低碳鋼熱軋板卷邊部縱裂紋缺陷控制的研究

張軍國(guó)，蔣昭陽，趙建平，張洪杰

（唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司 一鋼軋廠，河北 唐山 063000）

唐鋼一鋼軋廠1700產(chǎn)線生產(chǎn)低碳鋼熱軋板卷時(shí)，邊部縱裂紋（以下簡(jiǎn)稱邊裂）缺陷比例高，達(dá)到9.85%，邊裂缺陷嚴(yán)重制約著家電板、酸洗板的生產(chǎn)。針對(duì)這一情況，采取技術(shù)措施解決低碳鋼邊裂缺陷具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 邊裂缺陷產(chǎn)生區(qū)域

1.1 邊裂缺陷位置

經(jīng)測(cè)量，邊部縱裂缺陷位置出現(xiàn)在距熱軋板卷邊部5mm～22mm范圍內(nèi)，其顯著特點(diǎn)為深淺不一，且具有一定彎曲度和寬度，局部出現(xiàn)雙道甚至多道邊裂痕跡。

1.2 邊裂缺陷來源部位

邊裂缺陷在兩臺(tái)連鑄機(jī)均有發(fā)生，且經(jīng)過軋制后熱軋板卷上下表面、驅(qū)動(dòng)側(cè)、工作側(cè)均會(huì)出現(xiàn)該缺陷。為確定邊裂缺陷具體的來源部位，缺陷發(fā)生時(shí)進(jìn)行鑄坯頭尾調(diào)頭軋制，邊裂缺陷位置也相應(yīng)發(fā)生變化，分析認(rèn)為邊裂缺陷來源于連鑄坯。同時(shí)部分鑄坯出現(xiàn)窄面鼓肚和邊部裂紋，邊裂位置在鑄坯寬面靠近角部20mm。

1.3 邊裂缺陷試樣分析

從產(chǎn)生邊裂缺陷的熱軋板卷中取試樣，做酸洗、金相和掃描電鏡實(shí)驗(yàn)，分析結(jié)果顯示；試樣橫截面金相高倍顯示缺陷向內(nèi)部延伸很深，且在裂紋根部發(fā)現(xiàn)保護(hù)渣成分；金相組織顯示邊部組織晶粒粗大，且存在混晶現(xiàn)象，裂紋部分延晶界延伸；橫截面電鏡顯示邊裂位置為主要為氧化鐵，根部存在Ca，Si，Na成分，說明缺陷產(chǎn)生于鑄坯，經(jīng)加熱爐加熱后裂紋處被氧化，在軋制過程中繼續(xù)向內(nèi)部延伸和擴(kuò)展，部分延晶粒延伸。

根據(jù)以上分析，可以確定邊裂缺陷主要來源于連鑄坯，此外在加熱爐工序，鑄坯存在局部過熱現(xiàn)象，導(dǎo)致邊部晶粒粗大[1]，這雖不是邊裂產(chǎn)生的根源，但是促進(jìn)了裂紋的延伸和擴(kuò)展。

2 邊裂缺陷原因

針對(duì)低碳鋼的邊裂缺陷問題，主要從連鑄區(qū)域分析查找原因。

2.1 結(jié)晶器錐度變化

結(jié)晶器受到鋼水靜壓力作用等作用，停澆時(shí)錐度一般比設(shè)定錐度偏小。通過對(duì)比，隨著錐度減少量的增加，板卷邊裂缺陷概率升高，特別是當(dāng)錐度減少超過1.2mm以上，熱軋板卷邊裂概率升高至18.47%（正常值為4.6%）。分析認(rèn)為，結(jié)晶器錐度減小后，鑄坯窄面與銅板的氣隙增加，鑄坯窄面?zhèn)鳠崾茏?、坯殼較薄，鑄坯出結(jié)晶器后窄面出現(xiàn)鼓肚問題，從而導(dǎo)致邊裂缺陷。因此可認(rèn)定結(jié)晶器錐度變化超標(biāo)是導(dǎo)致邊裂缺陷的主要原因之一。

2.2 結(jié)晶器銅板彎月面磨損

檢查使用后的14臺(tái)結(jié)晶器，發(fā)現(xiàn)其中3臺(tái)在使用后期銅板彎月面處侵蝕超過0.3mm。銅板侵蝕嚴(yán)重后，由于該區(qū)域鑄坯與銅板之間的氣隙較大，使坯殼冷卻不足導(dǎo)致邊裂缺陷。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，銅板侵蝕嚴(yán)重的澆次熱軋板卷邊裂缺陷概率達(dá)到23.56%（正常值為3.5%）。因此認(rèn)為結(jié)晶器銅板彎月面磨損是產(chǎn)生邊裂的主要原因之一。

