段倫雙

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)泰山不銹鋼廠，山東271100)

某鋼鐵集團(tuán)公司采用65 t的脫磷轉(zhuǎn)爐+車式LF鋼包精煉爐+一機(jī)一流直弧形板坯連鑄機(jī)生產(chǎn)低碳微合金鋼連鑄板坯。連鑄配有動態(tài)輕壓下和電磁攪拌裝置。初期生產(chǎn)的連鑄坯經(jīng)過7道次的軋制，板坯出現(xiàn)了大量不同程度的縱向裂紋，裂紋最大深度達(dá)8 mm、長度達(dá)150 mm。隨后，對出現(xiàn)裂紋部位的鋼板進(jìn)行了解剖分析，發(fā)現(xiàn)中厚板裂紋是由于連鑄坯表面的裂紋引起的。進(jìn)一步研究該鋼種的特性及連鑄工藝，分析連鑄坯裂紋產(chǎn)生的原因，采取有效的控制措施，成功的解決了連鑄板坯產(chǎn)生裂紋的現(xiàn)象。

1 鋼板表面裂紋特征

該鋼鐵集團(tuán)生產(chǎn)的中厚板表面裂紋形貌見圖1。裂紋具有如下特點：

(1)裂紋主要發(fā)生在鋼板兩個表面靠邊部的位置，不具有連續(xù)性，且無明顯的規(guī)律性，中心部位也存在裂紋，但是較邊部位置少；

(2)裂紋主要以縱向裂紋存在，其深度和長度均較大；

(3)不同爐號的鋼均發(fā)生裂紋現(xiàn)象。

圖1 中厚板表面裂紋Figure 1 Surface cracks in medium and heavy plate

2 金相分析

在中板裂紋處取樣，磨制成金相試樣后，在奧林巴斯GX-51金相顯微鏡下對缺陷部位進(jìn)行微觀分析，并用4%的硝酸-酒精溶液對試樣進(jìn)行侵蝕，觀察缺陷部位的組織情況。

中板裂紋附近存在高溫氧化物和大量內(nèi)氧化質(zhì)點，見圖2(a)。組織存在嚴(yán)重的脫碳現(xiàn)象，見圖2(b)。說明該缺陷是在高溫狀態(tài)下長時間存在(高溫長時)而形成的，是由于連鑄坯表面裂紋造成的。

(a)內(nèi)氧化質(zhì)點 1 000× (b)脫碳現(xiàn)象 100×

3 連鑄坯裂紋形成機(jī)理及裂紋原因分析

3.1 連鑄坯裂紋的形成機(jī)理

鑄坯在連鑄機(jī)內(nèi)的凝固可看成是一個液相穴很長的鋼錠，而凝固是沿液相穴的固液界面在液固相溫度區(qū)間把液體轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w并將潛熱釋放出來的過程。固液界面間剛凝固的晶體強度和塑性都非常小，當(dāng)作用于凝固殼的熱應(yīng)力、鼓肚力、矯直力、摩擦力、機(jī)械力等外力超過所允許的外力值時，在固液界面就產(chǎn)生裂紋，這就形成了鑄坯內(nèi)部裂紋。而已凝固的坯殼在二冷區(qū)接受強制冷卻，由于鑄坯線收縮，溫度的不均勻性，坯殼鼓肚、導(dǎo)向段對弧形不準(zhǔn)，固相變引起質(zhì)點如(AIN)在晶界的沉淀等，容易使外殼受到外力和熱負(fù)荷間歇式的突變，從而產(chǎn)生裂紋，即表面裂紋。

連鑄板坯表面裂紋分為縱裂紋、橫裂紋、網(wǎng)狀裂紋和皮下針孔。鋼的成分對裂紋的敏感性、澆注工藝條件和連鑄機(jī)設(shè)備狀況是連鑄板坯產(chǎn)生裂紋的主要影響因素。因此，帶液芯連鑄機(jī)運行過程中受外力作用是坯殼產(chǎn)生裂紋的外因，鋼的高溫力學(xué)行為是產(chǎn)生裂紋的內(nèi)因，而設(shè)備工藝因素是產(chǎn)生裂紋的條件。

