連鑄板坯中間裂紋成因分析及改進實踐

1、連鑄板坯中間裂紋成因分析及改進實踐發(fā)表日期：2007-10-27 閱讀次數(shù)：223 摘要：通過鑄坯的低倍檢驗和對中間裂紋部位電鏡掃描結果，分析連鑄板坯中間裂紋的類型和形 成原因，從鋼水成分、二冷配水、驅動壓力、輕壓下、支撐段等方面提出解決措施。結果表明， 鋼中的硫和鑄坯的支撐段是影響中間裂紋的主要因素。這些具體措施的實施，使中間裂紋的發(fā)生 率和級別大幅下降。關鍵詞：連鑄板坯；中間裂紋；支撐段；S含量；低倍檢驗濟南鋼鐵集團總公司第三煉鋼廠1號鑄機為直結晶器多點彎曲多點矯直直弧形板坯連鑄機，其冶金長度為34.2m，支撐段由1個彎曲段和14個扇形段組成，扇形段714段設有智能輕壓下 技術。生產(chǎn)斷面為

2、 （200、270）mm< （12002100）mm,定尺長度為 20003200mm 為中厚板廠提供 坯料。投產(chǎn)以來，隨著產(chǎn)量的不斷增加，鑄機設備狀況逐步惡化。一方面由于缺乏足夠的備件，設備難以按要求進行計劃檢修處理，另一方面，工藝上，對該機型的工藝過程的實踐經(jīng)驗不足， 導致鑄機投產(chǎn)半年后，鑄坯內(nèi)部質量波動較大，有的爐次，特別是普碳鋼類的鑄坯出現(xiàn)比較嚴重的中間裂紋缺陷，致使中厚板廠使用 200mm勺坯料軋制厚規(guī)格鋼板（厚度不小于40mm）,鋼板內(nèi)部 出現(xiàn)孔洞現(xiàn)象。 厚規(guī)格鋼板此缺陷嚴重時，比例高達3.15%。內(nèi)裂紋輕的也使鋼板的性能得不到保證，鋼板改判和判廢增加，生產(chǎn)成本升高，也影響了

3、濟鋼的產(chǎn)品聲譽。為此，成立攻關小組對鑄坯的中間裂紋的成因進行了全面調查分析，通過采取有效的工藝措施，使鑄坯的中間裂紋得到 有效的控制，為軋制厚規(guī)格的板材提供了原料保障。1中間裂紋的調查分析凝固過程中各種外部應力和鋼水凝固產(chǎn)生的內(nèi)部應力作用在凝固前沿的固液交界面及附近區(qū) 域上，由于富集溶質元素的聚集，導致該部位鋼的強度和塑性下降。當綜合應力超過該鋼鐘的固 相線溫度附近的臨界強度時，固液界面處的坯殼不能抵抗綜合應力和應變而產(chǎn)生開裂。由于鋼液 已成半凝固態(tài)或固態(tài)，鋼水無法補充，故裂紋得以在鑄坯內(nèi)部形成。1.1中間裂紋的電鏡分析我們將內(nèi)部裂紋比較嚴重的Q235B鑄坯低倍樣（w（S）=0.037 %，中

4、間裂紋為 2.0級），割成小樣，對裂紋部位進行電鏡掃描分析。試樣的裂紋處主要元素為氧、鐵，其質量分數(shù)平均分別為29.73 %和48.87 %;其次為鎰和硫，其質量分數(shù)分別為10.58 %和6.58 %;其他有極少量的硅、鈣、銘、鋁等元素，主要為氧化物和硫化物夾雜。裂紋處硫偏析嚴重的高達26%,嚴重影響此部位鑄坯的強度和韌性，在小于極限應力的作用下，導致中間裂紋的產(chǎn)生。為了便于觀察分析，將氧和鐵元素去掉，制作圖 1。從圖1中可以看出，硫和鎰、部分鈣和硫 結伴而生，高低相對應。因此，可以推斷：裂紋處的夾雜物主要是硫化鎰、氧化鎰、硫化鈣和其 他少量氧化物夾雜。由氧化銘（來自鋼包引流劑）和氧化鈣以及二

