寬厚板鑄坯中間裂紋缺陷的研究與控制

于銘杰

(萊蕪鋼鐵集團(tuán)銀山型鋼有限公司)

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寬厚板鑄坯中間裂紋缺陷的研究與控制

于銘杰

(萊蕪鋼鐵集團(tuán)銀山型鋼有限公司)

通過對(duì)萊鋼寬厚板連鑄機(jī)鑄坯中間裂紋缺陷的研究分析，總結(jié)出鋼水中碳、錳元素與中間裂紋產(chǎn)生幾率的關(guān)系，認(rèn)為扇形段輥縫精度和二冷強(qiáng)度是影響鑄坯中間裂紋的關(guān)鍵因素，良好的輥縫精度和噴嘴狀況能夠有效避免鑄坯中間裂紋的產(chǎn)生，鋼水過熱度和拉速等連鑄工藝條件也是中間裂紋的產(chǎn)生因素，并根據(jù)裂紋產(chǎn)生的原因制定了整改措施。

寬厚板鑄坯中間裂紋鋼水成分設(shè)備精度

0　前言

萊鋼寬厚板連鑄機(jī)鑄坯中間裂紋是影響鑄坯質(zhì)量的主要缺陷之一，經(jīng)統(tǒng)計(jì)2015年鑄坯中間裂紋發(fā)生幾率約占總檢測(cè)量的30%，中間裂紋缺陷對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量帶來較壞的影響。通過分析中間裂紋出現(xiàn)的規(guī)律，查找連鑄生產(chǎn)工藝及設(shè)備參數(shù)對(duì)裂紋的影響，分析中間裂紋的產(chǎn)生原因，并制定相應(yīng)的措施，從而有效提高了鑄坯質(zhì)量。

1　連鑄機(jī)主要設(shè)備參數(shù)

萊鋼銀山型鋼煉鋼廠寬厚板連鑄機(jī)為一機(jī)一流多點(diǎn)彎曲多點(diǎn)矯直直弧形板坯連鑄機(jī)，基本半徑10 m，拉速范圍為0.7 m/min～1.9 m/min，生產(chǎn)斷面為(200、250、300)mm×(1500～2500)mm，二冷區(qū)采用二冷動(dòng)態(tài)配水和動(dòng)態(tài)輕壓下，共分10個(gè)區(qū)，氣霧冷卻。

2　中間裂紋的成因分析

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)板坯中間裂紋的產(chǎn)生原因做過大量的研究，結(jié)果表明鋼水質(zhì)量、設(shè)備參數(shù)、拉速、鋼水過熱度、二冷強(qiáng)度等多種因素均對(duì)中間裂紋的產(chǎn)生有較顯著的影響[1]。萊鋼鑄坯中間裂紋主要發(fā)生在鑄坯內(nèi)弧，距離鑄坯表面約50 mm～90 mm，裂紋呈不規(guī)則波浪形，如圖1所示。裂紋大多出現(xiàn)在碳含量0.13%～0.18%范圍內(nèi)的合金鋼種，生產(chǎn)此類鋼時(shí)鑄坯冷卻強(qiáng)度、過熱度、鋼中S含量等因素控制基本相同，因此主要從鋼中C、Mn含量、拉速以及輥縫控制精度等方面分析中間裂紋產(chǎn)生的原因。

圖1　低倍檢測(cè)中間裂紋形貌

2.1C含量對(duì)中間裂紋產(chǎn)生的影響

碳化物在鋼中的形態(tài)和多少?zèng)Q定鋼的強(qiáng)度和硬度，即隨著C含量的增加，鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性增加，而鋼的塑性和韌性下降。鋼中碳含量對(duì)鑄坯中間裂紋的影響較大，特別是碳含量在0.13%～0.18%之間，該區(qū)間鑄坯發(fā)生包晶反應(yīng)時(shí)引起相變應(yīng)力導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。通過對(duì)多爐次低倍檢測(cè)結(jié)果分析總結(jié)，得出鋼中碳含量對(duì)中間裂紋發(fā)生率的影響曲線圖，如圖2所示。

圖2　碳含量與中間裂紋發(fā)生幾率的關(guān)系

2.2Mn含量對(duì)中間裂紋產(chǎn)生幾率的影響

鋼中Mn元素對(duì)中間裂紋的影響主要表現(xiàn)為，因鑄坯的柱狀晶較發(fā)達(dá)，容易造成晶間偏析，富集的錳、磷、硫等元素以?shī)A雜物的形式存在于晶界上，它們的凝固偏析大大降低了樹枝晶晶界的高溫強(qiáng)度和高溫塑性，降低了鋼的臨界應(yīng)變值，引起晶間脆性，形成裂紋擴(kuò)展路徑；同時(shí)降低了樹枝晶界液膜的凝固點(diǎn)，使鋼的第Ⅰ脆性溫度區(qū)向低溫區(qū)移動(dòng)，增加了中間裂紋的出現(xiàn)幾率和延伸長(zhǎng)度[2]。錳含量的多少對(duì)中間裂紋產(chǎn)生幾率的影響如圖3所示。

