1 600 mm板坯連鑄中碳鋼表面縱裂紋原因淺析

蔣德進

(本溪鋼鐵(集團)有限責任公司，遼寧 本溪 117000)

縱裂紋是連鑄板坯常見的表面缺陷之一, 起初被業(yè)內人士稱作鬼線裂紋，其發(fā)生在板坯寬面中心區(qū)域或寬面到棱邊的任何位置。較輕微的縱裂紋進行表面手清或機清處理后，對后續(xù)熱軋產品不會產生較大影響。相反，較嚴重的表面縱裂紋在連鑄生產過程中極易引起縱裂漏鋼，即使?jié)茶T過程中未發(fā)生此漏鋼事故，但其所產生的縱裂紋缺陷在后續(xù)清理過程中也很難被去除，將會導致整塊鑄坯判廢。因此，對表面縱裂紋缺陷的控制將關系著一個企業(yè)有形和無形效益的提高。文章結合本鋼實際生產過程中中碳鋼發(fā)生表面縱裂紋時的操作、工藝和設備參數進行深入分析研究，并進行合理控制，從而杜絕了中碳鋼表面縱裂紋的發(fā)生。

1 本鋼1 600 mm板坯工藝現(xiàn)狀

1.1 工藝路徑

鐵水預處理→轉爐→LF→1 600鑄機→切割→去毛刺→清理/熱過→連軋→軋制成卷

1.2 中碳鋼代表鋼種成分控制

表1 中碳鋼代表鋼種成分要求表(%)

1.3 連鑄機簡介

本鋼煉鋼廠原有2臺(2#鑄機已升級改造)奧鋼聯(lián)設計年產量175萬噸連續(xù)彎曲、連續(xù)矯直的小輥徑密排輥型連鑄機，澆鑄斷面210/230/250×(800～1 600)mm，冶金長度31.5 m，最大拉速1.8 m/min。液位采用塞棒、滑板兩種控流方式，自動采用滑板自動控制(VUHZ-電磁式)。

2 表面縱裂紋的形成機理及缺陷描述

2.1 形成機理

研究表明〔1〕，連鑄板坯表面縱裂紋是在結晶器內彎月面處以下100 mm～150 mm形成的，圖1中虛線部位為表面縱裂紋始發(fā)區(qū)，坯殼在結晶器內凝固過程中，由于結晶器冷卻不均勻，使得初生坯殼厚度不均勻，當抗拉應力集中在坯殼某一薄弱位置時，便產生了微小裂縫，帶有微小裂縫的凝固鑄坯進入二次冷卻以后，裂縫繼續(xù)擴展，便產生了明顯的縱裂紋。因此，在研究連鑄機發(fā)生縱裂紋時我們主要從影響結晶內傳熱的不均勻性著手，即工藝因素和設備因素影響，從此兩方面進行分析和研究，探求減少縱裂紋產生的解決方法。

圖1 結晶器內坯殼冷卻圖

2.2 裂紋缺陷位置和形態(tài)

在實際生產中縱裂紋的形態(tài)有兩種，一種是伴有表面凹陷的縱裂紋，這種裂紋發(fā)生在凹陷的谷底處，裂口多彎曲且淺，凹陷處有明顯振痕痕跡，多發(fā)生在板坯的中心和1/4位置，裂紋寬度1 mm～2 mm，長度不固定，目前生產中出現(xiàn)的裂紋沿拉坯方向最長長達3 000 mm，見圖2；另一種裂紋無凹陷出現(xiàn)，裂紋裂口平直且寬，寬度大于2 mm，裂紋較深，沿著裂紋可觀察到初始樹枝晶，見圖3。生產中發(fā)生的兩種裂紋比例為凹陷處裂紋占70%，無凹陷裂紋占30%。

圖2 凹陷處裂紋

圖3 無凹陷裂紋

3 表面縱裂紋的影響因素

3.1 成份Mn/S的影響

鋼水中〔S〕凝固時在晶界易與〔Fe〕產生低熔點的共晶化合物FeO -FeS，引起晶界脆性, 降低了鋼的臨界應變值, 導致鋼的強度、延性降低，使鑄坯產生縱裂的傾向增加〔2〕。而加入〔Mn〕可在鋼的凝固范圍內生成MnS和少量的FeS共晶，避免了大量FeS生成，因此，需要控制Mn/S含量，Mn/S值小于一定數值情況下, 發(fā)生表面縱裂的概率比較高。從實際生產數據中統(tǒng)計可知，見表2，Mn/S含量控制在30以上，縱裂紋發(fā)生幾率減少。

