唐鋼FTSC工藝連鑄薄板坯內(nèi)部裂紋的分析

1、唐鋼FTSC工藝連鑄薄板坯內(nèi)部裂紋的分析    第32卷第1期河北理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) Vol132No112010年2月Journa l of Hebe i Polytechn ic Un iversity (Natural Science Edition) Feb. 2010文章編號(hào): 167420262 (2010) 0120010206唐鋼FTSC工藝連鑄薄板坯內(nèi)部裂紋的分析王碩明,孟秀梅(河北理工大學(xué)冶金與能源學(xué)院,河北唐山063009)關(guān)鍵詞:薄板坯連鑄;內(nèi)部裂紋;孔洞缺陷摘要:結(jié)合FTSC薄板坯連鑄工藝,最終找到造成孔洞缺陷的原因并對(duì)

2、連鑄薄板坯的內(nèi)部裂紋形貌、形成原因、工藝條件的影響進(jìn)行深入研究,這對(duì)于控制連鑄工藝過程、采取必要的技術(shù)措施、提高薄板坯質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本以及擴(kuò)大產(chǎn)品品種都有重要的意義。中圖分類號(hào): TF 77711文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A唐鋼集團(tuán)公司引進(jìn)了意大利達(dá)涅利公司開發(fā)的薄板坯連鑄連軋工藝技術(shù)。唐鋼1810線薄板坯連鑄生產(chǎn)線采用FTSC工藝,以薄規(guī)格為主。該生產(chǎn)線的產(chǎn)品定位于供冷軋用的熱軋低碳板卷和用于不同行業(yè)的品種鋼。中碳SS400鋼為該生產(chǎn)線的主要產(chǎn)品,同時(shí)生產(chǎn)有一定難度的和附加值較高的品種鋼。FTSC薄板坯連鑄工藝流程為:高爐鎂粒鐵水預(yù)脫硫LD轉(zhuǎn)爐LF精煉FTSC薄板坯連鑄機(jī)輥底式均熱爐2R + 5F連軋

3、機(jī)組層流冷卻卷曲機(jī)。該連鑄工藝主要特點(diǎn)有:1)薄板壞連鑄采用H2 結(jié)晶器,鑄坯厚度為72 /92 mm,并可以實(shí)行厚度間的靈活轉(zhuǎn)換;2)二次冷卻采用拉速連鎖模言之式,冷卻均勻,并可以根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)節(jié)水量;3)連鑄機(jī)扇形段采用動(dòng)態(tài)軟壓下技術(shù),大大提高鑄坯的質(zhì)量;4)結(jié)晶器采用數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)(MBDS) ,使結(jié)晶器透明化,可以降低生產(chǎn)事故率,鑄坯質(zhì)量好,尤其是可大大減少鑄坯表面縱裂問題;2008年3月份、4月份唐鋼第一鋼軋廠1810線FTSC工藝連鑄薄板坯連鑄機(jī)生產(chǎn)出來的鑄坯在軋制減薄過程中出現(xiàn)了批量軋制孔洞缺陷,由于該種缺陷首次出現(xiàn),其他生產(chǎn)廠家也沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)可以借鑒。為了解決軋制孔洞

4、缺陷問題,唐鋼技術(shù)中心決定成立課題組通過集中的試驗(yàn)研究找出該類缺陷產(chǎn)生的原因,進(jìn)而通過技術(shù)攻關(guān)和工藝改進(jìn)提出控制措施,從而提高熱軋板帶的成材率和質(zhì)量。1實(shí)驗(yàn)方法1)在鑄坯上有孔洞缺陷的位置取樣,采用金相顯微鏡及掃描電鏡觀察裂紋特征,根據(jù)裂紋斷口形貌及成分、金相組織、脫碳層及氧化層的特點(diǎn),分析裂紋形成原因。2)根據(jù)裂紋形成原因分析,對(duì)薄板坯連鑄機(jī)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,主要調(diào)整二冷區(qū)、液芯壓下等參數(shù),對(duì)比不同工藝條件下的連鑄坯內(nèi)部缺陷。3)通過不同工藝條件下鑄坯缺陷對(duì)比,結(jié)合能譜分析,最終確定內(nèi)部缺陷產(chǎn)生的原因,從根本上消除FTSC薄板坯內(nèi)部缺陷,并據(jù)此優(yōu)化FTSC薄板坯連鑄機(jī)工藝參數(shù)。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分

