連鑄板坯中間裂紋成因分析及改進(jìn)實(shí)踐

1、連鑄板坯中間裂紋成因分析及改進(jìn)實(shí)踐發(fā)表日期：2007-10-27 閱讀次數(shù)：223 摘要：通過(guò)鑄坯的低倍檢驗(yàn)和對(duì)中間裂紋部位電鏡掃描結(jié)果，分析連鑄板坯中間裂紋的類(lèi)型和形 成原因，從鋼水成分、二冷配水、驅(qū)動(dòng)壓力、輕壓下、支撐段等方面提出解決措施。結(jié)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(shí)施，使中間裂紋的發(fā)生 率和級(jí)別大幅下降。關(guān)鍵詞：連鑄板坯；中間裂紋；支撐段；S含量；低倍檢驗(yàn)濟(jì)南鋼鐵集團(tuán)總公司第三煉鋼廠(chǎng)1號(hào)鑄機(jī)為直結(jié)晶器多點(diǎn)彎曲多點(diǎn)矯直直弧形板坯連鑄機(jī)，其冶金長(zhǎng)度為34.2m，支撐段由1個(gè)彎曲段和14個(gè)扇形段組成，扇形段714段設(shè)有智能輕壓下 技術(shù)。生產(chǎn)斷面為

2、 （200、270）mm< （12002100）mm,定尺長(zhǎng)度為 20003200mm 為中厚板廠(chǎng)提供 坯料。投產(chǎn)以來(lái)，隨著產(chǎn)量的不斷增加，鑄機(jī)設(shè)備狀況逐步惡化。一方面由于缺乏足夠的備件，設(shè)備難以按要求進(jìn)行計(jì)劃?rùn)z修處理，另一方面，工藝上，對(duì)該機(jī)型的工藝過(guò)程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足， 導(dǎo)致鑄機(jī)投產(chǎn)半年后，鑄坯內(nèi)部質(zhì)量波動(dòng)較大，有的爐次，特別是普碳鋼類(lèi)的鑄坯出現(xiàn)比較嚴(yán)重的中間裂紋缺陷，致使中厚板廠(chǎng)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(yán)重時(shí)，比例高達(dá)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(jì)鋼的產(chǎn)品聲譽(yù)。為此，成立攻關(guān)小組對(duì)鑄坯的中間裂紋的成因進(jìn)行了全面調(diào)查分析，通過(guò)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(diào)查分析凝固過(guò)程中各種外部應(yīng)力和鋼水凝固產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)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(zhì)元素的聚集，導(dǎo)致該部位鋼的強(qiáng)度和塑性下降。當(dāng)綜合應(yīng)力超過(guò)該鋼鐘的固 相線(xiàn)溫度附近的臨界強(qiáng)度時(shí)，固液界面處的坯殼不能抵抗綜合應(yīng)力和應(yīng)變而產(chǎn)生開(kāi)裂。由于鋼液 已成半凝固態(tài)或固態(tài)，鋼水無(wú)法補(bǔ)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(yán)重的Q235B鑄坯低倍樣（w（S）=0.037 %，中

4、間裂紋為 2.0級(jí)），割成小樣，對(duì)裂紋部位進(jìn)行電鏡掃描分析。試樣的裂紋處主要元素為氧、鐵，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均分別為29.73 %和48.87 %;其次為鎰和硫，其質(zhì)量分?jǐn)?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(yán)重的高達(dá)26%,嚴(yán)重影響此部位鑄坯的強(qiáng)度和韌性，在小于極限應(yīng)力的作用下，導(dǎo)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(jié)伴而生，高低相對(duì)應(yīng)。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(lái)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(lái)自卷入結(jié)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(rèn)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(yàn)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(duì)不同的生產(chǎn)工藝條件，取 200m淋1900mm的低倍樣對(duì)鑄坯的中間裂紋進(jìn)行全面的調(diào)查分析。鑄坯低倍檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)對(duì)比見(jiàn)表1,統(tǒng)計(jì)共取各種 Q235B低倍樣136塊，拉速都在1.21.3m/min的范圍，裂紋級(jí)別為平均值。從表1可以看出，鋼中的硫?qū)χ虚g裂紋級(jí)別的影響最大。非

6、常明顯，w(S)>0.020 %的試樣，裂紋級(jí)別都在1.5級(jí)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(jí)別比弱冷平均減少約0.5級(jí)左右；也可以看出，動(dòng)態(tài)和靜態(tài)輻縫對(duì)鑄坯內(nèi)部中間裂紋影響不大。表1鑄坯低倍檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)對(duì)比鑄坯對(duì)比條件中間裂紋級(jí)別w(S)/%二冷強(qiáng)度輕壓下類(lèi)型v 0.020中冷靜態(tài)無(wú)> 0.020中冷靜態(tài)1.5< 0.020中冷動(dòng)態(tài)無(wú)> 0.020中冷動(dòng)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(dòng)態(tài)0.6> 0.020弱冷動(dòng)態(tài)2.02中間裂紋的類(lèi)型及影響因素2.1中間裂紋

