截然两样。

烧钢质量的优劣，对钢坏气泡暴露的影响是严重存在的。烧钢温度对普碳亚共析钢来说，是根据铁一碳平衡图确定的。这一温度据有关资料推荐的最佳值为：1288-1320℃，为缩短均热时间，提高生产能力，可将上限温度提高10-30℃，这样，此类钢的均热温度可为1320-1345℃。因均热能力满足不了轧机的需要，规程对该类钢的最高加热温度规定为1390℃，实际生产多有高于1400℃的，甚至出现严重烧化现象3。

总结沸腾钢锭坚壳带在轧制过程中破损的机理主要是蜂窝气泡内表面被氧化。其造成原因是由于注成钢锭的坚壳带薄和均热过烧，除此而外，不合理的开坯工艺，也可以使钢锭坚壳带在内部气泡尚未焊合之前被撕裂。因此，为了最大限度地减少钢坯的气泡废品，在生产实践中必须从冶炼到成坯的全过程施行控制2。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学