2.3 結(jié)晶器水量

分別檢查2臺(tái)連鑄機(jī)結(jié)晶器的水量設(shè)定值和實(shí)際值，發(fā)現(xiàn)實(shí)際水量在設(shè)定值上下波動(dòng)小于3%，符合設(shè)計(jì)要求，但發(fā)現(xiàn)拉速增加時(shí)，個(gè)別鑄坯存在窄面鼓肚現(xiàn)象，說明存在冷卻不足的問題。

2.4 二冷制度

根據(jù)不同鋼種，連鑄機(jī)采用強(qiáng)冷C1水表、中冷C2水表和弱冷C4水表三種二次冷卻模式，澆鑄低碳鋼使用強(qiáng)冷C1水表，與設(shè)定值相比各個(gè)區(qū)域二冷水量波動(dòng)小于3%，無明顯改變，工藝段實(shí)際水量符合技術(shù)規(guī)程要求。

2.5 拉速波動(dòng)

檢查發(fā)現(xiàn)由于拉速波動(dòng)而產(chǎn)生邊裂缺陷的板卷占邊裂板卷總量的8.73%，因此可認(rèn)為該原因不是主要原因。

2.6 鋼水成分

鋼種中C含量在0.08%～0.15%時(shí)，處于包晶區(qū)，板卷容易產(chǎn)生裂紋曲線，而低碳鋼C含量≤0.06%，因此可排除碳元素的影響。

鋼水中的S元素含量較高時(shí)，鋼的抗拉強(qiáng)度和塑性降低，鑄坯表面容易產(chǎn)生邊部縱裂紋，經(jīng)軋制后即產(chǎn)生表檢上顯示的邊裂缺陷[2]。成分檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生邊裂的低碳鋼板卷平均硫含量為0.0096%，正常低碳鋼板卷平均硫含量為0.0087%，相差0.0009%，兩者相差不足0.001%，因此鋼水S含量不是主要原因。

3 邊裂產(chǎn)生預(yù)防措施

3.1 降低結(jié)晶器錐度變化

制定結(jié)晶器精修方案，通過一系列措施，防止結(jié)晶器錐度減少。精修措施包括：支撐板和背板之間增加上下兩條緊固螺栓，防止在使用中支撐板、背板之間間隙變大而跑錐；對(duì)調(diào)寬機(jī)構(gòu)絲杠、絲母、軸承等進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)更換；定期檢查支撐板，對(duì)磨損變形大的支撐板進(jìn)行更換，同時(shí)裝配前對(duì)支撐板、背板進(jìn)行清理，消除裝配誤差等。此外結(jié)晶器調(diào)寬時(shí)采用“上拉下推”方式調(diào)整結(jié)晶器錐度，也能防止結(jié)晶器停澆錐度減少。

3.2 調(diào)整足輥水量

針對(duì)鑄坯窄面鼓肚問題，在減少結(jié)晶器錐度變化的同時(shí)，適當(dāng)增加了結(jié)晶器足輥水量，加強(qiáng)鑄坯窄面冷卻。通過試驗(yàn)，最終確定低碳鋼拉速≥1.3m/min時(shí)，將寬面足輥水量提高0.3倍，窄面足輥水量提高0.4倍，鑄坯窄面鼓肚問題基本消失。

3.3 控制結(jié)晶器彎月面銅板磨損

適當(dāng)增加結(jié)晶器水量，加強(qiáng)的冷卻效果，能有效降低結(jié)晶器彎月面銅板的溫度[3]。原結(jié)晶器水量為寬面3500L/min，窄面430L/min，在此基礎(chǔ)上根據(jù)拉速增加水量約4%，見表1。

表1 結(jié)晶器的水量設(shè)定值

使用該方案后，銅板彎月面平均溫度下降8.9℃，有效改善了銅板彎月面磨損的問題。

3.4 采用陶瓷鍍層結(jié)晶器

陶瓷鍍層[4]硬度較高能有效減少彎月面處銅板磨損問題，坯殼傳熱更均勻，可起到降低邊裂缺陷率的作用。

4 結(jié)論

（1）板卷邊裂缺陷產(chǎn)生于連鑄區(qū)域，主要原因是由于結(jié)晶器錐度變化以及結(jié)晶器彎月面銅板磨損，二者均可使鑄坯冷卻效果變差，進(jìn)而導(dǎo)致邊裂產(chǎn)生。

（2）通過增加結(jié)晶器足輥水量可以緩解鑄坯窄面鼓肚問題從而減少邊裂缺陷。

（3）采用陶瓷鍍層結(jié)晶器并增加結(jié)晶器水量可以減少銅板彎月面除磨損從而減少邊裂缺陷。

（4）經(jīng)過上述研究并采取措施后，低碳鋼熱軋板卷邊裂缺陷率由9.85%降至1.34%。