圖3　錳含量與中間裂紋發(fā)生幾率的關(guān)系

2.3設(shè)備精度對(duì)裂紋產(chǎn)生的影響

隨著扇形段通鋼量的增加，扇形段對(duì)弧精度和輥縫值都會(huì)趨于惡化，輥縫值會(huì)逐漸偏離0.5 mm以內(nèi)的正常控制要求，有時(shí)甚至有個(gè)別輥縫值偏差超過1.0 mm～2.0 mm，造成高溫鑄坯在固液界面所承受的應(yīng)力如矯直應(yīng)力、彎曲應(yīng)力等增加，當(dāng)應(yīng)力超過鑄坯的高溫強(qiáng)度和極限應(yīng)變值時(shí)，容易誘發(fā)中間裂紋的產(chǎn)生，特別是在鑄坯凝固末端輥縫超差對(duì)中間裂紋的影響更嚴(yán)重[3]。生產(chǎn)實(shí)踐證明，設(shè)備精度不能滿足要求的情況下，很難避免中間裂紋的產(chǎn)生，在出現(xiàn)嚴(yán)重裂紋時(shí)，對(duì)相應(yīng)的扇形段進(jìn)行更換后，鑄坯質(zhì)量會(huì)得到明顯提高。圖4、圖5列出了某次檢修前后扇形段輥縫調(diào)整情況以及鑄坯低倍檢測(cè)情況。

(a) 檢修前扇形段輥縫趨勢(shì)圖

(b) 檢修前低倍檢測(cè)結(jié)果

(a) 檢修后扇形段輥縫趨勢(shì)圖

(b) 檢修后低倍檢測(cè)結(jié)果

2.4二冷強(qiáng)度對(duì)中間裂紋的影響

鑄坯冷卻強(qiáng)度的大小對(duì)鑄坯內(nèi)部質(zhì)量有重要的影響。當(dāng)鑄坯經(jīng)過噴水段的強(qiáng)烈冷卻進(jìn)入輻射冷卻區(qū)時(shí)，鑄坯中心熱量向向外傳遞，使鑄坯表面溫度回升，坯殼受熱膨脹，凝固前沿引起張力應(yīng)變。當(dāng)某一局部位置的張力應(yīng)變超過該處的極限變形值時(shí)，就產(chǎn)生中間裂紋[4]。另外，因二冷噴嘴堵塞或噴偏、水霧化情況不良、噴嘴型號(hào)使用錯(cuò)誤等情況的影響，將導(dǎo)致鑄坯表面冷卻不均勻，鑄坯局部回溫過快，也會(huì)造成鑄坯凝固不均勻，應(yīng)力集中，進(jìn)而產(chǎn)生中間裂紋缺陷。

3　減少中間裂紋的控制措施

3.1控制鋼水成分，提高鋼水質(zhì)量

中碳合金鋼中錳元素的含量偏高，容易造成晶間富集，同時(shí)元素碳、磷、硫等元素也容易出現(xiàn)晶間偏析，因此鋼種成分設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足客戶要求的情況下，碳含量盡量要避開包晶反應(yīng)區(qū)，同時(shí)要減少錳、磷、硫等偏析元素的含量，控制中間裂紋產(chǎn)生的內(nèi)因。

3.2提高設(shè)備精度

扇形段設(shè)備精度是保證鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的基礎(chǔ)，輥縫值偏差大是導(dǎo)致鑄坯產(chǎn)生中間裂紋的關(guān)鍵因素，因此要加強(qiáng)設(shè)備管理，每次換方和檢修期間測(cè)量輥縫值，保證扇形段對(duì)弧誤差小于0.3 mm，輥縫值誤差小于0.5 mm，盡量保證在0.3 mm以內(nèi)。另外要加強(qiáng)輥縫儀的檢查和維護(hù)，保證輥縫測(cè)量值準(zhǔn)確可靠，能夠反映正確的扇形段設(shè)備狀況，避免連鑄機(jī)“帶病”作業(yè)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備狀況不佳時(shí)要及時(shí)更換有問題的扇形段。

