中碳鋼中間裂紋產(chǎn)生機(jī)理與防控措施

1、中碳鋼中間裂紋產(chǎn)生機(jī)理與防控措施摘要：中碳鋼相對于亞包晶鋼碳含量有所提高，能夠有效避開鋼的包晶反應(yīng)敏 感區(qū)，降低了結(jié)晶器內(nèi)初生坯殼的體積收縮，坯殼與結(jié)晶器銅板的氣隙減少，提 高了結(jié)晶器的傳熱效率，初生坯殼厚度均勻，厚度增加，強(qiáng)度增加，有利于改善 鑄坯的表面質(zhì)量；中碳鋼也有利于減少軋制過程的橫折，提高成材率。但中碳鋼 的脆性會隨碳含量增加而增加，為保證鋼材強(qiáng)度性能不發(fā)生改變，鋼中的錳含量 會相對降低，造成鋼中錳硫比降低，鑄坯內(nèi)裂傾向增加。關(guān)鍵詞：包晶反應(yīng)；脆性；錳硫比；內(nèi)裂刖言：今年五月以來，公司技術(shù)中心為減少熱軋普板軋后橫折缺陷，提高熱軋成材 率，在不改變鋼材的機(jī)械性能前提下，決定在轉(zhuǎn)爐廠二區(qū)

2、板坯5#連鑄機(jī)實(shí)驗(yàn)生產(chǎn) 中碳鋼，板5鑄機(jī)主要參數(shù)：實(shí)驗(yàn)了 3個澆次，結(jié)果出現(xiàn)723.939噸軋后橫裂結(jié)疤缺陷，沒有在軋后工序 暴露存在質(zhì)量隱患的鋼卷交付到用戶手中，造成部分鋼材發(fā)生了質(zhì)量異議，給客 戶使用帶來不便，損害公司了品牌形象。圖1鋼卷平整后呈結(jié)疤橫裂缺陷通過對缺陷機(jī)體進(jìn)行檢測分析，發(fā)現(xiàn)機(jī)體存在大量的硫化物夾雜，尤以基體 與疤塊接觸部位最為嚴(yán)重，夾雜物處甚至可觀察沿其擴(kuò)展的裂紋，顯微夾雜級別 為A3s B0.5 C0 D0.5 DS0?；w與疤塊接觸部位未觀察到高溫氧化及脫碳現(xiàn)象，組 織為珠光體+鐵素體+內(nèi)含夾雜物的鐵素體帶，珠光體的量明顯偏多，基體內(nèi)部組 織為鐵素體+貝氏體。對同一批次

3、未經(jīng)軋制的鑄坯取縱向低倍樣，化驗(yàn)分析，鑄坯存在嚴(yán)重的中間 裂紋內(nèi)裂。圖2縱向低倍存在中間裂紋2.0級1、中間裂紋的形成機(jī)理中間裂紋在鋼的第I脆性區(qū)間產(chǎn)生，起源于凝固界面，屬于晶界裂紋。中間 裂紋形成機(jī)理主要是由于二冷區(qū)冷區(qū)不均勻，當(dāng)鑄坯經(jīng)過噴水段的強(qiáng)烈冷卻進(jìn)入 輻射冷卻區(qū)時，鑄坯中心熱量向外傳遞，使鑄坯坯殼表面反復(fù)回溫（溫度回升超 過100C/m），或者由于支撐輥對中不良（如開口度偏大、棍子變形等）時坯殼 鼓肚，在凝固前沿引起張力應(yīng)變，當(dāng)凝固前沿某一局部位置的張力應(yīng)變超過該處 的極限應(yīng)變值時，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、形成中間裂紋的影響因

4、素2.1C含量的影響對于碳鋼來說，含碳0.08%0.2%的碳素鋼，從鐵碳相圖上可見凝固過程會 發(fā)生包晶反應(yīng)并伴隨著6Ty組織轉(zhuǎn)變，包晶反應(yīng)促使在凝固點(diǎn)附近體積收縮率大， 極易由于收縮不均產(chǎn)生中間裂紋。所以含碳量在0.08%0.2%屬于鑄坯裂紋敏感 區(qū)，隨著鋼中碳含量不斷提高，鋼的脆性也在不斷提高，當(dāng)凝固坯殼受到應(yīng)力超 過極限強(qiáng)度時，即產(chǎn)生裂紋。圖5碳含量對強(qiáng)度、韌性的關(guān)系2.2S 含量的影響S是鋼中又一危害元素，S的增加使鋼的熱裂傾向增加，因而使中間裂紋增加， S在鋼中溶解度極小，與Fe形成FeS，F(xiàn)eS能與FeO形成低熔點(diǎn)（946C）熱脆性 共晶體，并在晶界析出，極易在晶界處發(fā)生裂紋，所以要