7、的類(lèi)型為了便于分析和解決問(wèn)題，我廠(chǎng)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(yán)重的離窄面100 mm左右。皮下中間裂紋的長(zhǎng)度一般小于10mm評(píng)級(jí)為0.51.0級(jí)。此類(lèi)中間裂紋所占比例不大，通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)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(yán)重的離窄面150mm深中間裂紋的長(zhǎng)度一般為1030mm評(píng)級(jí)為0.52.5級(jí)，主要集中在內(nèi)弧，且內(nèi)弧嚴(yán)重，外弧有裂紋內(nèi)弧都有，有的外弧無(wú)中間裂紋。此類(lèi)中間裂紋所占的比例最大，且對(duì)板材的性能影響也 最大，

8、我們的攻關(guān)重點(diǎn)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(jì)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(jī)上部區(qū)域支撐輾這包括結(jié)晶器下部足輻及扇形段上部區(qū)域的支撐相對(duì)中不良、對(duì)弧不好等，使鑄坯受到過(guò)大 的機(jī)械應(yīng)力，產(chǎn)生皮下中間裂紋。通過(guò)輾縫儀檢測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)合鑄坯的低倍檢驗(yàn)(見(jiàn)表2),發(fā)現(xiàn)1號(hào)機(jī)的開(kāi)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(duì)皮下中間裂紋的影響影響因素偏差值/ mm皮下中間裂紋開(kāi)口度< 0.5無(wú)> 0.5有弧度< 1.0無(wú)> 1.0有注：此表的數(shù)據(jù)以輻縫儀的測(cè)量值為統(tǒng)

9、計(jì)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(yīng)變， 當(dāng)局部位置的張力應(yīng)變超過(guò)該處的極限變形值時(shí)，產(chǎn)生中間裂紋。噴嘴水量對(duì)皮下中間裂紋有一 定的影響，當(dāng)噴嘴的水流量大于 3個(gè)格時(shí)，一般不會(huì)產(chǎn)生皮下中間裂紋；噴嘴流量小于3個(gè)格時(shí),且集中3個(gè)以上噴嘴時(shí)，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(guò)做大量的低倍對(duì)比檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鋼中的硫?qū)ζは轮虚g裂紋影響很小。表3為2個(gè)檢修區(qū)間低倍樣的檢驗(yàn)結(jié)果，從表 3可以看出，皮下中間裂紋與鋼中硫含量沒(méi)有明顯關(guān)系 （有皮下裂紋的 是因?yàn)閺澢伍_(kāi)口度偏差大 ）。分析認(rèn)為，鑄

10、坯初始始凝固過(guò)程中，鋼液中的元素偏析輕微。表3 鋼中硫?qū)ζは轮虚g裂紋的影響一個(gè)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(wú)0.016有10.025無(wú)0.022有0.028無(wú)0.031有.-2.2.4控制皮下中間裂紋措施及效果通過(guò)強(qiáng)化結(jié)晶器足輻、彎曲段的裝配精度、及時(shí)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(jí)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(jī)的下部支撐段區(qū)域。2.3.1下部區(qū)域的支撐段狀況對(duì)深中間裂紋的影響此區(qū)域因支撐輾對(duì)中不良，開(kāi)口度不合適，輾子動(dòng)態(tài)不好，造成鑄坯承受機(jī)械應(yīng)力過(guò)

11、大產(chǎn)生 裂紋。因?yàn)榘迮鞯墓亩亲冃瘟侩S鑄坯厚度的增加而增加，產(chǎn)生裂紋都為長(zhǎng)裂紋，危害很大。支撐輻偏差對(duì)深中間裂紋的影響見(jiàn)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(zhǎng)，級(jí)別也比較嚴(yán)重，這點(diǎn)從下線(xiàn)扇形段的解體測(cè)量和鑄坯的低倍 檢驗(yàn)也得到了證實(shí)。表4支撐輻偏差對(duì)深中間裂紋的影響影響因素偏差值/ mm深中間裂紋開(kāi)口度< 0.8無(wú)> 0.8有弧度1_ < 1.2無(wú)> 1.2有注：此表的數(shù)據(jù)以輻縫儀的測(cè)量值為統(tǒng)計(jì)依據(jù)。2.3.2驅(qū)動(dòng)輾壓力對(duì)深中間裂紋的影響拉矯輾過(guò)大的壓力作用于未全部凝固的鑄坯時(shí)，使凝固前沿承受張力應(yīng)變，它的機(jī)理與鼓肚 的鑄坯進(jìn)入下