3.2 形成連鑄坯裂紋的因素

從工藝設(shè)備和鋼凝固特性來考慮，影響裂紋形成的因素可分為：

(1)連鑄機(jī)設(shè)備狀態(tài)：結(jié)晶器冷卻不均勻；結(jié)晶器角部形狀不當(dāng)；結(jié)晶器錐度不合適；結(jié)晶器振動不良；二冷水分布不均勻(如噴淋管變形，噴嘴堵塞等)；支承輥對弧不準(zhǔn)和變形。

(2)工藝參數(shù)控制：化學(xué)成分控制不良(如C，Mn/S)；鋼水過熱度高；結(jié)晶器液面波動太大；保護(hù)渣性能不良；水口擴(kuò)徑；二次冷卻水分配不良，鑄坯表面溫度回升過大；鑄坯帶液芯矯直；鑄坯在脆性區(qū)(700～900℃)矯直。

(3)鋼的凝固特性： 凝固冷卻過程的相變； 鑄坯凝固結(jié)構(gòu)(柱狀晶與等軸晶的比例)； 凝固殼高溫力學(xué)行為； 凝固過程的偏析。

3.3 連鑄板坯裂紋形成原因分析

(1)化學(xué)成分

連鑄板坯的化學(xué)成分見表1。

表1 板坯的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

C含量為0.11%時，進(jìn)入包晶反應(yīng)區(qū)，隨著溫度下降，發(fā)生δFe-γFe轉(zhuǎn)變，發(fā)生線收縮。坯殼與結(jié)晶器銅壁脫離過早形成主隙，導(dǎo)致熱流最小，坯殼最薄，在表面形成凹陷。凹陷部位的冷卻和凝固比其它部位慢，組織粗化，對裂紋敏感性強。坯殼出結(jié)晶器后受到噴水冷卻和鋼水靜壓作用，在凹陷的最薄弱處造成應(yīng)力集中，加上鋼處于高溫脆性區(qū)而引起裂紋，在二冷區(qū)繼續(xù)擴(kuò)展。坯殼表面凹陷越深，坯殼厚度不均勻性就越嚴(yán)重，縱裂出現(xiàn)的機(jī)率也就越大。

鋼中S、P含量高，鑄坯縱裂發(fā)生幾率增加。鋼中P>0.017%和S>0.025%時，鋼的高溫強度和塑性降低，容易發(fā)生縱裂。保持Mn/S>20，可減少縱裂。

(2)連鑄工藝對比試驗

試驗過程中進(jìn)行了浸入式水口吹氣與否和結(jié)晶器銅板鍍層與否的對比試驗。

試驗發(fā)現(xiàn)，使用吹氣水口或不吹氣水口對中厚板表面微裂紋的影響不大。但是，結(jié)晶器使用鍍Ni-Cr銅板時，連鑄坯軋后鋼板表面微裂紋的發(fā)生率很低，僅0.76 %，而結(jié)晶器使用不鍍層的含Ag銅板時，連鑄坯軋后鋼板表面微裂紋的發(fā)生率卻達(dá)45 %。因此,結(jié)晶器銅板鍍層與否是影響中厚板表面微裂紋發(fā)生率的主要因素。

4 工藝改進(jìn)措施及效果

通過研究分析，采取了以下措施：降低該鋼種的C含量至0.08%，更換鍍層結(jié)晶器，連鑄過程中加強結(jié)晶器的清理及合理控制二冷水的強度和均勻性。另外，還采取了改善二次冷卻，降低澆鑄溫度，使溫度與拉速匹配，使拉速與目前使用的保護(hù)渣匹配，控制水口的吹氬量以保持結(jié)晶器液面穩(wěn)定，定期檢查清理二冷噴嘴，控制鑄坯矯直溫度,避開脆性區(qū)矯直等措施。

按照新的工藝規(guī)程組織生產(chǎn)后，鋼板的表面裂紋發(fā)生率從原來的的48%降低到0.74%。

5 結(jié)語

中厚板表面裂紋是連鑄坯表面裂紋的遺傳。

連鑄結(jié)晶器內(nèi)坯殼不均勻是導(dǎo)致連鑄坯裂紋產(chǎn)生的根本原因。通過降低該鋼種的C含量至0.08%，更換鍍層結(jié)晶器，連鑄過程中加強結(jié)晶器的清理及合理控制二冷水的強度和均勻性等措施，大大降低了中厚板表面裂紋的發(fā)生率。

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