含硼中碳钢铸坯角部横裂纹影响因素分析.docx

含硼中碳钢铸坯角部横裂纹影响因素分析彭其春，童志博，于学森，周春泉，杨秀枝，刘文华(武汉科技大学钢铁冶金与资源利用省部共建教育部重点实验室，湖北武汉；湖南华菱涟源钢铁有限公司，湖南娄底)摘 要：基于含硼中碳钢的生产实践，分析了钢水成分、钢中硼含量、振动曲线、结晶器水量、二冷制度与对弧、辊缝精度等对铸坯角部裂纹的影响，并提出了相应的控制措施，如控制钢水()、()()>；()()>；结晶器振动冲程减小，并提高振频使负滑脱时间降低左右；结晶器宽面和窄面水量稳定在和，并采用弱冷冷却曲线、降低二冷水总水量，同时减少铸坯边部水量以提高边部温度；定期进行辊缝仪测试，加强检修力度和与时更换不良辊列，使其精度控制在合理范围内等，这些措施有效地改善了铸坯角部裂纹，使其降级比率和质量异议均低于当月该厂生产的钢。关 键 词：硼微合金化；中碳钢；角部横裂；质量我国硼资源丰富，而钢中添加微量的硼元素便能替代部分贵重元素，获得优良的机械性能。而硼会促进连铸板坯角部裂纹的形成，特别是在中碳钢中，很低的硼含量便会形成铸坯角部裂纹。目前，国内外针对含硼中碳钢存在的铸坯角部横裂纹，大都采用铸坯边部修磨方法来消除，该方法不但降低了铸坯合格率，而且影响生产的顺行。湖南华菱涟源钢铁有限公司(以下简称“涟钢”)生产钢铸坯角部横裂纹严重，需对铸坯角部进行切角、修磨，这不仅给公司带来巨大的经济损失，而且影响了生产。针对该厂角部裂纹的产生原因进行了分析，并提出了相应的解决措施。 含硼中碳钢生产主要参数涟钢生产含硼中碳钢的工艺流程：氩站。铸机主要设备参数见表。钢的化学成分见表。 角部裂纹影响因素分析由于角部裂纹的产生与钢水成分、铸机参数设定与状态相关，故通过对年月现场数据进行跟踪分析，以探究该厂生产含硼中碳钢角部裂纹的影响因素，其中成分分析为光谱数据。 成分分析 碳含量该厂生产的含硼中碳钢中的()基本控制在，大部分在以上，故认为包晶反应不是角部裂纹产生的主要原因。 硫与锰硫比钢中硫含量高，形成的(熔点)在凝固过程中以液态聚集在晶界之间，诱发晶间裂纹；而锰硫比大于一定值时，硫与锰生成熔点较高的(熔点)，可大大改善此种情况，由文献得到的有关钢中临界()()的经验方程为：()()() ()涟钢钢目标成分中()，但实际生产时钢中硫含量波动较大，且部分炉次硫含量超过目标值。以()按式()计算得到生产钢时最低临界()()为，因此，为了避免连铸坯因钢中的硫偏析和低熔点硫化物而塑性降低，应尽量降低硫含量，并使钢中()()>。实际生产时，钢中()()<的比例占，锰硫比控制水平偏低。这是因为该钢为避免包晶反应将碳含量控制在较高水平，而为了保证力学性能，在碳含量高的同时，将钢中的()(目标)控制在下限，基本低于，故建议稳定钢中硫含量在较低值，提高锰硫比。 氮含量钢中的硼优先于铝和氮在晶界沉淀生成，在晶界上颗粒间空隙十分细小的有效地锁住晶界，阻碍原生晶界滑脱引起晶粒间断裂，从而降低了钢的热塑性，故含硼中碳钢脆性区间深而宽，容易导致角部裂纹的产生，由此推知控制钢中氮含量能有效的降低铸坯的角部裂纹。涟钢铸坯()，波动较大，这将会导致晶界沉淀的等氮化物形成不稳定，从而使铸坯热塑性不稳定，造成角部裂纹控制不稳定。 ()·()铝对表面角横裂的影响主要表现在铝和钢水中的氮结合形成，在第脆性区由于发生了相变以与晶界上有质点沉淀，增加了钢的脆性，使钢的延展性达到最低点，加剧了裂纹的形成和扩展。