中板坯連鑄大梁鋼610L的質(zhì)量控制研究

董繼亮，汪云輝，侯明山，梅淑文

（河鋼集團唐鋼公司技術(shù)中心，河北唐山063016）

中板坯連鑄大梁鋼610L的質(zhì)量控制研究

董繼亮，汪云輝，侯明山，梅淑文

（河鋼集團唐鋼公司技術(shù)中心，河北唐山063016）

針對唐鋼常規(guī)板坯連鑄連軋線生產(chǎn)大梁鋼610L出現(xiàn)的冷彎成形分層問題，分析了缺陷產(chǎn)生的原因機理：冷彎成形分層問題主要影響因素為夾雜物和中間帶狀MnS偏析造成，MnS偏析為連鑄中包過熱度高及成品S高而成。通過調(diào)整LF脫硫工藝、優(yōu)化連鑄鋼水過熱度、提高二冷水強度及連鑄輥縫精度等措施，有效地控制了汽車大梁鋼610L內(nèi)部偏析和冷彎成形分層缺陷。

板坯連鑄610L偏析分層

中心偏析產(chǎn)生于連鑄過程中，由于成分、澆鑄溫度、設(shè)備精度等因素影響偏析情況。經(jīng)過加熱爐加熱保溫過程，偏析缺陷在一定程度上有所減輕，但無法完全消除。在軋制過程中，板厚中心位置形成帶狀組織。帶狀組織的鐵素體與珠光體的晶界的界面能較低，在鋼板冷彎成形的過程中，帶狀組織成為分層缺陷的初始源點，缺陷沿帶狀組織邊界迅速擴展，從而導(dǎo)致鋼材冷彎分層。

河鋼集團唐鋼公司（全文簡稱唐鋼）中板坯連鑄連軋生產(chǎn)線在生產(chǎn)汽車大梁鋼610L過程產(chǎn)品出現(xiàn)了內(nèi)部偏析和冷彎成形分層等缺陷，本文對汽車大梁鋼610L內(nèi)部偏析和冷彎成形分層的原因進行分析，并進行試驗改進，在后續(xù)生產(chǎn)中通過各項控制措施，大梁鋼冷彎分層缺陷得到了有效控制。

唐鋼目前有1臺一機一流直弧形中板坯連鑄機，鑄坯斷面180mm，設(shè)計年產(chǎn)量120萬t。連鑄設(shè)計最高拉速2.5m/min，大梁鋼拉速1.4~1.6m/min，鑄坯寬度范圍850~1 500mm。中板坯連鑄機配合2座加熱爐、1架可逆粗軋機、以及熱卷箱1座和7架精軋機、2座地下卷取機，熱軋板帶最薄規(guī)格達1.2 mm。

1 大梁鋼內(nèi)部偏析原因分析

大梁鋼內(nèi)部偏析主要是由于鑄坯凝固過程中C、Mn、S等合金元素偏析造成的。對于大梁鋼來說，由于成分體系為低碳高錳鈮鈦復(fù)合體系，因此在鑄坯凝固過程中，Mn易發(fā)生偏析，從而形成貧Mn帶和富Mn帶，軋制后貧Mn帶和富Mn帶分別形成鐵素體或珠光體，從而形成帶狀組織[1-2]。

由于大量的Mn偏析富集，Mn與鋼中的S元素結(jié)合形成MnS，條帶狀的MnS為塑性夾雜，在軋制過程中沿軋制方向伸展。在快冷過程中，由于夾雜物尖端應(yīng)力急劇集中，會使材料的橫向斷面收縮率和斷后伸長率急劇下降，導(dǎo)致材料性能不均勻，容易在冷彎成形過程中形成分層缺陷[3]。

對于中板坯連鑄連軋生產(chǎn)線，大梁鋼的w（C）在0.04%~0.12%，由鐵碳相圖可知，碳含量在此區(qū)域時鑄坯在凝固過程中δ鐵素體發(fā)生包晶反應(yīng)，由于鋼中Mn、Nb、Ti等元素含量較高，合金元素擴散較慢，容易發(fā)生包晶偏析[4-5]。

