FTSC工藝生產(chǎn)熱軋板卷的質(zhì)量控制

殷 楷，付建軍，李富峰

（唐山鋼鐵股份公司第一鋼軋廠，河北唐山 063016)

FTSC工藝生產(chǎn)熱軋板卷的質(zhì)量控制

殷 楷，付建軍，李富峰

（唐山鋼鐵股份公司第一鋼軋廠，河北唐山 063016)

針對(duì)FTSC薄板坯工藝生產(chǎn)熱軋板卷存在的縱裂紋和爛邊缺陷，對(duì)其形成原因進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并提出相應(yīng)的改善措施。研究結(jié)果表明，板坯存在的寬面縱裂紋和窄面或角部橫裂紋缺陷，將分別導(dǎo)致熱軋板卷縱裂紋和爛邊缺陷的形成。通過(guò)控制鋼水溫度，控制結(jié)晶器銅板厚度，降低二次冷卻強(qiáng)度等措施，質(zhì)量缺陷明顯減少。

薄板坯 熱軋 板卷 質(zhì)量 缺陷 縱裂紋 爛邊

1 引言

在薄板坯連鑄的生產(chǎn)中，由于連鑄連軋的特殊性，與常規(guī)板坯相比，在生產(chǎn)熱軋板卷時(shí)具有低成本、高質(zhì)量和高效率的優(yōu)勢(shì)。但薄板坯連鑄生產(chǎn)工藝因其拉速高，采用漏斗型結(jié)晶器，連鑄坯受到較高的應(yīng)力，更容易產(chǎn)生表面縱裂紋等缺陷。FTSC（flexible thin slab casting，F(xiàn)TSC)薄板坯連鑄生產(chǎn)中存在裂紋、爛邊等缺陷，影響了正常生產(chǎn)和熱軋板卷質(zhì)量。因此，系統(tǒng)研究了熱軋板卷縱裂紋和爛邊缺陷的形成原因，并采取改進(jìn)措施，有效地控制了熱軋板卷缺陷的產(chǎn)生，為薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)工藝提供了理論指導(dǎo)。

2 生產(chǎn)條件

FTSC薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)工藝的流程為：150 t轉(zhuǎn)爐——150 t LF——薄板坯連鑄機(jī)——輥底式均熱爐——2機(jī)架粗軋+5機(jī)架精軋——層流冷卻——卷取。FTSC薄板坯連鑄機(jī)的主要參數(shù)見表1。

表1 FTSC薄板坯連鑄機(jī)的主要參數(shù)

3 FTSC熱軋板卷縱裂紋和爛邊缺陷的成因及控制措施

3.1 縱裂紋

3.1.1 縱裂紋的成因

熱軋板卷縱裂紋缺陷的主要成因是薄板坯寬面存在縱裂紋缺陷，而且在軋制過(guò)程中板坯裂紋未被焊合或消除，并沿鋼板軋制方向擴(kuò)展，形貌見圖1。

圖1 縱裂紋形貌

鑄坯縱裂紋缺陷的形成機(jī)理為：凝固坯殼在結(jié)晶器內(nèi)受熱應(yīng)力、靜壓力、膨脹力、摩擦力以及由于鑄坯和銅板之間氣隙、鑄坯寬面凝固收縮受鑄坯窄面約束而產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力。這些力從內(nèi)部、外部作用到坯殼上，使坯殼發(fā)生不同程度、類型的變形。當(dāng)這些變形超過(guò)了坯殼所能承受的應(yīng)變?cè)试S值時(shí)，則在鑄坯薄弱處形成裂紋，并在二冷區(qū)繼續(xù)擴(kuò)展。

連鑄過(guò)程中，當(dāng)結(jié)晶器的熱流密度過(guò)高時(shí)，強(qiáng)的冷卻強(qiáng)度導(dǎo)致連鑄坯受到的熱應(yīng)力和彎曲應(yīng)力增加，彎月面初生坯殼的不均勻生長(zhǎng)傾向增加，更容易誘發(fā)鑄坯縱裂紋缺陷。日本住友金屬進(jìn)行的工業(yè)試驗(yàn)表明:以5 m/min拉速澆鑄90～120 mm的薄板坯，當(dāng)結(jié)晶器的熱流密度超過(guò)某一臨界值后，表面裂紋明顯增加。低碳鋼在結(jié)晶器的熱流密度低于310 MW/m2時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生裂紋;而包晶鋼則需低于210 MW/m2時(shí)才不會(huì)出現(xiàn)裂紋[1]。

薄板坯與傳統(tǒng)板坯連鑄相比，由于漏斗型結(jié)晶器的原因，薄板坯在結(jié)晶器內(nèi)的凝固過(guò)程中，除了進(jìn)行彈塑性變形以外，還要進(jìn)行幾何變形，坯殼受到的應(yīng)力和應(yīng)變量更大，因此，薄板坯連鑄更容易導(dǎo)致縱裂紋缺陷的發(fā)生。

