連鑄圓坯表面裂紋分析與控制

高文星 謝長川 賈寧波 馮帶兵

（1：中冶南方連鑄技術(shù)工程有限責(zé)任公司 湖北武漢40073；2：河南鳳寶特鋼有限公司 河南林州456550）

1 前言

連鑄坯表面裂紋產(chǎn)生有很多共性，如［P］、［S］含量高、Mn／S比過低、拉速過快、澆鋼溫度高等［1，2］，這些因素使鑄坯裂紋敏感性增強，易于產(chǎn)生裂紋，在排除了這些因素外，本文通過鳳寶特鋼煉鋼廠某圓坯連鑄機生產(chǎn)實例，重點分析圓坯產(chǎn)生各種裂紋的設(shè)備原因，并通過采取相應(yīng)措施控制了裂紋的產(chǎn)生及發(fā)展。

2 生產(chǎn)工藝概況

鳳寶特鋼煉鋼生產(chǎn)工藝路線為：65t轉(zhuǎn)爐→65tLF爐→65tVD爐→圓坯連鑄機。圓坯連鑄為R9m×6流圓坯連鑄機，主要生產(chǎn)鑄坯規(guī)格為：Φ150mm、Φ160mm、Φ200mm、Φ220mm。表1為圓坯連鑄機的主要參數(shù)。目前圓坯連鑄機在生產(chǎn)33Mn2V、37Mn5、27SiMn、20Mn2－2等鋼種時出現(xiàn)的了較大比例的表面裂紋等質(zhì)量問題。

表1 圓坯連鑄機主要參數(shù)

3 表面橫裂紋

生產(chǎn)出的圓坯表面橫向裂紋多數(shù)情況下由結(jié)晶器振痕形成，一般以裂紋線出現(xiàn)［3］。生產(chǎn)中出現(xiàn)的圓坯表面橫振痕如圖1所示。

從圖1可以看出：圓坯表面的振痕間距較大，且振痕不平直。在振痕的波谷處出現(xiàn)橫裂紋。分析深振痕為橫裂紋的發(fā)源地，C－Mn－Nb（V）等鋼種尤其對裂紋敏感性更強。因此，優(yōu)化振動參數(shù)如表2所示。

表2 振動參數(shù)優(yōu)化參數(shù)對比表

圖1 鑄坯表面的振痕

通過優(yōu)化參數(shù)，重新校核結(jié)晶器振動裝置的振動精度，振動側(cè)向偏差、振幅偏差控制在0.1mm以內(nèi)，振痕情況好轉(zhuǎn)，大量杜絕了橫裂紋的產(chǎn)生。鑄坯振痕的對比情況如圖2所示。

圖2 鑄坯表面外形的振痕

4 表面縱裂紋

該廠表面縱裂紋主要有以下三種：表面連續(xù)縱裂、表面斷續(xù)縱裂及表面細(xì)小縱裂，見圖3所示。

圖3 （a）連續(xù)縱裂 （b）斷續(xù)縱裂 （c）細(xì)小縱裂

從圖3可以看出：圖3（a）中縱列較長，貫穿鑄坯距離較長，且深度較深。裂紋斷口處有彎曲，裂紋出現(xiàn)的鑄坯定位無規(guī)律。此類裂縫寬而長，很容易發(fā)現(xiàn)，對后部工序影響很大。圖3（b）及圖3（c）中的縱裂紋比較細(xì)小，斷斷續(xù)續(xù)的出現(xiàn)，深度不深，裂紋斷口處彎曲，裂紋出現(xiàn)的鑄坯定位無規(guī)律。

國內(nèi)外研究學(xué)者通過橫斷面低倍檢驗表明：縱裂紋起源于結(jié)晶器彎月面區(qū)（幾十毫米到150mm）周邊坯殼厚度薄弱處，彎月面區(qū)初生凝固殼厚度不均勻。分析坯殼受下列作用：（1）凝固殼四周溫度不均勻而產(chǎn)生的收縮力；（2）收縮時由鋼水靜壓力產(chǎn)生的鼓脹力；（3）結(jié)晶器振動形成的摩擦力。各種復(fù)雜應(yīng)力綜合作用在坯殼上，當(dāng)應(yīng)力超過鋼的高溫允許強度時，就在坯殼薄弱處萌生裂紋，出結(jié)晶器后在二冷區(qū)繼續(xù)擴展。