表2 不同錳硫比對應縱裂紋發(fā)生幾率情況

3.2 〔C〕含量對縱裂的影響

鋼水成分主要影響坯殼的傳熱情況和高溫力學性能，鋼中含碳量對結晶器熱流影響較大〔3〕。理論研究和生產實踐均表明，w(〔C〕)在0.09%～0.17%之間時隨著溫度的降低，發(fā)生包晶反應(L+δγ),初期凝固的大量δ-Fe 要轉化為γ-Fe，晶型由體心立方轉變成面心立方，體積收縮，且在彎月面區(qū)域坯殼收縮量較大，使坯殼與銅板之間產生較大的氣隙，此時，坯殼向外傳熱由原傳導傳熱轉換為輻射傳熱，坯殼傳熱嚴重受阻，結晶器熱流值隨之降低，同時，鑄坯導出的熱流量波動也增大，極易形成厚度不均勻的初生坯殼〔4〕。

經過現(xiàn)場數據分析可知(見圖4)，鋼水碳含量在0.10%～0.13%區(qū)間內發(fā)生縱裂指數最高，因此嚴格控制鋼水碳含量，精煉氬后碳成分按上線控制澆鑄，避免包晶區(qū)凝固，能夠有效減少縱裂紋的發(fā)生，同時，通過大量的實踐證明，避開包晶區(qū)澆鑄，對無凹陷型縱裂紋的控制最為顯著。

圖4 不同碳含量發(fā)生縱裂比例

3.3 結晶器液面波動對縱裂的影響

結晶器液面波動對控制縱裂非常不利，結晶器液面波動將造成液渣層厚薄不均勻，液渣不能均勻流入空隙，造成傳熱不均和傳熱變化，導致縱裂發(fā)生〔5〕。結晶器液位控制在±3 mm，經統(tǒng)計發(fā)生縱裂紋的鑄坯液位在±2 mm，無液位波動現(xiàn)象。因此，發(fā)生中碳鋼縱裂紋非結晶器液位波動影響。

3.4 保護渣影響

保護渣的理化性能決定了坯殼與結晶器間的傳熱效果，從而影響著彎月面處坯殼厚度的均勻性，并決定著縱裂紋的發(fā)生幾率。在保護渣多項理化性能參數中堿度和黏度對縱裂紋的影響較大，選擇合理的保護渣對控制縱裂紋的發(fā)生至關重要。對縱裂的研究發(fā)現(xiàn)〔6〕，當結晶器銅壁與坯殼之間有氣隙存在或渣膜局部厚度相差4倍以上，坯殼就會產生局部凝固遲緩現(xiàn)象，進一步計算發(fā)現(xiàn)，加入結晶器的保護渣熔融后，能夠均勻地流入彎月面是防止鑄坯產生裂紋的重要條件，因此，保護渣理化性能是有效防止板坯產生縱裂的一個重要條件〔7〕。對本鋼發(fā)生縱裂紋的爐次進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，發(fā)生凹陷縱裂紋的爐次均使用A型保護渣，后對A型保護渣黏度和堿度進行調整，凹形縱裂紋基本得到控制。

3.5 結晶器錐度影響

結晶器錐度、使用壽命、水量和振動等參數值的大小對鑄坯內部及表面質量均會產生一定的影響〔8〕，通過對現(xiàn)場實際調查發(fā)現(xiàn)，結晶器錐度值大小對凹陷處縱裂紋的發(fā)生幾率影響較大，經過調整原錐度值1.0%至1.1%后，減少了凹陷處縱裂紋的發(fā)生。

4 總結

(1)選擇適合中碳鋼生產的專用保護渣，以減少其渣理化性能對結晶器內坯殼冷卻厚度不均勻性的影響。

(2)精煉控制錳硫比在30以上，同時避開0.10%～0.13%包晶區(qū)進行微調，能夠顯著降級縱裂紋的發(fā)生幾率。

(3)調整結晶器錐度值為1.1%，減少了中碳鋼縱裂紋的發(fā)生幾率。

(4)加強設備管理，對線上存在過燒、鍍層脫落、龜裂或凹坑等缺陷的結晶器，第一時間進行更換，減少結晶器缺陷對坯殼傳熱不利影響。