胡澤東

（河鋼集團宣鋼公司，河北 張家口 075100）

82B 高碳鋼是一種十分優(yōu)質(zhì)的高碳鋼，其82B 盤條更是被廣泛應(yīng)用于高層住宅樓、公路、鐵路、水利設(shè)備等諸多領(lǐng)域的工程建設(shè)項目，具備極強的抗壓能力、韌性和強度。然而在82B 高碳鋼的生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會因為連鑄工藝等原因造成高碳鋼的縱裂現(xiàn)象。一些表面的輕微縱裂只是簡單的表面缺陷，不會影響82B 高碳鋼的性能，但是很多內(nèi)部縱裂會導(dǎo)致該鋼鐵樣本成為廢鋼。長此以往，為了保證82B 高碳鋼的生產(chǎn)質(zhì)量，就會間接性地降低鋼鐵的生產(chǎn)率[1]。因此，為了保證82B 高碳鋼的生產(chǎn)率，本文對其縱裂形成原因及連鑄工藝優(yōu)化方法進行研究。首先需要對82B 高碳鋼中所含的化學(xué)元素在高溫條件下產(chǎn)生的影響進行分析，判斷其縱裂概率最小的質(zhì)量分?jǐn)?shù)區(qū)間。然后確定由工藝因素導(dǎo)致的縱裂現(xiàn)象，并以此對82B 高碳鋼的連鑄工藝進行優(yōu)化改造。

1 高碳鋼82B縱裂形成原因分析

1.1 鍛鑄材料的影響效果分析

在連鑄工藝中，鋼鐵的化學(xué)組成會直接影響其在高溫下的力學(xué)特性，進而影響該鋼鐵鑄造完成后的質(zhì)量。因此，所有能夠在高溫環(huán)境下改變鋼鐵化學(xué)性質(zhì)的元素都能夠?qū)е?2B 高碳鋼的縱裂，另一方面，這些化學(xué)成分也可能會導(dǎo)致82B 高碳鋼縱裂效果發(fā)生的概率降低。因此，為了排除82B 高碳鋼在鍛鑄過程中的風(fēng)險隱患，可以通過排除法判斷各元素對鋼鐵鍛鑄的影響效果。

82B 高碳鋼的碳含量大概為0.06%~0.19% 之間，在連鑄工藝中，由于高溫的效果，鋼液會直接在包晶區(qū)內(nèi)發(fā)生凝固現(xiàn)象，原本的鋼鐵包晶結(jié)構(gòu)會直接由體心結(jié)構(gòu)變?yōu)槊嫘慕Y(jié)構(gòu)，并伴隨著一定程度的體積壓縮，其收縮程度能夠達到0.29%~0.57%。而這種程度的體積收縮通常會伴隨著間隙變大，結(jié)晶壁與胚殼之間會發(fā)生分離現(xiàn)象[2]。但是這種分離現(xiàn)象并不平均，進而會產(chǎn)生鋼鑄表面的縱裂。一般情況下，碳含量大約在0.12% 左右時會達到縱裂概率的頂峰，其具體概率關(guān)系如圖1 所示。

圖1 碳元素含量與縱裂概率的關(guān)系

如圖1 所示，對于82B 高碳鋼而言，鋼鑄縱裂概率最大的區(qū)域在碳元素含量達到0.08%~0.16% 之間，剛好在82B 高碳鋼含碳量區(qū)間之內(nèi)。因此為了避免碳元素作為鋼鑄縱裂的原因，可以將82B 高碳鋼的含碳量適當(dāng)上調(diào)或降低，避過這個區(qū)間。

除碳元素以外，硫元素也是82B 高碳鋼中常見的元素之一，同樣也是鋼鑄過程中最常見的有害元素。高溫條件下，硫元素會發(fā)生偏析現(xiàn)象，導(dǎo)致82B 高碳鋼的零塑溫度大幅度降低，而硫元素的偏析能力又能夠與82B 高碳鋼基體相結(jié)合，產(chǎn)生應(yīng)力反應(yīng)，并且在力的作用下形成孔隙，從而導(dǎo)致鋼鑄縱裂的現(xiàn)象[3]。因此，當(dāng)碳元素的含量不變時，硫元素含量與縱裂產(chǎn)生概率之間的關(guān)系如圖2 所示。

圖2 硫元素含量與縱裂概率的關(guān)系

由圖2 可知，當(dāng)82B 高碳鋼中硫元素的含量超過0.005% 時，縱裂概率會迅速增加，直到硫元素的含量達到0.025%，才會使縱裂概率穩(wěn)定在0.275% 左右。因此，為了降低鋼鑄縱裂發(fā)生的概率，需要在鋼鑄過程中將硫元素的含量降低到0.005 以下。

只要82B 高碳鋼中含有硅元素，就有機會導(dǎo)致鋼鑄縱裂的發(fā)生，其實際概率如圖3 所示。

圖3 硅元素含量與縱裂概率的關(guān)系

通過圖3 可以看出，只有當(dāng)硅元素的含量保持在0.2% 左右時，鋼鑄縱裂發(fā)生的概率才能達到最低。而在0.2% 之外，無論是升高硅元素的比例還是降低硅元素的比例，都會增大鋼鑄縱裂發(fā)生的概率。因此在連鑄工藝中，需要將82B 高碳鋼中硅元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)嚴(yán)格控制在0.2% 左右。

