2205鋼種方坯角部縱裂缺陷控制措施

李 毅，晏 武，孫海坤，薛青春，金柱元，張 潮

（1.日照鋼鐵控股集團有限公司ESP制造部，山東 日照276800；

（2.日照鋼鐵控股集團有限公司冶金技術(shù)部，山東 日照276800）

1 背景情況概述

某廠在2018年3月份至2018年5月份生產(chǎn)多個澆次180 mm×180 mm斷面2205鋼種方坯，在澆次第一爐前幾支鑄坯內(nèi)、外弧均不同程度出現(xiàn)R角部縱裂，其中內(nèi)弧角部縱裂多于外弧，裂紋深度約5 mm（見圖1），長度約70～120 mm，在鑄坯R角上或邊緣，沿長度方向斷續(xù)分布，見圖2。

圖2 沿長度方向R角處縱裂分布（內(nèi)弧）

需經(jīng)過修磨以后才能向下道工序流轉(zhuǎn)，個別支數(shù)鑄坯因R角部縱裂嚴重報廢。角部縱裂缺陷嚴重影響生產(chǎn)效率和推高生產(chǎn)成本。該廠連鑄機對各類鋼種適應性較強，部分成熟鋼種品質(zhì)較為穩(wěn)定，主要用于生產(chǎn)200系、300系、400系、以及雙相不銹鋼方坯，同時為滿足市場需求，也生產(chǎn)部分特鋼產(chǎn)品。主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 某廠連鑄機主要技術(shù)參數(shù)

2 R角處縱裂缺陷發(fā)生澆次及分布情況

2.1 縱裂缺陷發(fā)生情況

縱裂缺陷集中發(fā)生在澆次第一爐各流鑄坯上R角處，內(nèi)、外弧均有發(fā)生，內(nèi)弧較外弧嚴重，二流縱裂長度明顯高于一流。2205鋼種連續(xù)生產(chǎn)3個澆次，每澆次兩流澆鑄，每澆次第一爐縱裂缺陷統(tǒng)計見表2。

表2 縱裂缺陷發(fā)生情況

2.2 各澆次連鑄澆鑄主要工藝信息

3個澆次連鑄澆鑄過程中主要影響結(jié)晶器熱量傳輸?shù)墓に噮?shù)見表3。

表3 連鑄澆鑄主要工藝信息

3 R角縱裂缺陷形成原因

縱裂紋是在連鑄結(jié)晶器內(nèi)形成，結(jié)晶器凝固坯殼不均勻，薄弱處為縱裂紋產(chǎn)生部位[1]。結(jié)晶器內(nèi)坯殼在凝固過程中主要經(jīng)受以下應力作用：

1）坯殼內(nèi)外表面兩側(cè)溫差引起的熱應力。

2）鋼水靜壓力。

3）坯殼一方面受鋼水靜壓力向外運動，另一方面由于冷卻和凝固而向內(nèi)收縮，由此產(chǎn)生的摩擦應力。

4）雙相鋼凝固過程為奧氏體、鐵素體同時析出且單一相比例不低于25%，復雜的組織相變而產(chǎn)生組織應力和彎曲應力。

雙相鋼坯殼在凝固過程經(jīng)受熱應力最大，組織應力和彎曲應力次之。當結(jié)晶器內(nèi)凝固坯殼經(jīng)受以上應力導致的變形超過坯殼所允許的最大變形量時，坯殼產(chǎn)生裂紋。

除此之外，雙相鋼添加了大量鉻、鎳、鉬，且鐵素體和奧氏體兩相的成分存在較大差異，導致雙相不銹鋼極易在鐵素體/奧氏體（F/A）相界處析出金屬析出物，降低雙相鋼塑性和韌性[2]。

4 R角縱裂缺陷形成的影響因素

結(jié)合現(xiàn)場實際情況與之前澆鑄歷史數(shù)據(jù)進行對比，R角縱裂缺陷形成的影響因素如下：

1）中間包過熱度。高過熱度鋼液在結(jié)晶器液相穴內(nèi)攪拌沖刷，會使凝固的坯殼部分重熔。

2）浸入式水口插入深度。SEN插入深度過淺，容易造成結(jié)晶器液面波動；插入深度過深使結(jié)晶器內(nèi)表面熱量供給不足，保護渣化渣困難。

3）R大小的影響。連鑄坯角部在結(jié)晶器內(nèi)冷卻為二維傳熱，初生坯殼角部凝固較快，易與結(jié)晶器銅管間產(chǎn)生氣隙，影響坯殼形成均勻性。

4）不穩(wěn)定澆鑄條件。連鑄機在開澆后，脫錠成功且達到目標拉速前這個過程，都稱為不穩(wěn)定狀態(tài)，主要表現(xiàn)為拉速變化頻發(fā)，結(jié)晶器內(nèi)液面波動較大。

5 控制措施

在保證原有澆鑄工藝不做大的調(diào)整的同時，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，制定出以下措施，并跟蹤實際情況。

1）控制澆次第一爐最高過熱度≤45℃。

2）將中包水口浸入深度量化為（85±5）mm，減少操作隨意性。

3）180 mm×180 mm斷面結(jié)晶器銅管由R25改為R15。

4）冷開澆時縮短提升目標拉速時間或進行熱換開澆，減少不穩(wěn)定狀態(tài)影響時間。

6 措施執(zhí)行效果

在2018年5月12日，按照新制定的措施澆鑄一個澆次180 mm×180 mm斷面2205鋼種，檢出一支鑄坯帶有R角縱裂鑄坯，較前3個澆次出現(xiàn)的缺陷數(shù)量大幅減少。5月12日試制過程主要工藝參數(shù)控制見表4。

表4 試制時主要過程參數(shù)

7 結(jié)論

通過控制中間包過熱度，減小結(jié)晶器銅管R角數(shù)值，同時規(guī)范操作細節(jié)，可有效減少180 mm×180 mm斷面2205鋼種澆次第一爐R角處縱裂，全年180 mm×180 mm斷面2205鋼種R角處縱裂發(fā)生情況見表5。

表5 180 mm×180 mm斷面2205鋼種R角處縱裂發(fā)生情況