3.1.2 縱裂紋控制措施

3.1.2.1 穩(wěn)定控制鋼水溫度

澆鑄溫度過(guò)高形成的坯殼較薄，承受橫向力的能力差，澆鑄溫度過(guò)低，鋼水流動(dòng)性和保護(hù)渣熔化性能變差，結(jié)晶器銅板和坯殼間的保護(hù)渣膜厚度不均，并且鑄坯的潤(rùn)滑性變差，摩擦力增大，所以澆鑄溫度過(guò)高和過(guò)低都容易引起縱裂紋。因此，為了減少縱裂的發(fā)生，生產(chǎn)工藝要求穩(wěn)定的鋼水溫度。對(duì)薄板坯連鑄，合適的鋼水過(guò)熱度為[2]:低碳鋼20～50℃，高碳鋼在20～45℃，Al鎮(zhèn)靜鋼要求在15～50℃，最佳值在25～35℃。如果提高拉速，中間包中的鋼水過(guò)熱度還應(yīng)適當(dāng)降低。

3.1.2.2 控制結(jié)晶器水平傳熱的強(qiáng)度和均勻性

降低結(jié)晶器水平傳熱的熱流密度，并保證傳熱的均勻性，能夠促進(jìn)結(jié)晶器彎月面處初生坯殼的均勻生長(zhǎng)，減少裂紋的產(chǎn)生。具體改進(jìn)措施如下：

（1)根據(jù)鋼種和鋼的厚度規(guī)格，合理控制結(jié)晶器銅板和鍍層的厚度。漏斗型結(jié)晶器的銅板材質(zhì)為銅銀合金，寬面銅板帶有鎳基鍍層。對(duì)于裂紋敏感性鋼種及軋制規(guī)格較厚的鋼，應(yīng)適當(dāng)提高結(jié)晶器銅板和鍍層的厚度，降低結(jié)晶器的水平熱流密度。以SS400為例，當(dāng)生產(chǎn)厚規(guī)格板卷時(shí)，將銅板厚度提高5%～10%，鍍層厚度提高60%～100%，增厚的銅板和鍍層降低了結(jié)晶器的水平熱流密度。

（2)提高結(jié)晶器保護(hù)渣的堿度。采用高堿度、高結(jié)晶溫度和結(jié)晶率的保護(hù)渣，增加保護(hù)渣膜的熱阻和粗糙度，可以有效降低結(jié)晶器熱流密度。合理控制保護(hù)渣的配碳量和粘度值，使保護(hù)渣能夠穩(wěn)定地形成8～10 mm厚的液渣層，保證足夠的保護(hù)渣消耗量，形成均勻的保護(hù)渣膜。改進(jìn)前、后保護(hù)渣的主要化學(xué)成分見表2。

表2 改進(jìn)前、后保護(hù)渣的主要化學(xué)成分/%

（3)二冷區(qū)弱冷

在結(jié)晶器內(nèi)產(chǎn)生的微小的縱裂紋會(huì)因?yàn)槎鋮^(qū)的冷卻強(qiáng)度不適當(dāng)而擴(kuò)大。因此，為了減少表面縱裂紋，在鑄坯不產(chǎn)生中心疏松缺陷的前提下，應(yīng)盡可能地減少二冷區(qū)的冷卻強(qiáng)度，如適當(dāng)減少噴淋水量和適當(dāng)提高噴淋水溫度等。

3.2 爛邊

3.2.1 爛邊的成因

爛邊是一種板卷邊部缺陷的統(tǒng)稱，具體包括邊部縱裂紋，邊部橫裂紋，邊部參差不齊的掉塊兒，邊部有異物突起等，其形貌見圖2。

圖2 爛邊形貌圖

爛邊是一種比較常見的板卷缺陷，薄板坯和中板坯都有此類缺陷，在一些高強(qiáng)度鋼上表現(xiàn)得更加明顯。在軋制窄面或角部存在橫裂紋的板坯時(shí)，橫裂紋破壞了裂紋兩側(cè)局部范圍內(nèi)金屬流動(dòng)的連續(xù)性，導(dǎo)致了板卷爛邊缺陷的形成。已有研究者利用掃描電鏡觀察板卷爛邊缺陷處裂紋的微觀組織[3-4]，發(fā)現(xiàn)裂紋內(nèi)存在較多球形FeO夾雜物，而其它非金屬夾雜物幾乎沒有，或是很少。由此可見，裂紋在加熱爐之前已經(jīng)形成，這是因?yàn)榧訜釥t的氧化性氣氛使得裂紋內(nèi)部被氧化。