1.2 工藝因素的影響效果分析

雖然化學(xué)元素在高溫條件下對82B高碳鋼性質(zhì)的改變是82B高碳鋼產(chǎn)生縱裂現(xiàn)象最主要的原因，但是除82B 高碳鋼中的化學(xué)元素影響外，連鑄工藝的失誤也會導(dǎo)致鋼鑄縱裂現(xiàn)象的產(chǎn)生。一般情況下，結(jié)晶器內(nèi)的82B 高碳鋼經(jīng)過初步誘發(fā)會導(dǎo)致表面裂紋，而不規(guī)范的二次冷卻后，這些裂紋就很有可能拓展為鋼鑄縱裂。

82B 高碳鋼板坯斷面的尺寸會直接導(dǎo)致縱裂現(xiàn)象發(fā)生的概率，常見的斷面為240*2000、240*1850、240*1600 三類，其中板坯的長度越大，其發(fā)生的縱裂現(xiàn)象的概率就越大。然而，斷面的尺寸問題通常都是間接因素，斷面的大小會直接導(dǎo)致澆注時鋼水流速的快慢。鋼水流速越快，則沖擊力越大，反之則越小。當(dāng)沖擊力足夠大時，鋼液就會減少被動流速現(xiàn)象，與此同時，結(jié)晶器的紊流活動也會相應(yīng)減弱[4]。因此，當(dāng)82B 高碳鋼的板坯界面較大時，整個82B 高碳鋼就會變得很薄，經(jīng)過冷卻后極易因集中的應(yīng)力產(chǎn)生縱裂現(xiàn)象。

拉坯速度也會影響到82B 高碳鋼的縱裂概率，在連鑄工藝中，拉坯的速度是鋼鐵成型中十分重要的一個因素。想要澆鑄出完好的82B 高碳鋼，連鑄過程中的拉坯速度必須保證完全一致，不產(chǎn)生任何波動。即使在一些特殊情況下，例如水口堵塞以至于不得不降低拉坯速度的情況下，也不能產(chǎn)生波動。無論是拉坯速度的變化還是波動的變化，都能夠增大產(chǎn)生縱裂現(xiàn)象的概率，正值一些較大的拉坯速度的波動還能夠直接導(dǎo)致82B 高碳鋼的表面縱裂。而且如果拉坯速度過高，82B 高碳鋼的鑄坯表面溫度增大，也會因為應(yīng)力過高導(dǎo)致縱裂現(xiàn)象。

有時候，鋼水過熱度同樣會產(chǎn)生82B 高碳鋼的縱裂，鋼水過熱度在一般情況下都可以表示為鋼水溫度與鋼水液之差，是連鑄工藝中較為重要的一個指標(biāo)之一。在82B 高碳鋼的連鑄過程中，如果鋼水的過熱度過高，很容易導(dǎo)致結(jié)結(jié)晶器內(nèi)坯殼的變薄，從而大幅度增加縱裂概率。當(dāng)鋼水的過熱度過小時，還會導(dǎo)致結(jié)晶器內(nèi)的保護渣在連鑄過程中熔融效率低下，坯殼無法均勻生長，使82B 高碳鋼的表層失去保護膜，進而導(dǎo)致縱裂現(xiàn)象。30℃一般為鋼水過熱度的最優(yōu)值，經(jīng)調(diào)查研究，當(dāng)其他條件為理想值時，該溫度下的82B 高碳鋼縱裂概率只有3%，因此需要將鋼水的過熱度控制在30℃左右。

2 連鑄生產(chǎn)工藝優(yōu)化

想要優(yōu)化82B 高碳鋼的連鑄工藝，首先需要盡量改變82B 高碳鋼中的化學(xué)元素成分比例，將一些能夠影響縱裂概率的元素控制在最佳區(qū)間之內(nèi)，這一過程可以使用高壓碳補吹法或者低拉碳增碳功能各異來實現(xiàn)[5]。但是，這兩種連鑄工藝的優(yōu)化方法都需要較為熟練的操作水平，通常情況下較難實現(xiàn)。

除此以外，還可以使用冶煉脫氧工藝進行82B 高碳鋼的連鑄優(yōu)化，在鋼水冷卻過后，通過改變連鑄的最佳工藝參數(shù)來降低82B 高碳鋼的縱裂概率，具體工藝參數(shù)如表1 所示。

表1 82B 高碳鋼連鑄工藝參數(shù)

然后利用電離技術(shù)使經(jīng)過以上過程改造的鋼水中的氧元素與鐵元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進而在82B 高碳鋼表面形成一層致密的氧化鐵薄膜，進而提升82B 高碳鋼的可塑性并降低其縱裂概率。

3 結(jié)語

在82B 高碳鋼的連鑄工藝中，50% 以上的質(zhì)量問題是縱裂現(xiàn)象，若82B 高碳鋼表面的縱裂現(xiàn)象過于嚴(yán)重，甚至?xí)?yán)重影響該82B 高碳鋼的性能。上文中基于該問題進行了研究，分析82B 高碳鋼中縱裂現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，并對連鑄工藝進行了優(yōu)化，有效地提高了82B 高碳鋼的生產(chǎn)率，降低了廢鋼產(chǎn)出率。