5、氧化硅的存在可以推斷，夾雜物部分來自卷入結晶器的中包渣，未能上浮，滯留在鋼液中，在裂紋處富集所致。從上面的分析，認為鑄坯中間裂紋主要富積了鋼中硫化物和氧化物夾雜。因此，從微觀上看, 降低鋼中S、減少氧化物夾雜和控制中包下渣，是減少鑄坯中間裂紋的有效途徑之一。1.2中間裂紋的低倍檢驗分析為了更清楚地掌握鑄坯中間裂紋的主要影響因素，針對不同的生產(chǎn)工藝條件，取 200m淋1900mm的低倍樣對鑄坯的中間裂紋進行全面的調查分析。鑄坯低倍檢驗統(tǒng)計對比見表1,統(tǒng)計共取各種 Q235B低倍樣136塊，拉速都在1.21.3m/min的范圍，裂紋級別為平均值。從表1可以看出，鋼中的硫對中間裂紋級別的影響最大。非

6、常明顯，w(S)>0.020 %的試樣，裂紋級別都在1.5級以上；其次，影響因素為二次冷卻，采用中冷，鑄坯中間裂紋有一定程度的 改善，中間裂紋級別比弱冷平均減少約0.5級左右；也可以看出，動態(tài)和靜態(tài)輻縫對鑄坯內(nèi)部中間裂紋影響不大。表1鑄坯低倍檢驗統(tǒng)計對比鑄坯對比條件中間裂紋級別w(S)/%二冷強度輕壓下類型v 0.020中冷靜態(tài)無> 0.020中冷靜態(tài)1.5< 0.020中冷動態(tài)無> 0.020中冷動態(tài)1.6V 0.020弱冷靜態(tài)0.5> 0.020弱冷靜態(tài)1.8V 0.020弱冷動態(tài)0.6> 0.020弱冷動態(tài)2.02中間裂紋的類型及影響因素2.1中間裂紋

7、的類型為了便于分析和解決問題，我廠把中間裂紋分為皮下中間裂紋和深中間裂紋兩種。皮下中間裂紋指鑄坯內(nèi)、外弧表面深度1040mmS勺裂紋，垂直于鑄坯寬面，一般分布在鑄坯的寬面中部，嚴重的離窄面100 mm左右。皮下中間裂紋的長度一般小于10mm評級為0.51.0級。此類中間裂紋所占比例不大，通過生產(chǎn)實踐統(tǒng)計分析，對板材的性能影響不大。深中間裂紋指鑄坯內(nèi)、外弧表面40m叫下，一般分布在鑄坯的寬面中部，嚴重的離窄面150mm深中間裂紋的長度一般為1030mm評級為0.52.5級，主要集中在內(nèi)弧，且內(nèi)弧嚴重，外弧有裂紋內(nèi)弧都有，有的外弧無中間裂紋。此類中間裂紋所占的比例最大，且對板材的性能影響也 最大，

8、我們的攻關重點為深中間裂紋。2.2皮下中間裂紋的主要影響因素及控制措施根據(jù)鑄坯的凝固規(guī)律計算，皮下中間裂紋主要是在彎曲段區(qū)域產(chǎn)生的。2.2.1 鑄機上部區(qū)域支撐輾這包括結晶器下部足輻及扇形段上部區(qū)域的支撐相對中不良、對弧不好等，使鑄坯受到過大 的機械應力，產(chǎn)生皮下中間裂紋。通過輾縫儀檢測的數(shù)據(jù)結合鑄坯的低倍檢驗(見表2),發(fā)現(xiàn)1號機的開口度和弧度偏差值分別控制在0.5mm和1.0mm內(nèi)，可以有效減少皮下中間裂紋。表2支撐輻偏差對皮下中間裂紋的影響影響因素偏差值/ mm皮下中間裂紋開口度< 0.5無> 0.5有弧度< 1.0無> 1.0有注：此表的數(shù)據(jù)以輻縫儀的測量值為統(tǒng)

