淺析連鑄板坯表面裂紋的影響因素及防止措施

房建明

（湖南省湘潭市湘潭鋼鐵集團(tuán)公司，湖南 湘潭 411101）

表面裂紋是影響板坯質(zhì)量的主要缺陷，對板坯質(zhì)量和后續(xù)成品板材表面質(zhì)量影響很大，產(chǎn)生裂紋的原因也較為復(fù)雜，也會為其軋制的板材帶來對應(yīng)缺陷，造成很多產(chǎn)品表面清理和降級處理，嚴(yán)重時大量報廢，造成公司很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對形成原因要認(rèn)真分析，便于及時采取措施防止裂紋產(chǎn)生。

1 表面縱裂紋特征

順著拉坯方向在鑄坯表面產(chǎn)生的裂紋就是連鑄板坯表面縱裂紋，于結(jié)晶器內(nèi)部形成，與表面縱向收縮同一時間出現(xiàn)，在鑄坯寬面的中心部位或靠邊棱角部位處發(fā)生較多。一般表面縱裂紋分為兩種：一、細(xì)小縱裂紋，寬度＜1mm，深度＜2mm，長度 3～25mm，一般很難觀察到；二、粗大縱裂紋，寬度 1～10mm，深度 2～70mm，長度30～25m。縱裂紋的具體特征：①縱裂紋表面伴有凹陷，表面凹陷越大，縱裂紋越嚴(yán)重，反之亦然；②沿柱狀晶邊界方向，裂紋會逐漸擴(kuò)展；③裂紋內(nèi)部夾雜硅、鈣、鋁等元素；④裂紋周圍具有P、S、Mn的偏析；⑤形成裂紋的邊緣產(chǎn)生脫碳層，說明高溫導(dǎo)致擴(kuò)展的。

通常縱裂紋長度在10mm以內(nèi)時，深度會＜0.7 mm。在軋制鑄坯前，加熱過程表面需氧化1mm左右。所以，裂紋長度在10mm以下，就不會形成板材缺陷。熱裝軋制工藝中，軋制前，加熱時間縮短，表面氧化層厚度減小，使用鑄坯冷壯軋制工藝中，才不會形成表面微細(xì)縱裂紋的缺陷，但是在熱裝軋制中，可能會形成表面裂紋缺陷。

2 表面縱裂紋的形成原因

2.1 微裂紋形成

在結(jié)晶器內(nèi)部，鋼水凝固的過程中，會形成熱應(yīng)力，這種力形成于內(nèi)外和上下的溫度差，坯殼在熱應(yīng)力、鋼水靜壓力和坯殼與結(jié)晶器銅板壁的摩擦力影響，以及氣隙板坯寬面收縮受到窄面制約所承受的應(yīng)力影響，結(jié)晶器的初生坯殼厚度不均勻，坯殼經(jīng)受這些力的作用下，一旦應(yīng)力超過鋼的高溫允許強(qiáng)度時，就會在坯殼較為薄弱的地方產(chǎn)生微裂紋。

2.2 微裂紋擴(kuò)展

進(jìn)入二冷區(qū)后，鑄坯在二次冷卻水流量較大造成強(qiáng)冷時擴(kuò)大，在結(jié)晶器內(nèi)部形成裂紋，在二冷區(qū)內(nèi)會變大。鑄坯凝固后，組織會發(fā)生奧氏體分解相變，鑄坯體積會收縮和線收縮，應(yīng)力就在外形尺寸的變化上產(chǎn)生。在二冷區(qū)內(nèi)，液態(tài)鋼水會重熔坯殼，坯殼變薄后在鋼水靜壓力的作用下，發(fā)生鼓起變形，加劇應(yīng)力集中。在扇形段發(fā)生彎曲和矯直的過程中，鑄坯承受較大的機(jī)械應(yīng)力，導(dǎo)致微裂紋擴(kuò)展變大，從而形成裂紋。

3 表面縱裂紋產(chǎn)生的影響因素

3.1 鋼水條件

鋼水中［C］在0.10%～0.18%時和鋼水中［S］＞0.015%時，導(dǎo)致縱裂紋產(chǎn)生的敏感性增加。［C］＞0.55%時，會減少縱裂紋的發(fā)生。在沿著柱狀晶邊界，表面縱裂紋會延伸展開，鋼水中硫含量較高時，就會由于硫在柱狀晶界的偏析，減慢晶界處的凝固。凝固后，會因為硫含量較高而減緩晶界處延續(xù)性，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生的可能性增加。如果 Mn/S＞30 時，殘余元素［Cu］、［As］、［Zn］控制＜0.1%，裂紋產(chǎn)生的敏感性就會降低。