5、析211熱軋板缺陷金相及掃描電鏡分析針對(duì)SS400熱軋板出現(xiàn)的軋制孔洞現(xiàn)象,在出現(xiàn)孔洞的熱軋板32531A10上取有代表性的試樣,在實(shí)收稿日期: 2009207215© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 驗(yàn)室開展如下分析:1)試樣切取:把出現(xiàn)孔洞的熱軋板放在線切割機(jī)上切取試樣,試樣及缺陷形貌如圖1所示。圖132531A10板材缺陷形貌由圖1可知,板材缺陷處孔洞較大,沿軋制方向長(zhǎng)約3 cm,寬約2 cm,邊緣不光滑,完全軋透。2)試樣加工:為了進(jìn)一步分析孔

6、洞缺陷形成原因,在板材上切取1號(hào), 2號(hào), 3號(hào), 4號(hào)四塊試樣,把每個(gè)小試樣在150號(hào)、200號(hào)、500號(hào)、800號(hào)砂紙上磨制,并拋光,并在金相顯微鏡及掃描電鏡下分析研究。3)金相顯微鏡分析:把4個(gè)小試樣放在高倍顯微鏡下觀察斷口形貌,金相組織、脫碳層及氧化層的特點(diǎn),借以輔助推斷缺陷形成原因。把這4塊試樣放在金相顯微鏡下觀察其形貌,具有代表性的1、3號(hào)試樣缺陷形貌如圖2、3所示。第1期王碩明,等:唐鋼FTSC工藝連鑄薄板坯內(nèi)部裂紋的分析11© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All right

7、s reserved. 由圖2、3可知,孔洞邊緣沒有出現(xiàn)明顯的脫碳層及氧化層,這說明孔洞在軋制前(包括鑄坯及加熱爐中的加熱狀態(tài)中)沒有和氧氣接觸而被脫碳氧化。導(dǎo)致這種缺陷有兩種可能:一是大顆粒夾雜物引發(fā)的裂紋缺陷,在軋制中擴(kuò)展,最終導(dǎo)致熱軋板孔洞,二是鑄坯內(nèi)部(有缺陷,但在內(nèi)部沒被氧化)在軋制過程中逐漸顯露,而最終導(dǎo)致孔洞的出現(xiàn)。4)掃描電鏡及能譜分析:在掃描電鏡下觀察缺陷形貌,并進(jìn)行能譜分析,進(jìn)而確定缺陷產(chǎn)生的原因。電鏡下觀察試樣1號(hào)、2號(hào)的缺陷形貌及能譜分析如圖4、5,表1、2所示。圖41號(hào)試樣缺陷形貌及能譜圖表11號(hào)試樣缺陷處能譜成分表成分Na A Si S C K Ca Fe含量114

8、2 4136 1137 0169 0188 0133 0149 90147圖52號(hào)試樣缺陷形貌及能譜圖表22號(hào)試樣缺陷處能譜成分表成分Na Al Si S Cl K含量9175 7116 7100 60122 9187 610112 河北理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) 第32卷© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 從上述結(jié)果分析可知:1) 在掃鏡電鏡下,我們?cè)谠嚇尤毕葸吘壧庍M(jìn)行了細(xì)致觀察,沒有發(fā)現(xiàn)尺寸較大的( > 20m)非金屬夾雜物,這就排除了由于大

9、顆粒夾雜物引發(fā)軋制孔洞的可能。2)在孔洞周圍的基體內(nèi),找到一些夾雜物,這些夾雜物大部分是氧化鋁夾雜,為脫氧產(chǎn)物,且尺寸較小(25m左右) ,個(gè)別夾雜物含Si, Ti等,均為尺寸較小的脫氧產(chǎn)物。3) 經(jīng)掃描電鏡分析基本上排除了由于鋼液卷渣,水口熔損等原因?qū)е碌膴A渣引發(fā)的孔洞缺陷,應(yīng)從鑄坯內(nèi)部缺陷上找原因。論文發(fā)表 212鑄坯缺陷金相及掃描電鏡分析為了從根本上確定孔洞缺陷成因,從鑄坯金相結(jié)構(gòu)分析入手,清查鑄坯缺陷,并切取如圖6所示的一塊試樣。圖6鑄坯試樣形貌1)鑄坯加工處理與分析取到鑄坯試樣后,將試樣表面車平,然后用鹽酸與水配比為1: 1的溶液對(duì)試樣表面進(jìn)行酸洗,酸洗時(shí)用電爐將試樣加熱至60度,時(shí)

