中厚板連鑄坯中間裂紋控制技術(shù)

張慶

摘 要：在板坯連鑄的生產(chǎn)中，其內(nèi)部質(zhì)量的控制一直是難點(diǎn)，特別是鑄坯的中間裂紋，因扇形段輥縫超差和二冷配水的問(wèn)題，很容易產(chǎn)生。本文通過(guò)對(duì)中間裂紋的研究分析，找出了產(chǎn)生中間裂紋的4個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，并逐一進(jìn)行解決，最終解決了中間裂紋。

關(guān)鍵詞：中間裂紋；中厚板；二冷配水；輥縫控制

中圖分類號(hào)：TF777 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、現(xiàn)狀

型鋼煉鋼廠4#連鑄機(jī)是萊鋼唯一的中厚板連鑄機(jī)，生產(chǎn)斷面厚度200mm，250mm，300mm，寬度1500mm～2500mm，因鑄坯厚度較厚，寬度較寬，鑄坯內(nèi)部質(zhì)量控制起來(lái)難度較大，極易出現(xiàn)中間裂紋。4#機(jī)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)主要是碳素結(jié)構(gòu)鋼（Q195～Q275、SS400）和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼板（如Q345、SM490）以及船板鋼等，這些鋼種大部分碳含量在0.1%～0.2%之間，Mn含量在0.6%～1.6%之間，因碳錳偏析的原因，生產(chǎn)這類鋼種時(shí)，產(chǎn)生鑄坯中間裂紋的機(jī)率更大。

我們對(duì)4#機(jī)從2015年1月1日到2016年6月30日之間的低倍樣進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，共統(tǒng)計(jì)了461塊坯樣，其中有中間裂紋的坯樣178塊，裂紋比例38.6%。下面是正常坯樣和有中間裂紋的坯樣照片對(duì)比（圖1和圖2）：

連鑄坯存在中間裂紋，在軋制過(guò)程中如果不能焊合，會(huì)對(duì)軋材質(zhì)量造成影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成厚板探傷不合，影響交貨，甚至判廢。

二、中厚板坯中間裂紋機(jī)理分析

連鑄坯凝固過(guò)程中，一方面凝固前沿的柱狀晶由于S、P元素的偏析而形成低熔點(diǎn)的液相薄膜，使凝固前沿抵抗拉應(yīng)力的能力大大減弱，另一方面，鑄坯運(yùn)行過(guò)程中，凝固前沿受到各種拉應(yīng)力的作用，當(dāng)作用在凝固前沿的拉應(yīng)力超過(guò)一定的臨界值時(shí)，凝固前沿就沿柱狀晶開(kāi)裂，形成內(nèi)部裂紋。

1.鋼的高溫力學(xué)性能

鋼的高溫力學(xué)性能是內(nèi)部裂紋的內(nèi)因，決定著高溫下坯殼所能承受的臨界應(yīng)變、應(yīng)力的大小。內(nèi)部裂紋都發(fā)生在第一脆性溫度區(qū)，即固液兩相區(qū)內(nèi)，其生成的過(guò)程都是經(jīng)過(guò)拉伸應(yīng)力作用到凝固界面上，造成沿一次樹(shù)枝晶或等軸晶的晶界開(kāi)裂，然后濃化的鋼水填充到開(kāi)裂的縫隙中。

1.1 碳對(duì)高溫力學(xué)性能的影響：碳的含量小于0.28%時(shí)，隨著碳含量的增加，塑性槽向低溫方向移動(dòng)。

1.2 硫?qū)Ω邷亓W(xué)性能的影響：隨著鋼中S含量的增加，塑性槽寬度加大，深度增加。

2.連鑄坯的凝固傳熱對(duì)內(nèi)部裂紋的影響

二冷強(qiáng)度過(guò)冷、過(guò)熱或者區(qū)域冷卻嚴(yán)重不均勻，造成鋼的高溫塑性較差和強(qiáng)度不足，超過(guò)鋼的臨界應(yīng)變，鑄坯產(chǎn)生內(nèi)部裂紋。因此，二冷區(qū)鑄坯表面溫度分布應(yīng)符合鋼種的高溫延性曲線，二冷配水應(yīng)使得矯直時(shí)鑄坯表面溫度避開(kāi)脆性區(qū)，控制在鋼延性最高的溫度區(qū)，對(duì)于低碳鋼，矯直時(shí)鑄坯表面溫度應(yīng)大于900℃，控制鑄坯表面溫度變化速率，一般要求延鑄坯長(zhǎng)度方向冷卻速度不超過(guò)200℃/m，控制二冷區(qū)溫度回升不超過(guò)100℃/m。

3.連鑄坯變形對(duì)內(nèi)部裂紋的影響

連鑄坯在二冷區(qū)內(nèi)受到4種應(yīng)變力的影響，即鼓肚應(yīng)變、矯直應(yīng)變、熱應(yīng)變和機(jī)械應(yīng)變。

3.1 鼓肚應(yīng)變的影響：沿鑄坯長(zhǎng)度方向，鼓肚量增大到一定程度就不再增大，隨著鑄坯表面溫度的不斷降低和坯殼厚度的增加，坯殼抵抗鋼水變形的能力不斷增強(qiáng)，鼓肚應(yīng)變呈不斷減小的趨勢(shì)。