排查了水口與結(jié)晶器不對中產(chǎn)生偏流沖刷凝固殼、液渣層過厚或過薄導(dǎo)致渣膜厚薄不均［4］、結(jié)晶器液面波動大［5］、結(jié)晶器錐度不合適等因素。發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)場出現(xiàn)裂紋的一個特點：嚴(yán)重的縱裂紋的發(fā)生與鑄流關(guān)系較大，有些鑄流裂紋情況嚴(yán)重、有些鑄流裂紋時有發(fā)生。且裂紋情況嚴(yán)重的鑄流出現(xiàn)了結(jié)晶器、導(dǎo)向段的設(shè)備對弧與結(jié)晶器、振動的對中無法重合。因此，建議了重新校正連鑄弧形段設(shè)備，尤其校核結(jié)晶器與前部導(dǎo)向段的對弧精度。檢測各區(qū)噴嘴狀況，杜絕因噴嘴堵塞造成冷卻不均勻現(xiàn)象。重新組織生產(chǎn)后基本杜絕了此類縱裂紋的出現(xiàn)。并建議了以后嚴(yán)格保證設(shè)備檢修質(zhì)量，適當(dāng)縮短結(jié)晶器的銅管長度等。

5 表面網(wǎng)狀裂紋

生產(chǎn)出的圓坯表面網(wǎng)狀裂紋分布無方向性，形貌呈網(wǎng)狀，軋制管材表面裂紋不規(guī)則，深度較淺，見圖4所示。

圖4 鑄坯表面網(wǎng)狀裂紋及其對應(yīng)鋼管外壁裂紋

圓坯軋制管材表面網(wǎng)狀裂紋顯微結(jié)構(gòu)見圖5，金相分析拋光后橫向觀察：圖5（a）橫截面外壁裂紋深約0.8mm，橫截面外壁裂紋組織有明顯脫碳，見圖5（b）橫截面外壁脫碳層深約0.10mm。

圖5 （a）橫截面外壁裂紋 （b）橫截面外壁脫碳層

生產(chǎn)錳含量比較高的鋼種（1.3%～1.6%）容易出這種缺陷，該類鋼奧氏體晶粒粗大，晶界間塑性差，在結(jié)晶時受到大的摩擦力就會沿奧氏體晶界擴展出裂紋。通過以下四種方法可以有效減少此類缺陷。

（1）采用新的結(jié)晶器銅管。嚴(yán)格要求結(jié)晶器銅管按照合理的過鋼量定期更換。防止高溫鑄坯表面吸收結(jié)晶器銅管鍍層脫落而外露銅［6］。

（2）嚴(yán)格控制鋼水純凈度?？刂疲跜u］＋10［Sn］≤0.30%，20Mn2－2等鋼種［Al］含量按照成分下限控制。

（3）使用結(jié)晶能力弱的潤滑型、堿度相對低、傳熱好的保護渣。

（4）加大結(jié)晶器銅管錐度，由1.13%增大至1.2%［7］。

網(wǎng)狀裂紋除上述因素外，還需要防止結(jié)晶器內(nèi)熱流變化大、液面波動大［8］、結(jié)晶器振動參數(shù)不合理、二冷不均勻以及鑄坯表面溫度反復(fù)回升等各種會擴散網(wǎng)狀裂紋的因素。

6 結(jié)論

鳳寶特鋼煉鋼廠發(fā)生的圓坯表面裂紋經(jīng)過反復(fù)生產(chǎn)優(yōu)化得到了很大程度的改善。

（1）通過采用小振幅的振動參數(shù)、保證結(jié)晶器振動設(shè)備精度，大量杜絕了嚴(yán)重表面橫裂紋。

（2）通過重新校正連鑄弧形段設(shè)備對弧精度，大幅度消除了表面縱裂紋。

（3）通過更換新制結(jié)晶器，優(yōu)化結(jié)晶器錐度，選用合適保護渣等延緩了表面網(wǎng)狀裂紋的發(fā)展。