10、間約為半小時(shí)。酸洗后試樣側(cè)面如圖7所示。圖7鑄坯側(cè)面圖從圖7中可看到該鑄坯柱狀枝晶發(fā)達(dá),在鑄坯厚度的1 /4與3 /4處出現(xiàn)了許多的中間裂紋及疏松,并沿鑄坯的拉坯方向上大量出現(xiàn),鑄坯內(nèi)部質(zhì)量極差。2)鑄坯金相組織分析為進(jìn)一步分析鑄坯缺陷,切取鑄坯缺陷部分,應(yīng)用金相顯微鏡和掃描電鏡等檢測(cè)手段對(duì)試樣進(jìn)行分析,分析結(jié)果如下。1)金相顯微鏡觀察試樣形貌如圖8所示。第1期王碩明,等:唐鋼FTSC工藝連鑄薄板坯內(nèi)部裂紋的分析13© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

11、圖8鑄坯試樣金相圖2)在掃描電鏡下觀察鑄坯其形貌及能譜分析如圖9、表3所示。圖9鑄坯試樣形貌及能譜分析表3鑄坯試樣能譜成分表成分Na Mg Al Si P S K Ca Cr Mn Fe含量2151 0179 3193 1166 0122 2104 0116 0179 0118 0134 87137從上述結(jié)果分析可知:1)熱軋板及鑄坯出現(xiàn)軋制孔洞的根本原因是鑄坯出現(xiàn)了嚴(yán)重的內(nèi)部缺陷,即中間裂紋。2)中間裂紋在內(nèi)弧側(cè)和外弧外均有出現(xiàn),如果在鑄坯厚度方向上內(nèi)、外弧側(cè)的中間裂紋重合,軋制時(shí)很難焊合,并在軋制過程中急冷層金屬流動(dòng)后出現(xiàn)孔洞。如果在鑄坯厚度方向上內(nèi)、外弧側(cè)的中間裂紋不重合,隨著軋制過程中

12、急冷層金屬流動(dòng)后,內(nèi)弧側(cè)(或外弧側(cè))軋漏而出現(xiàn)     翹皮。3)裂紋缺陷處基體以Fe為主,且S,Al等元素含量稍高,這說明裂紋處偏析嚴(yán)重,最后凝固的鋼液中S元素呈正偏析。4)中間裂紋內(nèi)部有一些小顆粒夾雜物,這是鋼液在凝固過程中夾雜物未來得及去除而殘留在鋼液中,14 河北理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版) 第32卷© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 并最終在中間裂紋處富集。3控制措施311控制理論分析1)中間裂紋位于鑄坯

13、表面和中心之間的某一位置上,原因主要是:(1)由于鑄坯凝固過程中不合適的二次冷卻造成坯殼鼓肚,在凝固前沿受到張應(yīng)力作用,在固液交界面出現(xiàn)裂紋,并沿柱狀晶薄弱處繼續(xù)擴(kuò)展直到坯殼高溫強(qiáng)度能抵抗應(yīng)力為止。(2)扇形段對(duì)中不好、輥?zhàn)幼冃蔚仍O(shè)備因素加劇了中間裂紋的形成。(3)不合適的軟壓下控制模式和較大的壓下量使坯殼受到的應(yīng)力增大,加重了鑄坯本身的中間裂紋。2)由實(shí)驗(yàn)及研究的結(jié)果分析,對(duì)于鑄坯中間裂紋缺陷,提出如下控制措施:(1)將壓下終點(diǎn)向前提,以消除固相軋制,減少拉坯阻力,減輕鑄坯內(nèi)部缺陷;(2)減小扇形0段的壓下量,將減小的壓下量分配到其它扇形段中,以減輕或消除鑄坯枝晶間裂紋的產(chǎn)生,并將鑄坯枝晶間

14、的裂紋向中心移動(dòng),以提高鑄坯表面無裂紋區(qū)厚度,如大于1520 mm以上,避免板卷孔洞缺陷的發(fā)生。 期刊發(fā)表312連鑄機(jī)工藝參數(shù)調(diào)整1)通過調(diào)整拉坯速度對(duì)鑄坯進(jìn)行取樣分析并結(jié)合澆注過程中的實(shí)際數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),軋制孔洞缺陷在連鑄拉速415時(shí)出現(xiàn)較多,于是取310315 m /min、315410 m /min、410415 m /min、415510 m /min不同拉速范圍內(nèi)的鑄坯試樣進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),當(dāng)拉速超過415 m /min,板坯內(nèi)部缺陷變的非常嚴(yán)重,而澆注工況為4段結(jié)束的靜態(tài)液芯壓下,說明4段結(jié)束的靜態(tài)液芯壓下與415 m /min以上拉速不匹配。2)通過調(diào)整液芯壓下參數(shù),使用動(dòng)態(tài)液芯壓下,