深振痕在矯直點(diǎn)受拉伸應(yīng)力和鑄坯窄面或角部過(guò)冷誘導(dǎo)AlN相析出可能導(dǎo)致橫裂紋缺陷的形成。唐鋼FTSC薄板坯連鑄機(jī)結(jié)晶器為液壓振動(dòng)系統(tǒng)，采用高頻率、小振幅板坯的振痕深度淺，振痕不是造成橫裂紋的主要因素。因此，板坯橫裂紋缺陷可能是由于薄板坯窄面或角部過(guò)冷，引起了細(xì)小AlN相在奧氏體晶界析出，奧氏體晶界產(chǎn)生應(yīng)力集中，使鑄坯的裂紋敏感性增強(qiáng)。當(dāng)薄板坯矯直時(shí)，內(nèi)弧側(cè)受到張力，加之振痕的缺口效應(yīng)，在薄板坯窄面靠近角部處優(yōu)先形成橫裂紋，或進(jìn)一步擴(kuò)展。

3.2.2 爛邊控制措施

（1)在高拉速不漏鋼的前提條件下，實(shí)行二冷弱冷操作，確保鑄坯邊部(窄面)在整個(gè)澆鑄、拉坯和入爐傳輸過(guò)程中溫度大于950℃，以控制相變和氮化鋁析出以及避開脆性區(qū)矯直。

（2)改善提高二冷水的水質(zhì)，保證二冷水量的準(zhǔn)確控制。

（3)加強(qiáng)扇形段的維修維護(hù)質(zhì)量，減少輥?zhàn)虞S承座漏水的現(xiàn)象，減少?zèng)_渣水嘴直接噴在連鑄坯窄邊的現(xiàn)象。

（4)在熱軋板卷生產(chǎn)之前，組織好均熱爐的升溫操作，適當(dāng)延長(zhǎng)對(duì)開機(jī)初期鑄坯的加熱時(shí)間，以保證加熱爐對(duì)板坯的良好加熱效果。

4 應(yīng)用效果

通過(guò)具體改善措施的制定和實(shí)施，縱裂紋和爛邊缺陷發(fā)生率逐年遞減。2008年縱裂紋和爛邊三級(jí)品數(shù)量合計(jì)為32 555 t，占總產(chǎn)量的1.2%;2009年縱裂紋和爛邊三級(jí)品數(shù)量合計(jì)為17 108 t，占總產(chǎn)量的0.8%;2010年縱裂紋和爛邊三級(jí)品數(shù)量合計(jì)為6 566 t，占總產(chǎn)量的0.3%。

5 結(jié)語(yǔ)

（1)薄板坯寬面縱裂紋和窄面橫裂紋將分別導(dǎo)致熱軋板卷的縱裂紋和爛邊缺陷的形成。

（2)穩(wěn)定控制鋼水溫度，合理控制結(jié)晶器銅板和鍍層的厚度，提高保護(hù)渣的堿度以及二冷區(qū)弱冷等措施能夠有效控制縱裂紋缺陷的形成。

（3)降低二冷區(qū)對(duì)薄板坯窄面的冷卻強(qiáng)度，改善二冷水的水質(zhì)，加強(qiáng)扇形段的維護(hù)，并保證輥底均熱爐對(duì)板坯的加熱效果，能夠有效控制爛邊缺陷的產(chǎn)生。

[1]田乃媛.薄板坯連鑄連軋[M].北京:冶金工業(yè)出版社，1998.

[2]林偉.CSP生產(chǎn)線優(yōu)質(zhì)鋼水生產(chǎn)工藝研究 [J].鋼鐵研究，2003（4)：20-22.

[3]趙長(zhǎng)亮，孫彥輝，田志紅，等.CSP熱軋板卷邊部裂紋成因[J].北京科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，29（5)：499-503.

[4]陳偉，蘇鶴洲.熱軋板卷邊裂成因淺析及控制 [J].鋼鐵釩鈦，2008，29（2)：67-72.

Quality Control of Hot Rolled Coil Production by FTSC Process

Yin Kai,Fu Jianjun,Li Fufeng
(Rolling Mill 1,Tangshan Iron and Steel Stock Company,Tangshan 063016,Hebei Province,China)

Aiming at longitudinal crack and edge damage of hot rolled coil sheet by FTSC thin slab process,the authors conducted systematic study and put forward relevant improvementmeasures.Study results showed thatslab longitudinal crack at wide side and transverse crack at narrow side or corner caused the formation of the above defects,which were remarkably minimized by controlling molten steel temperature and mould plate thickness and reducing secondary cooling intensity.

FTSC,longitudinal crack,edge damage

殷楷（1984—)，男，河北石家莊人，主要從事薄板坯連鑄的質(zhì)量控制工作。

（收稿 2012－02－10 編輯 崔建華)