3.2 鋼水過熱度

結(jié)晶器內(nèi)高溫鋼水流動時，會隨鋼水過熱度提高每10℃就被吃掉凝固殼大約2mm。因此，初生凝固殼的正常生長會受到鋼水過熱度影響。鋼水過熱度過高，初生坯殼變薄，受到熱應(yīng)力較大，容易形成表面縱裂紋；鋼水過熱度過低，保護(hù)渣熔化不好，彎月面的冷卻就會不均勻，表面縱裂紋發(fā)生的可能性增大。因此，在澆注時，要嚴(yán)格控制鋼水過熱度，保持在合理范圍，以此有效降低表面縱裂紋產(chǎn)生的可能性。

3.3 拉速

表面縱裂紋的發(fā)生還隨拉速的波動而影響。在生產(chǎn)過程中，拉速波動會受到鋼水成分、溫度以及換包換水口等因素影響，影響到坯殼厚度，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生的可能性。實踐證明，在拉速波動控制在0.1m/min時，不會對表面縱裂紋產(chǎn)生多大影響；但是超出0.1m/min時，就會造成波動范圍變大，裂紋的發(fā)生率增大。因此，保持拉速穩(wěn)定，有利于降低裂紋產(chǎn)生的可能性。

3.4 保護(hù)渣

保護(hù)渣在結(jié)晶器內(nèi)部熔化，可以幫助潤滑和改善填充氣隙傳熱。若液渣層的厚度太薄，會造成不充分熔化，流動性也不好，阻礙了潤滑和傳熱，讓初生坯殼薄厚不均。因此，務(wù)必要挑選性能好的保護(hù)渣，且要兼具一定的液渣層厚度，最好在10mm以上，熔化充分，流動性好。低碳鋼，就要選擇熔點(diǎn)低、碳度低、結(jié)晶溫度低、粘度適度及熔化速度快的保護(hù)渣；中高碳鋼系列，保護(hù)渣要求凝固溫度低、結(jié)晶溫度低、粘度適度和熔化速度快；包晶鋼系列，保護(hù)渣要求結(jié)晶溫度高、堿度高、粘度適度；中碳低合金鋼，保護(hù)渣主要保證潤滑、適當(dāng)降低傳熱強(qiáng)度。

4 防止縱裂紋產(chǎn)生的有效策略

在生產(chǎn)過程中，防止產(chǎn)生縱裂紋的有效策略主要有以下幾方面：①鋼水中［S］＜0.02%，保持［Mn］/［S］＞20；②促進(jìn)協(xié)調(diào)生產(chǎn)，將中包鋼水過熱度合理控制在15～25℃；③盡量維持拉速穩(wěn)定；④盡量使用結(jié)晶器液面自動控制，降低結(jié)晶器液位波動，若液面自動控制不穩(wěn)定，及時采取手動壓鋼，將波動區(qū)間維持在士3mm以內(nèi)；⑤使用性能良好的保護(hù)渣；⑥調(diào)整適當(dāng)?shù)闹邪禋逯贫?，改善鋼水純凈度，促進(jìn)非金屬夾雜物上??；⑦讓浸入式水口的出口傾角和插入深度維持合適，對中安裝；⑧對二冷區(qū)氣霧冷卻系統(tǒng)加強(qiáng)監(jiān)控，采用弱冷制度，根據(jù)鋼種不同和鑄機(jī)拉速等，選擇恰當(dāng)?shù)亩渌贫?，便于控制好冷卻水量的分部，讓鑄坯表面冷卻均勻，當(dāng)表面溫度回升小于100℃/min，熱應(yīng)力減小，鑄坯矯直的表面溫度＞900℃；⑨加強(qiáng)操作，特別是開澆和換水口時并防止塞棒嚴(yán)重抖動。

5 結(jié)語

在很多原因綜合作用的結(jié)果下，造成了板坯表面縱裂紋的產(chǎn)生。我們要提高板坯質(zhì)量，控制縱裂紋產(chǎn)生，應(yīng)保證合適的鋼水成分、拉速、結(jié)晶器液面溫度等。通過采取科學(xué)的防止措施，會大大降低板坯表面縱裂紋的產(chǎn)生。