9、計依據(jù)。2.2.2 二冷上部區(qū)域冷卻不好二冷制度不好或噴嘴堵塞，造成鑄坯表面溫度回升，坯殼受熱膨脹，凝固前沿引起張力應變， 當局部位置的張力應變超過該處的極限變形值時，產(chǎn)生中間裂紋。噴嘴水量對皮下中間裂紋有一 定的影響，當噴嘴的水流量大于 3個格時，一般不會產(chǎn)生皮下中間裂紋；噴嘴流量小于3個格時,且集中3個以上噴嘴時，才出現(xiàn)皮下中間裂紋，皮下中間裂紋為8.2 %。2.2.3鋼中硫的影響通過做大量的低倍對比檢驗，發(fā)現(xiàn)鋼中的硫對皮下中間裂紋影響很小。表3為2個檢修區(qū)間低倍樣的檢驗結果，從表 3可以看出，皮下中間裂紋與鋼中硫含量沒有明顯關系 （有皮下裂紋的 是因為彎曲段開口度偏差大 ）。分析認為，鑄

10、坯初始始凝固過程中，鋼液中的元素偏析輕微。表3 鋼中硫對皮下中間裂紋的影響一個檢修區(qū)間另一檢修區(qū)間w(S)/%皮下中間裂紋w(S)/%皮下中間裂紋0.010有0.011無0.016有10.025無0.022有0.028無0.031有.-2.2.4控制皮下中間裂紋措施及效果通過強化結晶器足輻、彎曲段的裝配精度、及時清理更換噴嘴和控制鋼水中的硫含量，皮下 中間裂紋得到有效的控制，平均級別為0.2 ,幾乎杜絕了皮下中間裂紋的產(chǎn)生。2.3深中間裂紋它主要發(fā)生在鑄機的下部支撐段區(qū)域。2.3.1下部區(qū)域的支撐段狀況對深中間裂紋的影響此區(qū)域因支撐輾對中不良，開口度不合適，輾子動態(tài)不好，造成鑄坯承受機械應力過

11、大產(chǎn)生 裂紋。因為板坯的鼓肚變形量隨鑄坯厚度的增加而增加，產(chǎn)生裂紋都為長裂紋，危害很大。支撐輻偏差對深中間裂紋的影響見表4,從表4和表2可以看出，深中間裂紋是在支撐輻偏差值大的情況下產(chǎn)生的，但裂紋長，級別也比較嚴重，這點從下線扇形段的解體測量和鑄坯的低倍 檢驗也得到了證實。表4支撐輻偏差對深中間裂紋的影響影響因素偏差值/ mm深中間裂紋開口度< 0.8無> 0.8有弧度1_ < 1.2無> 1.2有注：此表的數(shù)據(jù)以輻縫儀的測量值為統(tǒng)計依據(jù)。2.3.2驅動輾壓力對深中間裂紋的影響拉矯輾過大的壓力作用于未全部凝固的鑄坯時，使凝固前沿承受張力應變，它的機理與鼓肚 的鑄坯進入下

12、一對正常輾時的應變情況一樣，由于此時的坯殼很薄，所以產(chǎn)生的應變更大，危害 更嚴重。我們對比了不同拉矯壓力對鑄坯中間裂紋的影響，從拉矯壓力調整前后鑄坯低倍樣的對 比來看，拉矯壓力由 4.6MPa調整到4.2MPa,內(nèi)部裂紋有了一定程度的減輕，平均裂紋級別能減 少0.5級左右。這說明調低拉矯壓力對減輕內(nèi)部中間裂紋是有效果的。2.3.3 二冷配水的影響此區(qū)域寬面冷卻小或輻子之間冷卻過度不均，使鑄坯受到不均勻冷卻及回熱現(xiàn)象，引起熱應 力。鑄坯過冷將導致柱狀晶發(fā)達，降低鋼的高溫強度；冷卻不足，坯殼過薄又易產(chǎn)生鼓肚，影響 坯溫的均勻性，導致內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生。通過對Q235B采用弱冷、中冷對鑄坯低倍樣的裂紋情