為研究大梁鋼夾雜物及偏析產(chǎn)生原因?qū)掍?、連鑄工藝異常情況進行分析。

1.1 煉鋼工藝

根據(jù)鋼水實際成分（見表1），按照公式（1）計算鋼液凝固點為1 520.18℃。

鋼水實際澆鑄中包溫度為1 556~1 560~1 554℃，過熱度為34~40℃，過熱度控制過高，由鋼液凝固理論可知澆注過熱度影響柱狀晶生長速度，過熱度高，鑄坯凝固時柱狀晶發(fā)達，發(fā)達的柱狀晶在鑄坯中心相遇連接，鑄坯心部液相鋼液被連接一起的柱狀晶分隔，內(nèi)部鋼液在凝固收縮時得不到外部鋼水補充而形成疏松或縮孔。在澆鑄過程中柱狀晶越發(fā)達，鑄坯中也越容易產(chǎn)生中心偏析。因此本爐鋼澆鑄溫度高是產(chǎn)生中心偏析的原因之一。

表1 化學成分%

1.2 連鑄工藝

由表1成分可看出本爐鋼S含量較高，根據(jù)SEM及金相檢測結(jié)果可知鋼帶中心存在較嚴重的MnS偏析，因此S含量較高也是產(chǎn)生中心偏析的原因之一。

唐鋼熱軋部中板坯沒有輕壓下功能，因此二冷區(qū)域扇形段輥對鑄坯的作用力會影響鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量，在二冷段，輥縫精度、輥間距、坯殼厚度、鋼水靜壓力等因素都會影響鑄坯內(nèi)部質(zhì)量，因此，在澆鑄610L時，采取增加二冷水流量以增加坯殼厚度、減少鋼水靜壓力的目的，同時生產(chǎn)中連鑄機應(yīng)定期校核輥縫、提高輥縫精度，通過以上措施可以減少內(nèi)部疏松和偏析缺陷[6-8]。

2 檢測結(jié)果分析

唐鋼在生產(chǎn)610L時由于MnS偏析而導(dǎo)致產(chǎn)品在冷彎成形過程開裂，如圖1所示，圖1-1為宏觀中心開裂照片，1-2、1-3為偏析缺陷的SEM檢測結(jié)果，從圖1可以看到鑄坯中間開裂有MnS存在，此爐鋼w（S）為0.007%，其他元素含量基本穩(wěn)定。組織為鐵素體＋少量珠光體，未見異常。由以上分析可知元素MnS的偏析是產(chǎn)品加工開裂的原因。

圖1 610L中間開裂實物圖及SEM檢測結(jié)果

大梁鋼分層部位夾雜物檢測結(jié)果及金相檢驗結(jié)果如圖2，檢測結(jié)果顯示夾雜物較多，評級為橫向樣D類球狀氧化物類D2.5縱向樣B類氧化鋁類粗系B1.5e，D類球狀氧化物類D1；由金相檢驗結(jié)果可以看出，鋼板中心部存在明顯偏析帶。

圖2 610L中間開裂夾雜物及金相檢測結(jié)果

3 措施及效果

針對大梁鋼存在的內(nèi)部質(zhì)量問題，對鋼水成分和澆鑄工藝進行優(yōu)化具體內(nèi)容包括：

3.1 成分、溫度偏析優(yōu)化控制

為減少MnS偏析富集，生產(chǎn)中調(diào)整鐵水預(yù)處理及LF爐脫硫工藝，預(yù)處理出站w（S）由原來的0.025%下調(diào)為0.015%，同時調(diào)整前成品w（S）上限為0.010%，調(diào)整后成品w（S）上限為0.005%，同時下調(diào)并穩(wěn)定連澆溫度控制，連澆過熱度控制在1540~1550℃。

對成分及溫度等工藝參數(shù)調(diào)整后，后續(xù)生產(chǎn)MnS偏析得到有效控制，目前該鋼種的w（Si）控制在0.003%左右，目前用戶未提出類似質(zhì)量問題，成分工藝處理措施質(zhì)量良好。

