含釩微合金鋼連鑄坯邊部橫裂紋研究

裴靜娟

摘 要：針對(duì)Q440C門架槽鋼的腿部裂紋問題，方法：分別對(duì)連鑄坯取樣進(jìn)行高溫延伸性能試驗(yàn)，對(duì)軋材裂紋取樣進(jìn)行電鏡分析，以期能夠發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生的原因。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，結(jié)晶器窄面冷卻速度過快，當(dāng)寬面的冷卻速度達(dá)不到窄面的速度時(shí)，會(huì)在結(jié)晶器角部附近出現(xiàn)應(yīng)力集中的情況，同時(shí)窄面冷卻速度過快還會(huì)讓保護(hù)渣性能被破壞，進(jìn)而出現(xiàn)潤(rùn)滑不良的情況，最終導(dǎo)致了邊部橫裂的產(chǎn)生。針對(duì)這個(gè)問題，制定相應(yīng)的措施，解決軋材裂邊缺陷。

關(guān)鍵詞：門架槽鋼裂邊;Q440C高溫延伸性能;含釩鋼裂紋

0引言

2018年11月-2019年3月期間，萊鋼型鋼廠生產(chǎn)的Q440C門架槽鋼出現(xiàn)批量的裂邊廢品，廢品率一度高達(dá)17%，嚴(yán)重制約了Q440C門架槽鋼的生產(chǎn)。6#機(jī)生產(chǎn)的Q440C門架槽鋼，釩含量大于0.1%，碳含量介于中碳鋼和包晶鋼之間，鑄坯規(guī)格260mm×300mm斷面，質(zhì)量問題主要是鑄坯內(nèi)弧邊部的橫裂紋，橫裂紋發(fā)生在鑄坯內(nèi)弧邊部50mm處皮下振痕波谷處，而且覆蓋在氧化鐵皮下面，用火焰清理后才能看見，深度在5mm-50mm之間。如圖1所示。

鑄坯邊部存在橫裂紋，軋成門架槽鋼后，在槽鋼腿部40mm以內(nèi)出現(xiàn)縱向的或不規(guī)則的邊部裂紋，造成軋材廢品。為保證軋材質(zhì)量，連鑄坯只能進(jìn)行精整處理。但有時(shí)裂紋較深，火焰清理深度超過30mm還有肉眼可見的明顯裂紋，金屬損失非常大，影響鋼鐵料消耗。

1裂紋原因分析

在結(jié)晶器的內(nèi)部，鋼液凝固時(shí)，結(jié)晶器的振動(dòng)作用使得處于彎月面附近的熔融狀態(tài)的保護(hù)渣慢慢的流入到銅板與坯殼之間的渣道上。此時(shí)，鋼水靜壓力以及保護(hù)渣渣道周期性變化的產(chǎn)生的渣道壓力，兩者都會(huì)作用在初凝坯殼上，進(jìn)而使得初凝坯殼出現(xiàn)變形，并出現(xiàn)鑄坯振痕。因?yàn)殍T坯坯殼角部收縮顯著和保護(hù)渣在振痕谷底的聚集，鑄坯角部振痕谷底的初凝坯殼向結(jié)晶器方向的傳熱速度會(huì)出現(xiàn)下降，進(jìn)而使得該區(qū)域之中的奧氏體晶粒長(zhǎng)大，S、P偏析加劇，進(jìn)而導(dǎo)致鋼的高溫強(qiáng)度下降。與此同時(shí)，鋼中所包含的各種微合金元素還可以和鋼中所含有的氮元素以及碳元素進(jìn)行結(jié)合，并且在結(jié)合之后在一定的條件下在奧氏體晶界析出碳氮化物。并且，處于振痕波谷處的晶粒粗大，會(huì)導(dǎo)致碳氮化物的析出變得更加的嚴(yán)重，這些析出物作為鋼基體材料中的第二相粒子，當(dāng)鑄坯受到應(yīng)力作用時(shí)，極易產(chǎn)生應(yīng)力集中，形成孔洞，隨后孔洞生長(zhǎng)、匯合形成裂紋。同時(shí)，由于鐵素體比奧氏體軟，沿著奧氏體晶界生成的膜狀初生鐵素體晶粒產(chǎn)生滑移，從而使鋼組織生成顯著的第三脆性溫度區(qū)。因此，當(dāng)鑄坯受到熱應(yīng)力或外力作用時(shí)，易沿振痕谷底產(chǎn)生橫裂紋，若在矯直過程中鑄坯角部溫度又恰好落入第三脆性溫度區(qū)，則在晶界弱化與振痕的缺口效應(yīng)的雙重作用下，角部橫裂紋將進(jìn)一步擴(kuò)展和加劇。

通過觀察6#機(jī)鑄坯邊部的橫裂紋，距離邊部比較近，裂紋比較深，裂紋的源頭是從結(jié)晶器內(nèi)產(chǎn)生的，在振痕底部，因二冷不合理，裂紋的程度進(jìn)一步加強(qiáng)。裂紋產(chǎn)生的原因是結(jié)晶器冷卻速度過快，保護(hù)渣熔化過快，振痕較深，在結(jié)晶器角部附近產(chǎn)生了應(yīng)力集中，釩形成的大量微細(xì)氮化物和碳氮化物在γ晶界析出，最終導(dǎo)致了角部裂紋的產(chǎn)生[1]。