12、一對(duì)正常輾時(shí)的應(yīng)變情況一樣，由于此時(shí)的坯殼很薄，所以產(chǎn)生的應(yīng)變更大，危害 更嚴(yán)重。我們對(duì)比了不同拉矯壓力對(duì)鑄坯中間裂紋的影響，從拉矯壓力調(diào)整前后鑄坯低倍樣的對(duì) 比來(lái)看，拉矯壓力由 4.6MPa調(diào)整到4.2MPa,內(nèi)部裂紋有了一定程度的減輕，平均裂紋級(jí)別能減 少0.5級(jí)左右。這說(shuō)明調(diào)低拉矯壓力對(duì)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?qū)捗胬鋮s小或輻子之間冷卻過(guò)度不均，使鑄坯受到不均勻冷卻及回?zé)岈F(xiàn)象，引起熱應(yīng) 力。鑄坯過(guò)冷將導(dǎo)致柱狀晶發(fā)達(dá)，降低鋼的高溫強(qiáng)度；冷卻不足，坯殼過(guò)薄又易產(chǎn)生鼓肚，影響 坯溫的均勻性，導(dǎo)致內(nèi)部裂紋的產(chǎn)生。通過(guò)對(duì)Q235B采用弱冷、中冷對(duì)鑄坯低倍樣的裂紋情

13、況進(jìn)行對(duì)比分析（見(jiàn)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(jí)別 平均減少約0.5級(jí)左右，而更強(qiáng)的冷卻或弱冷對(duì)減輕中間裂紋無(wú)太大幫助。2.3.4動(dòng)態(tài)輾縫的影響通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)輻縫和靜態(tài)輻縫對(duì)鑄坯內(nèi)部裂紋的影響進(jìn)行對(duì)比（見(jiàn)表1）,結(jié)果發(fā)現(xiàn)：動(dòng)態(tài)輕壓下雖然對(duì)改善鑄坯內(nèi)部中間裂紋無(wú)幫助，但比靜態(tài)輕壓下對(duì)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(dòng)態(tài)輾縫的效果更加明顯。2.3.5鋼水過(guò)熱度鋼水溫度高，鑄坯柱狀晶發(fā)達(dá)，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(qiáng)度的坯殼更薄，坯殼高溫力學(xué)強(qiáng)度相對(duì)較低。通過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)

14、現(xiàn)澆鑄過(guò)熱度差 別10C，對(duì)應(yīng)的深中間裂紋級(jí)別平均相差0.5級(jí)。澆鑄溫度過(guò)高，拉速較低，導(dǎo)致鑄機(jī)精度嚴(yán)重惡化（軸承損壞嚴(yán)重，夾輾彎曲），間接導(dǎo)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(duì)鑄坯的坯殼厚度、凝固末端位置、凝固組織的構(gòu)成有極大的影響。拉 速變化將引起二冷水的變化，同時(shí)也將引起凝固末端位置的變化，從而導(dǎo)致鑄坯凝固時(shí)廣生搭橋 現(xiàn)象。拉速太高還將使坯殼經(jīng)過(guò)異常輾處的形變速率增加，這些因素很易導(dǎo)致內(nèi)部裂紋的形成。 太低的拉速會(huì)導(dǎo)致坯溫過(guò)低而破壞鑄機(jī)精度。2.3.7 鋼中S含量的影響從低倍樣分析的結(jié)果和鋼中S的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)看：隨著鋼中S含量的增加，鑄坯中間裂紋級(jí)別呈現(xiàn)明顯增加的趨勢(shì)

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(shí)是相符的。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明鋼中S含量對(duì)鑄坯內(nèi)部裂紋產(chǎn)生的影響最大（見(jiàn)圖2） o當(dāng)鋼中w（S）0.020%時(shí)，鑄坯的低倍檢驗(yàn)內(nèi)部質(zhì)量較好，深中間裂紋等級(jí)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(yīng)關(guān)羸 'j2.3.8 對(duì)深中間裂紋采取的措施及效果針對(duì)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(duì)滿(mǎn)意的效果。（1）采用低倍硫印和輾縫儀相結(jié)合，及時(shí)準(zhǔn)確指導(dǎo)鑄機(jī)的檢修，確保扇形段開(kāi)口度、弧度及支 撐輾動(dòng)態(tài)狀況符合要求。（2

16、）驅(qū)動(dòng)輾壓力控制在 4.2MPa內(nèi)。(3) 加強(qiáng)生產(chǎn)調(diào)度的協(xié)調(diào)，優(yōu)化溫度制度，控制鋼水過(guò)熱度在(20 士 5)C,這也為穩(wěn)定鑄機(jī)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(jìn)行預(yù)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(guān)后的效果見(jiàn)表5。表5鑄坯低倍檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)對(duì)比w(S)/%皮下中間裂紋級(jí)別深中間裂紋級(jí)別< 0.020無(wú)0.33> 0.0200.20.75表5共取低倍試樣 53塊，級(jí)別為平均值，鋼中的 w(S)>0.020 %的共2塊。和表1對(duì)比，可以 看出，這兩種中間裂紋都得到有效的控制，攻關(guān)取得比較滿(mǎn)意的效果。3結(jié)語(yǔ)(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(duì)鐵水 進(jìn)行脫硫處理，強(qiáng)化轉(zhuǎn)爐冶煉和出鋼過(guò)程加頂渣處理，盡