3.2 鑄坯內(nèi)部缺陷的控制

鑄坯內(nèi)部缺陷（包括偏析和疏松等）產(chǎn)生于二冷段，主要為柱狀晶過于發(fā)達導(dǎo)致內(nèi)部鋼液被隔離，鋼液在凝固過程中得不到補充從而形成縮孔等缺陷，因此通過試驗調(diào)試結(jié)果優(yōu)化了二冷水量，在原有基礎(chǔ)上二冷水量上調(diào)12%，增加鑄坯凝固速度及坯殼厚度，在后續(xù)生產(chǎn)中看中心偏析問題有所減輕。

3.3 鑄坯鼓肚量的控制

在二冷段，鑄坯鼓肚量主要由輥縫精度、輥間距、坯殼厚度、鋼水靜壓力等因素決定，控制鑄坯鼓肚量，可以有效減緩鑄坯內(nèi)部偏析、疏松產(chǎn)生，在增加二冷水量保證坯殼厚度及減小鋼水靜壓力的基礎(chǔ)上，同時加大扇形段輥縫精度管理，定期測量校核輥縫，使輥縫精度從原來的±0.2mm，提高到±0.1mm以內(nèi)[5-7]。

通過對二次冷卻制度及設(shè)備精度優(yōu)化后，后續(xù)生產(chǎn)的鑄坯內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)明顯中心疏松和中間縮孔等缺陷，軋制成品鋼帶金相組織偏析明顯減輕。工藝改進后的鑄坯低倍形貌見圖3，金相組織對比見圖4。

圖3 鑄坯低倍照片

4 結(jié)論

1）分析了大梁鋼610L出現(xiàn)內(nèi)部偏析和冷彎成形分層的機理，對于鑄坯中心部位元素的偏析由鋼種本身合金元素含量及澆鑄溫度決定。

2）通過調(diào)整鐵水預(yù)處理及LF爐脫硫工藝，提高二冷水流量，調(diào)整過熱度范圍，優(yōu)化連鑄設(shè)備精度管理，有效地控制了大梁鋼610L內(nèi)部偏析缺陷。

圖4 金相組織對比

[1]劉洋，王文軍，呂延春，等.低硫微合金鋼中硫化錳析出規(guī)律分析[C]//2010年全國煉鋼-連鑄生產(chǎn)技術(shù)會議論文集，2010：390-394.

[2]李松，邊育智，李俊朝，等.低碳低硫微合金化鋼硫化物析出規(guī)律分析[J].金屬世界，2007（5）：32-35.

[3]崔忠圻.金屬學與熱處理[M].北京：機械工業(yè)出版社，1993.

[4]韓志強，蔡開科.連鑄坯中微觀偏析的模型研究[J].金屬學報，2000，36（8）：869-873.

[5]李強，王皓，郄俊懋.寬厚板Q420q橋梁鋼鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的研究[J].連鑄，2014（6）：40-45.

[6]陳愛華，湯茜，吳圣杰，等.345MPa級耐候鋼切割分層及冷彎開裂原因分析[J].上海金屬，2014，36（6）：5-10.

[7]祝桂合，萬友堂，曹魯奇，等.中厚板厚度中心處裂紋分析與控制[J].山東冶金，2014（1）：22-24，27.

[8]羅森，朱苗勇，祭程，等.鋼連鑄過程的溶質(zhì)微觀偏析模型[J].鋼鐵，2010，45（6）：31-36.

（編輯：苗運平）

Quality Control of 610L at Slab Casting

DONG Jiliang,WANG Yunhui,HOU M ingshan,MEIShuwen（Technical Center of HBISGroup Tangsteel Co.,Tangshan Hebei063016）

In order to solve the center segregation and cold bending of 610L slab in Tangshan Iron and Steel Company，themechanisms of defects are analyzed.The delamination is caused by MnS segregation and inclusions, and the MnS segregation is caused by high degree of superheat and S.The improved measures include the adjustment of desulphurization process in LF，the optimization of the steel liquid superheat，the improvementof secondary cooling water and accuracy of roll gap,etc,the center segregation and delamination of610L are excellent controlled.

continuous casting slab,610L,segregation,delamination

TG249.1

A

1672-1152（2017）02-0014-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.02.06

2016-12-29

董繼亮（1985—），男，2008年畢業(yè)于江蘇大學冶金工程專業(yè)，現(xiàn)在河北鋼鐵集團唐鋼公司技術(shù)中心從事煉鋼技術(shù)研發(fā)工作，工程師。