主要問題是鑄坯邊部的橫裂紋，橫裂紋發(fā)生在鑄坯內(nèi)弧邊部皮下振痕波谷處，而且覆蓋在氧化鐵皮下面，用火焰清理后才能看見，深度很淺，大約1mm-2mm，第二遍火焰清理后就能將裂紋清理干凈。如圖2所示。

這種裂紋屬于矯直裂紋，因鑄坯角部的溫度落入第三脆性區(qū)，鑄坯的熱塑性降低，鑄坯在矯直時(shí)產(chǎn)生的。

1.1對(duì)鑄坯裂紋的分析

對(duì)連鑄坯的裂紋處進(jìn)行取樣，從切割斷面上看，裂紋深度5mm，如圖3所示。

各元素的重量百分比見表1。

裂紋內(nèi)部及邊緣有夾雜，但夾雜不是很多，對(duì)夾雜物使用電鏡分析和能譜分析。

各元素的重量百分比見表2。

從電鏡分析結(jié)果來看，試樣裂紋處夾雜中含有鉀和鈉，裂紋的形成是在結(jié)晶器內(nèi)產(chǎn)生的，裂紋產(chǎn)生的機(jī)理是因?yàn)榻Y(jié)晶器窄面冷卻速度過快，寬面的冷卻速度要小于窄面，在結(jié)晶器角部附近產(chǎn)生了應(yīng)力集中，窄面較高的冷卻速度惡化了保護(hù)渣性能，導(dǎo)致潤(rùn)滑不良，液渣流入鑄坯和結(jié)晶器間隙更加困難，導(dǎo)致鑄坯和結(jié)晶器之間渣層較薄或無保護(hù)渣膜，熱傳導(dǎo)能力強(qiáng)，最終導(dǎo)致了邊部橫裂的產(chǎn)生。

1.2在鑄坯高溫矯直方面的工作

2019年5月份，我們對(duì)6#機(jī)出現(xiàn)橫裂紋的鑄坯取樣做了高溫拉伸實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的目的是想了解該鋼種的高溫延伸性能，Q440C鋼在700℃～900℃存在明顯的第三脆性溫度區(qū)，其斷面收縮率的最低值為45%（750℃）。該鋼種在900℃～1200℃范圍內(nèi)具有良好的塑性，特別是在1000℃～1200℃范圍內(nèi)其塑性最好，其斷面收縮率均超過80%。

Q440C的高溫延伸性能在750℃～800℃之間是最差的，而我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)使用紅外測(cè)溫槍對(duì)連鑄坯表面測(cè)量溫度，連鑄坯在進(jìn)拉矯機(jī)之前溫度為790℃，也進(jìn)一步驗(yàn)證了我們的猜測(cè)，該鋼種在延伸性最差的溫度進(jìn)入拉矯機(jī)，極易產(chǎn)生矯直裂紋。

2解決措施

針對(duì)目前鑄坯邊部裂紋的情況，我們主要從兩個(gè)方面來解決。一個(gè)是針對(duì)該鋼種的高溫力行性能，在矯直的時(shí)候盡可能的避開750℃～800℃的溫度區(qū)間，二是給連鑄坯初生坯殼創(chuàng)造一個(gè)良好的冷卻、潤(rùn)滑的條件，包括對(duì)保護(hù)渣進(jìn)行調(diào)整，對(duì)結(jié)晶器一冷水進(jìn)行調(diào)整等。

解決措施如下：

2.1優(yōu)化浸入式水口深度

調(diào)整浸入式水口的插入深度，對(duì)結(jié)晶器流場(chǎng)進(jìn)行研究，優(yōu)化結(jié)晶器流場(chǎng)，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，配合保護(hù)渣液渣層的情況，并最終實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器流場(chǎng)不翻鋼，保護(hù)渣液層最合理，潤(rùn)滑效果最好，鑄坯表面振痕分布均勻合理。

2.2優(yōu)化二冷配水模型

在保證生產(chǎn)順行的基礎(chǔ)上減小比水量，進(jìn)一步提高鑄坯的矯直溫度，使鋼的第三脆性溫度區(qū)對(duì)鑄坯橫裂、角裂的影響降到最低[2]。

2.3優(yōu)化結(jié)晶器振幅

由3.6mm改為3.0mm，采用高振頻小振幅來優(yōu)化鑄坯表面的振痕質(zhì)量，降低振痕處的裂紋敏感性。

3結(jié)論

從Q440C的高溫拉伸實(shí)驗(yàn)圖中可以看出，該鋼種的高溫延伸性能在770℃時(shí)，延伸率最差，只有45%，要想提高延伸性能，必須把溫度提高到950℃以上。從裂紋樣的電鏡分析結(jié)果來看，試樣裂紋處夾雜中含有鉀和鈉，這是保護(hù)渣的成分，裂紋的形成是在結(jié)晶器內(nèi)產(chǎn)生的，要想解決該裂紋，需從結(jié)晶器的冷卻條件入手。裂紋源的起始地點(diǎn)是在結(jié)晶器內(nèi)，但在鑄坯矯直的過程中，因鑄坯表面溫度低，造成裂紋進(jìn)一步延伸，要想解決該裂紋，提高鑄坯表面溫度是關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉輝，溫維新.厚板連鑄坯角部橫裂紋缺陷的成因分析及控制[J].連鑄，2014（2）：34-38.

[2] 牛山廷，張興中，干勇.連鑄板坯表面橫裂紋形成機(jī)理及防止措施[J].特殊鋼，2011，32（1）：19-22.