3.3提高鑄坯低倍檢測(cè)頻率。

每個(gè)澆次至少取一塊低倍樣進(jìn)行低倍檢驗(yàn)，提高低倍檢測(cè)的及時(shí)性，有異常情況能夠及時(shí)反映出來，生產(chǎn)車間要對(duì)每塊低倍樣分析總結(jié)，根據(jù)中間裂紋的位置和形貌計(jì)算裂紋產(chǎn)生的位置，有針對(duì)性的采取措施及時(shí)解決，避免問題擴(kuò)大化。

3.4加強(qiáng)二冷系統(tǒng)的管理

優(yōu)化二冷配水模型，比水量由0.5 L/kg提高至0.6 L/kg，對(duì)各段的水量分配進(jìn)行了優(yōu)化，使鑄坯表面溫度回升不超過100 ℃/m。另外加強(qiáng)生產(chǎn)過程和停澆期間的噴嘴檢查，及時(shí)清理或更換堵塞、分叉和噴偏的噴嘴，保證噴嘴通暢，覆蓋均勻。加強(qiáng)二冷水過濾器和管路的管理，防止鐵銹或油泥對(duì)過濾網(wǎng)的堵塞，定期檢查管路情況，防止出現(xiàn)管路堵塞或漏水的情況。

3.5提高連鑄工藝的穩(wěn)定性

連鑄機(jī)澆注過程中拉速和鋼水過熱度也會(huì)影響鑄坯柱狀晶的比例、凝固坯殼的厚度和凝固末端的位置，拉速過快和過熱度高 增加中間裂紋產(chǎn)生的幾率，因此連鑄機(jī)要保證“三恒”澆注，即恒溫、恒速和恒液面，鋼水過熱度嚴(yán)格控制在20 ℃以內(nèi)，拉速波動(dòng)不超過±0.05 m/min，中間包盡量保證高液面澆注，避免鋼水卷渣，減少非穩(wěn)態(tài)澆注對(duì)鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的影響。

4　取得效果

通過采取上述措施，萊鋼寬厚板鑄坯內(nèi)部質(zhì)量得到明顯改善，中間裂紋缺陷率由30%左右降低至10%以下，且裂紋等級(jí)基本控制在1.0級(jí)以下，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

5　結(jié)論

通過對(duì)萊鋼寬厚板連鑄機(jī)鑄坯中間裂紋的研究分析，得出以下結(jié)論：

(1)碳含量0.15%～0.17%時(shí)鑄坯產(chǎn)生中間裂紋的幾率最大，錳含量對(duì)中間裂紋有影響，隨著錳含量的增加，中間裂紋產(chǎn)生幾率也相應(yīng)增大。

(2)扇形段輥縫精度和二冷強(qiáng)度是影響鑄坯中間裂紋的關(guān)鍵因素，良好的輥縫精度和冷卻制度能夠有效避免鑄坯中間裂紋的產(chǎn)生。

(3)連鑄工藝對(duì)中間裂紋的產(chǎn)生有影響，合理的控制鋼水過熱度、拉速能夠減少中間裂紋缺陷的產(chǎn)生。

[1]許春雷，裴云毅，蔣曉放,等．煉鋼與連鑄[M]．北京：兵器工業(yè)出版社，2001:184．

[2] 修立策，高靖超，趙志洪．連鑄板坯中間裂紋成因分析及改進(jìn)實(shí)踐[J]．煉鋼，2007，23(4)：25-28．

[3] 辛博，陳偉慶，賴朝彬，等．新鋼連鑄板坯中間裂紋的成因與控制[J]．連鑄，2008 (2)：20-23．

[4] 陳雷．連續(xù)鑄鋼[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2000：131-131．

RESEARCH AND CONTROL OF CRACK IN MEDIUM PLATE SLAB

Yu Mingjie

(Yinshan Steel Steelmaking Plant， Laiwu Iron and Steel Group Co., Ltd)

Through the study and analysis on intermediate crack defect of medium plate slab in Laiwu Steel, the relationship between the carbon and manganese in steel and the probability of intermediate crack is summarized. It is considered that the relationship between think fan-shaped section of the precision of roll gap and secondary cooling intensity are the key factors influencing the slab middle crack, good precision of roll gap and the nozzle condition can effectively avoid the slab cracks, continuous casting process conditions such as liquid steel superheat and drawing speed also are the production factor of the intermediate crack. According to the causes of crack, the corrective measures are made.

medium plate slabintermediate crackmolten steelequipment precision

聯(lián)系人：于銘杰，工程師，山東. 萊蕪(271104)，萊蕪鋼鐵集團(tuán)銀山型鋼有限公司煉鋼廠；：2016—4—30