13、況進行對比分析（見表1）,發(fā)現(xiàn)Q235B采用中冷，鑄坯中間裂紋有了一定程度的改善，內(nèi)部裂紋級別 平均減少約0.5級左右，而更強的冷卻或弱冷對減輕中間裂紋無太大幫助。2.3.4動態(tài)輾縫的影響通過對動態(tài)輻縫和靜態(tài)輻縫對鑄坯內(nèi)部裂紋的影響進行對比（見表1）,結果發(fā)現(xiàn)：動態(tài)輕壓下雖然對改善鑄坯內(nèi)部中間裂紋無幫助，但比靜態(tài)輕壓下對于改善鑄坯的三角區(qū)裂紋和內(nèi)部中心偏析是非常有幫助的，尤其在扇形段狀況惡化的情況下，動態(tài)輾縫的效果更加明顯。2.3.5鋼水過熱度鋼水溫度高，鑄坯柱狀晶發(fā)達，使鑄坯抵抗裂紋能力下降，而且鋼中氣體夾雜也較高，鑄坯 收縮量大，相同冷卻強度的坯殼更薄，坯殼高溫力學強度相對較低。通過統(tǒng)計發(fā)

14、現(xiàn)澆鑄過熱度差 別10C，對應的深中間裂紋級別平均相差0.5級。澆鑄溫度過高，拉速較低，導致鑄機精度嚴重惡化（軸承損壞嚴重，夾輾彎曲），間接導致鑄坯內(nèi)部裂紋的形成。2.3.6 拉速拉速高低及變化速率對鑄坯的坯殼厚度、凝固末端位置、凝固組織的構成有極大的影響。拉 速變化將引起二冷水的變化，同時也將引起凝固末端位置的變化，從而導致鑄坯凝固時廣生搭橋 現(xiàn)象。拉速太高還將使坯殼經(jīng)過異常輾處的形變速率增加，這些因素很易導致內(nèi)部裂紋的形成。 太低的拉速會導致坯溫過低而破壞鑄機精度。2.3.7 鋼中S含量的影響從低倍樣分析的結果和鋼中S的對應關系來看：隨著鋼中S含量的增加，鑄坯中間裂紋級別呈現(xiàn)明顯增加的趨勢

15、，這與在鑄坯中間裂紋的能譜分析中所發(fā)現(xiàn)的裂紋處夾雜物主要是硫化物的事實是相符的。統(tǒng)計分析結果表明鋼中S含量對鑄坯內(nèi)部裂紋產(chǎn)生的影響最大（見圖2） o當鋼中w（S）0.020%時，鑄坯的低倍檢驗內(nèi)部質量較好，深中間裂紋等級一般不大于0.5。- ® z.n -i.j -言 LU t _ , ”)IJ.01。一如U.U4根拭111-TP s帕應關羸 'j2.3.8 對深中間裂紋采取的措施及效果針對上面的分析，采取如下措施，Q235B鑄坯深中間裂紋的控制得到相對滿意的效果。（1）采用低倍硫印和輾縫儀相結合，及時準確指導鑄機的檢修，確保扇形段開口度、弧度及支 撐輾動態(tài)狀況符合要求。（2

16、）驅動輾壓力控制在 4.2MPa內(nèi)。(3) 加強生產(chǎn)調度的協(xié)調，優(yōu)化溫度制度，控制鋼水過熱度在(20 士 5)C,這也為穩(wěn)定鑄機拉速操作創(chuàng)造前提條件。(4) 條件許可的情況下，鐵水全部進行預處理，以控制鋼中的w(S)<0.020 %。(5) 控制中間包的鋼水重量，中間包換包和停澆等影響中包液面的異常操作，都控制中間包鋼水重量大于20t，以杜絕中間包下渣。中間裂紋攻關后的效果見表5。表5鑄坯低倍檢驗統(tǒng)計對比w(S)/%皮下中間裂紋級別深中間裂紋級別< 0.020無0.33> 0.0200.20.75表5共取低倍試樣 53塊，級別為平均值，鋼中的 w(S)>0.020 %的共2塊。和表1對比，可以 看出，這兩種中間裂紋都得到有效的控制，攻關取得比較滿意的效果。3結語(1) 降低鋼中S含量是減輕鑄坯深中間裂紋的有效措施。在條件許可的情況下，盡可能對鐵水 進行脫硫處理，強化轉爐冶煉和出鋼過程加頂渣處理，盡