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

2、面為(200、270)mm×(12002100)mm，定尺長(zhǎng)度為20003200mm，為中厚板廠提供坯料。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，致使中厚板廠使用200mm的坯料軋制厚規(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，也影響了濟(jì)鋼的產(chǎn)品

3、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，中間裂紋為2.0

4、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；其次為錳和硫，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10.58和6.58；其他有極少量的硅、鈣、鉻、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，硫和錳、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錳、氧化錳、硫化鈣和其他少量氧化物夾雜。由氧化鉻(來(lái)自鋼包引流劑)和氧化鈣以及二氧化硅的存在可以推斷，夾雜物部分來(lái)自卷

5、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200mm×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。非常明顯，w(S)>

6、;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)輥縫對(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0.020中冷靜態(tài)無(wú)0.020中冷靜態(tài)1.50.020中冷動(dòng)態(tài)無(wú)0.020中冷動(dòng)態(tài)1.60.020弱冷靜態(tài)0.50.020弱冷靜態(tài)1.80.020弱冷動(dòng)態(tài)0.60.020弱冷動(dòng)態(tài)2.02 中間裂紋的類(lèi)型及影響因素2.1 中間裂紋的類(lèi)型 為了便于分析和解決問(wèn)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

7、下中間裂紋指鑄坯內(nèi)、外弧表面深度1040mm的裂紋，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40mm以下，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，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

8、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)域支撐輥 這包括結(jié)晶器下部足輥及扇形段上部區(qū)域的支撐輥對(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)輥縫儀檢測(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 支撐輥偏差對(duì)皮下中間裂紋的影響影響因素偏差值/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)以輥縫儀的測(cè)量值為統(tǒng)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

9、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)

10、/%皮下中間裂紋0.010有0.011無(wú)0.016有0.025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)晶器足輥、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)域因支撐輥對(duì)中不良，開(kāi)口度不合適，輥?zhàn)觿?dòng)態(tài)不好，造成鑄坯承受機(jī)械應(yīng)力過(guò)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。 支撐輥偏差對(duì)深中間裂紋的影響見(jiàn)表4，從

11、表4和表2可以看出，深中間裂紋是在支撐輥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 支撐輥偏差對(duì)深中間裂紋的影響影響因素偏差值/深中間裂紋開(kāi)口度0.8無(wú)0.8有弧度1.2無(wú)1.2有 注：此表的數(shù)據(jù)以輥縫儀的測(cè)量值為統(tǒng)計(jì)依據(jù)。2.3.2 驅(qū)動(dòng)輥壓力對(duì)深中間裂紋的影響 拉矯輥過(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)入下一對(duì)正常輥時(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

12、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小或輥?zhàn)又g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)輥縫的

13、影響 通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)輥縫和靜態(tài)輥縫對(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)輥縫的效果更加明顯。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)現(xiàn)澆鑄過(guò)熱度差別10，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，夾輥彎曲)，間接導(dǎo)致鑄坯內(nèi)部裂紋的形成。2.3.6 拉速 拉

14、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)產(chǎn)生搭橋現(xiàn)象。拉速太高還將使坯殼經(jīng)過(guò)異常輥處的形變速率增加，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)，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)。當(dāng)鋼中w(S)0.020時(shí)，鑄坯的低倍

15、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。2.3.8 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)滿意的效果。 (1)采用低倍硫印和輥縫儀相結(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、弧度及支撐輥動(dòng)態(tài)狀況符合要求。 (2)驅(qū)動(dòng)輥壓力控制在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±5)，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)0.330.0200.20.75 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，盡可能降低鋼