3.2 矯直應(yīng)變的影響：連鑄機(jī)共有14個(gè)扇形段，其中1-6段是弧形段，7-8段是矯直段，9-14段是水平段，14個(gè)段中，矯直段對(duì)內(nèi)部裂紋的影響是最大的，若鑄坯運(yùn)行到矯直段時(shí)，鑄坯的表面溫度低于900℃，或者是矯直段本身的輥縫差別大于0.5mm，就會(huì)極大地誘發(fā)中間裂紋。

3.3 熱應(yīng)變的影響：鑄坯扇形段內(nèi)二冷區(qū)的冷卻對(duì)鑄坯內(nèi)部的中間裂紋有顯著的影響，二冷水總量的大小和分布對(duì)鑄坯凝固組織的構(gòu)成、凝固殼的厚度以及鑄坯高溫力學(xué)強(qiáng)度都有重要的影響。因此對(duì)鑄坯的冷卻要求要整體均勻，不能局部過(guò)熱或過(guò)冷，因過(guò)熱或過(guò)冷，都會(huì)造成中間裂紋的增加。

3.4 機(jī)械應(yīng)變的影響：輥?zhàn)硬粚?duì)中導(dǎo)致凝固前沿產(chǎn)生應(yīng)變的大小與輥?zhàn)硬粚?duì)中量、坯殼厚度、輥間距等因素有關(guān)。

4.鑄機(jī)拉速和中間包過(guò)熱度對(duì)中間裂紋的影響

鑄機(jī)拉速和鋼水的過(guò)熱度對(duì)中間裂紋的影響與二次冷卻對(duì)中間裂紋的影響有很大的相似之處，主要是影響了鑄坯中柱狀晶和等軸晶的比例、凝固坯殼的厚度和凝固末端的位置。合適的鋼水過(guò)熱度應(yīng)控制在10℃～20℃，在生產(chǎn)中應(yīng)以連鑄為中心，大力推廣鑄機(jī)恒拉速操作。

三、原因分析

通過(guò)觀察4#機(jī)鑄坯低倍樣的中間裂紋，再查看4#機(jī)每次定修測(cè)量的輥縫圖，裂紋的是從相對(duì)應(yīng)的較差的輥縫處產(chǎn)生的，在二冷區(qū)因二冷不合理，裂紋的程度進(jìn)一步加強(qiáng)。裂紋產(chǎn)生的機(jī)理是因?yàn)樯刃味屋佔(zhàn)右蚰p變形，輥縫超差大于0.5mm，不對(duì)中的應(yīng)變大于臨界應(yīng)變，最終導(dǎo)致了中間裂紋的產(chǎn)生。

四、解決措施

針對(duì)目前鑄坯低倍樣中間裂紋的情況，下一步可以從以下幾個(gè)方面解決：

1.采用相同二冷區(qū)噴嘴差別控制技術(shù)，解決二冷噴嘴脈沖噴水，改善鑄坯二冷區(qū)回?zé)岬膯?wèn)題。二冷區(qū)的5、6、7三個(gè)冷卻區(qū)控制著扇形段2-8段的冷卻，但每個(gè)冷卻區(qū)都控制2～3個(gè)扇形段的冷卻，因扇形段是從上到下布置的，造成的結(jié)果是每個(gè)冷卻區(qū)的最下部的扇形段噴嘴效果較好，但上部的扇形段噴嘴噴水霧化嚴(yán)重不良。解決方案是，將每個(gè)冷卻區(qū)下部扇形段的噴嘴型號(hào)減小10%～20%，上部噴嘴的噴水效果會(huì)得到極大的改善。

2.建立半凝固高溫矯直配水模型，優(yōu)化二冷配水，在保證生產(chǎn)順行的基礎(chǔ)上調(diào)整比水量，避免凝固末端進(jìn)入矯直區(qū)，進(jìn)一步提高鑄坯的矯直溫度，使矯直溫度大于900℃，第1脆性溫度區(qū)對(duì)鑄坯中間裂紋的影響降到最低。

3.做好扇形段的維修，進(jìn)一步提高維修標(biāo)準(zhǔn)，輥縫符合按照奧鋼聯(lián)的要求。

4.每次定修堅(jiān)持測(cè)量輥縫，保證在線輥縫全部小于±0.5mm，發(fā)現(xiàn)輥縫超差，下次定修要及時(shí)進(jìn)行更換。

5.連鑄機(jī)出現(xiàn)異常生產(chǎn)情況時(shí)，謹(jǐn)慎處理，特別是出現(xiàn)鑄坯拉不動(dòng)的情況時(shí)，禁止盲目拉坯，防止損壞扇形段。

結(jié)論

（1）通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)出中間裂紋產(chǎn)生的規(guī)律性，從而找出中間裂紋在連鑄生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的位置。

（2）找到中間裂紋產(chǎn)生的關(guān)鍵因素，并采取相應(yīng)的措施，可以極大地緩解中間裂紋的產(chǎn)生。

（3）采取完措施后，經(jīng)過(guò)6個(gè)月的統(tǒng)計(jì)，目前的中間裂紋比例是0.4%，基本解決中間裂紋缺陷。

參考文獻(xiàn)

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