15、并取拉速超過415 m /min鑄坯試樣,分別通過靜態(tài)液芯壓下和動(dòng)態(tài)液芯壓下鑄坯低倍試樣對(duì)比分析發(fā)現(xiàn),使用動(dòng)態(tài)液芯壓下鑄坯內(nèi)部缺陷有所減輕,但使用動(dòng)態(tài)液芯壓下過程中仍出現(xiàn)了比較多的軋制孔洞現(xiàn)象。3)由于中間裂紋缺陷發(fā)生在距鑄坯表面1015 mm左右,該厚度約為出結(jié)晶器的坯殼厚度,所以判定該缺陷大概發(fā)生在扇形0段,因此圍繞0段開展研究,調(diào)整0段水量,將0段水量調(diào)整到最大,然后將0段水量下調(diào)20%,對(duì)比這兩個(gè)工況條件下的鑄坯內(nèi)部質(zhì)量情況。通過調(diào)整0段水量對(duì)比發(fā)現(xiàn), 0段水量上調(diào)至100% ,鑄坯內(nèi)部缺陷有加重趨勢(shì),而0段水量下調(diào)20%,鑄坯內(nèi)部缺陷更加嚴(yán)重,說明0段對(duì)中存在問題,水量下降后鑄坯產(chǎn)生

16、鼓肚,再加上液芯壓下的作用,鑄坯產(chǎn)生了更嚴(yán)重的內(nèi)裂。而水量下降后結(jié)晶器液面產(chǎn)生比較大的波動(dòng),也能說明0段對(duì)中存在問題。4)通過拉坯速度、液芯壓下、0段水量參數(shù)調(diào)整發(fā)現(xiàn),由于0段對(duì)中存在問題導(dǎo)致鑄坯出現(xiàn)中間裂紋。當(dāng)拉速超過415 m /min時(shí),鑄坯的鼓肚傾向加重,在扇形段壓下的雙重作用下,使鑄坯產(chǎn)生比較嚴(yán)重的內(nèi)裂。正因?yàn)?段對(duì)中存在問題使整個(gè)二冷配水無法下調(diào),因此4段結(jié)束無論采用靜態(tài)液芯壓下還是采用動(dòng)態(tài)液芯壓下,壓下終點(diǎn)的鑄坯固相率都超出了合適范圍,造成鑄坯內(nèi)裂進(jìn)一步加重。為了減輕鑄坯內(nèi)部中間裂紋,只能將壓下終點(diǎn)往前提,并減少0段壓下量。因此對(duì)液芯壓下參數(shù)做了進(jìn)一步調(diào)整,將壓下終點(diǎn)提前到2段并

17、最終提前到3段。調(diào)整新的液芯壓下參數(shù)后,鑄坯質(zhì)量有了明顯改善,鑄坯內(nèi)部中間裂紋明顯減輕,軋制孔洞缺陷明顯減少。4結(jié)論通過以上取樣分析和控制理論及參數(shù)調(diào)整可知,1)通過制訂合適的研究方法,取出現(xiàn)孔洞缺陷的試樣進(jìn)行金相、酸洗和能譜分析,研究結(jié)果表明,發(fā)現(xiàn)板帶出現(xiàn)孔洞缺陷的根本原因是鑄坯出現(xiàn)了嚴(yán)重的內(nèi)部缺陷中間裂紋。2)通過增加二冷水量和優(yōu)化扇形段的各段壓下量后,優(yōu)化和改善了二次冷卻制度和扇形段壓下制度,使鑄坯的中間裂紋得到了有效控制,板卷軋制孔洞缺陷基本得以控制,鑄坯內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)也得到了很大的改善,鑄坯內(nèi)部的中間裂紋缺陷明顯減輕,大大提高了鑄坯質(zhì)量。(下轉(zhuǎn)第19頁)第1期王碩明,等:唐鋼FTSC工

18、藝連鑄薄板坯內(nèi)部裂紋的分析15© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. Research Progress of RefractoryM eta l Toughen ingM eta l S ilic idesGU I Yong2liang, SONG Chun2yan, HU B in2sheng( School ofMetallurgy and Energy, Hebei Polytechnic University, Tangshan Hebei 06

19、3009, China)Key words: refractory metal;metal silicide; toughnessAbstract:Characterized with the high melting2point, high elastic modulus, excellent combination of ductility andtoughness, high elevated2temperature strength and low thermal expansion coefficient etc1Refractory metals are aclass of ide

20、almaterial of increasing the toughness at room2temperature and high2temperature strength of metal sili2cides1 In this paper, the app lication and research p rogress of two refractorymetals,Mo and Nb, tougheningmetal sil2icideswere introduced in particular1(上接第15頁)Study of Tanggangs FTSC Ca sting andIn ter ior Cracks of Th in SlabWANG Shuo2ming,MENG Xiu2mei(College ofMetallurgy and Energy, Hebei Polytechnic University, Tangshan Hebei 063009, China)Key words: continuous casting; i