5、盡可能降低鋼中的S含 量。統(tǒng)計表明，S降低得越多，中間裂紋缺陷發(fā)生率越低。如圖6所示圖6鋼中的S含量對中間裂紋的影響2.3鋼中Mn/S比的對鑄坯中間裂紋的影響由于錳與硫的親和力大于鐵與硫的親和力，錳可與硫形成高熔點(diǎn)的MnS （熔 點(diǎn)1600C）取代低熔點(diǎn)的FeS（Fe和FeS的共晶熔化溫度為988C），降低FeS 在晶間析出的幾率，減少鋼材熱脆性，同時MnS能夠抑制晶粒長大及促進(jìn)晶內(nèi)鐵 素體的析出，并且錳能夠提高鋼的強(qiáng)度。鋼種提碳降錳后，硫含量不變，Mn/S 降低造成低熔點(diǎn)的FeS在晶間析出，鑄坯出現(xiàn)內(nèi)裂，熱軋軋制過程對裂紋反復(fù)拉 扯，裂紋擴(kuò)展到鑄坯表面，經(jīng)軋輥壓入鋼板表面后形成結(jié)疤缺陷。圖7

6、 Mn/S對表面縱裂的影響圖8 C含量和Mn/S比對裂紋的影響2.4二冷強(qiáng)度對鑄坯中間裂紋的影響鑄坯在扇形段內(nèi)二冷區(qū)的冷卻對鑄坯內(nèi)部的中間裂紋有顯著影響，二冷總水 量的大小和分布對鑄坯的凝固坯殼厚度、凝固組織的構(gòu)成及鑄坯高溫力學(xué)強(qiáng)度都 有影響。二冷水的均勻分配，可避免鑄坯在凝固過程的大幅回溫，有利于減少中 間裂紋的產(chǎn)生。有關(guān)文獻(xiàn)指出在一定范圍內(nèi)，適當(dāng)提高冷卻強(qiáng)度能減低鑄坯出現(xiàn) 裂紋的幾率，減少鑄坯中間裂紋長度和數(shù)量。2.5拉速對鑄坯內(nèi)裂的影響文獻(xiàn)顯示，在鋼種w（Mn）/w（S）均為20的情況下，快速冷卻條件下鋼中 S以FeS形式存在的比例高達(dá)29%，而慢冷條件下鋼中S以FeS形式存在的比例 僅

7、為7%，因此在采用自動配水條件下，降低拉坯速度也就是降低了冷卻速度， 可減少FeS的比例，從而減少了中間裂紋的發(fā)生。2.6鑄機(jī)的設(shè)備狀況（主要是扇形段的弧度、輥縫開口度）中間裂紋出現(xiàn)在扇形段內(nèi)，當(dāng)扇形段對弧不良或開口度偏差大時，凝固前沿 受到折疊應(yīng)力，當(dāng)凝固前沿某一局部位置的張力應(yīng)變超過該處的極限應(yīng)變值時， 固液交界面出現(xiàn)裂紋。生產(chǎn)時間表明當(dāng)鑄機(jī)對弧精度在0.5mm，鑄機(jī)輥縫偏差在 0.5mm以內(nèi)時，能夠有效減少鑄坯內(nèi)裂的產(chǎn)生。3、改進(jìn)措施1、冶煉采用爐后脫硫工藝，使用小顆?；疃却蟮氖?，將鋼水中的硫含量盡 量降低到0.015%以下。2、連鑄工序?qū)⒍浔人坑稍瓉淼?.77 L/kg提高到1.

8、09L/kg，增加二冷強(qiáng)度， 鑄機(jī)采用雙周定修模式，保證鑄機(jī)設(shè)備精度滿足生產(chǎn)質(zhì)量要求。3、（1） S20.025%時，鑄坯產(chǎn)出后連鑄車間通知精整車間封鎖，每爐任選1 塊鑄坯取一組酸洗樣和低倍樣；（2）S20.020%時，每爐任選1塊鑄坯取一組酸 洗樣和低倍樣。4、當(dāng)冶煉出站的最后一個樣S含量0.017%時，連鑄主控要通知澆鋼工按以 下要求控制速，0.17%S0.020%時，一區(qū)拉速：X區(qū)拉速： 1.15m/min； 0.21%S0.025%時，一區(qū)拉速：1.15m/min、二區(qū)拉速： 0.026%時，一區(qū)拉速：1.10m/min、二區(qū)拉速0.015%爐次，連鑄必須將起機(jī)、收尾爐、拉速V0.80m/min開始/結(jié)束時刻對應(yīng)的拉坯長度和鑄坯號記錄清楚，并傳遞鑄坯好給精整。6、精整工序負(fù)責(zé)后續(xù)鑄坯封鎖處置，如果鋼坯內(nèi)裂嚴(yán)重，即將鋼坯改中板軋 制。4、效果：通過進(jìn)行工藝改進(jìn)，中碳鋼軋后橫裂協(xié)議率由工藝調(diào)整前的5.44%，下降到 工藝調(diào)整后的0.13%，中碳鋼鑄坯中間裂紋問題得到解決。5、結(jié)語：熱軋普碳鋼提碳降錳后，將鋼中S含量降低到15個以下，Mn/S控制在20-30， 能夠有效抑制鑄坯內(nèi)裂產(chǎn)生，當(dāng)連鑄機(jī)二冷采用強(qiáng)冷