涟钢钢中()·()主要分布在()×，在晶界析出形成脆化相的可能性较小，即对裂纹的影响较小。 ()()钢中的铝与水口堵塞关系很大，影响结晶器内钢液流场分布的稳定性，从而影响凝固坯壳的均匀性，增大了裂纹的发生倾向。如图所示，钢的()()基本控制在，为了保证水口的流畅与凝固坯壳的均匀性，生产实践证明，钢水中()()>；，脱氧产物主要为和，水口基本不堵塞。该厂生产钢精炼工序也规定钢水()()为。而实际()()<的占。 硼对保护渣影响分析钢水中的硼若被氧化成而进入保护渣中，对保护渣的性能会有影响。保护渣中平均每增加质量分数的，黏度降低·，结晶温度下降，如图所示，而黏度的突变不仅影响生产而且不利于铸坯质量控制。表是测定的原渣样的化学成分。为研究硼对保护渣的影响，在钢连铸生产停浇时，取保护渣的凝固液渣层，并将凝固液渣碾碎测定其含硼量。测定渣中()为，而该浇次钢水化学成分如表所示。从试验结果可知，浇铸含硼钢时，在结晶器钢一渣界面，钢中硼会被氧化成而进入保护渣。但由于钢中硼含量较低、保护浇铸的作用以与在钢渣间存在分配比等原因，钢中硼被氧化成进入保护渣的量较少。由图推算质量分数的进入保护渣时黏度降低约·，结晶温度降低约，可见，少量的对保护渣的影响并不明显。为验证以上分析硼对保护渣性能的影响，分别对原渣样和液渣样测其黏度，测得时原渣样和液渣样黏度分别为和·，从实验结果可以看出，硼对保护渣的影响并不大，故冶炼含硼中碳钢并不需要专门的保护渣。 结晶器振动分析该厂号连铸机计算振动的工艺参数如表所示。可见，负滑脱时间偏高，约。而随着负滑脱时间的提高，振痕加深，导致角部裂纹发生率增加，故建议减小结晶器振动冲程，增大频率，以降低负滑脱时间。 结晶器水量分析研究表明在其它工艺条件基本相同的条件下，结晶器冷却制度对铸坯角部横裂纹缺陷有较大影响，攀钢采用较弱强度的结晶器冷却制度减缓结晶器传热，从而改善结晶器区域铸坯冷却的均匀性，降低了角部裂纹。该厂号连铸机宽、窄面冷却水量分为、。为了避免结晶器弱冷导致坯壳过小而拉漏，利用有限元编程来模拟结晶器内温度场的变化，对结晶器宽、窄面冷却水量按、和进行模拟，得到结晶器内铸坯坯壳厚度随有效高度的变化情况(图)。可知，结晶器宽、窄面水量为：、时，坯壳厚度大于，故可认为结晶器宽、窄面冷却水量大于、时，在理论上铸坯出结晶器坯壳厚度均能达到要求。但实际生产调节发现，结晶器宽、窄面却水量由、下降到、时，铸坯角裂得到了明显的改善，而结晶器宽、窄面冷却水量降到、和、时，角裂严重性均有不同程度的提升，这是因为结晶器冷却水量过小，在结晶器内形成的坯壳厚度变薄，出结晶器的坯壳强度降低，在振动、钢水静压力和铸坯自重的作用下，易使坯壳产生表面横裂纹，而结晶器角部冷却水缝的不均匀，会导致铸坯角部坯壳的厚度和强度不均，从而在铸坯角部，坯壳较薄弱部位产生角部裂纹。 二次冷却分析由于硼的碳氮化物析出会导致钢的第三脆性区加大加深，同时向高温端移动。该厂表面温度设定为，但铸坯的实际温度如表所示，其中连铸、段为铸机矫直区，由表可知铸坯表面温度横向梯度大，角部温度明显小于铸坯处，处于铸坯第三脆性区间内，研究表明在此区间振痕波谷处极易产生微裂纹，发展成角部裂纹。 对弧精度对弧精度对铸坯质量有很重要的影响，如果对弧差，铸坯通过该处会承受额外的机械应力，有可能造成铸坯边角裂纹和内部裂纹等质量缺陷，严重的甚至会导致漏钢。一般情况下，辊子错位量不大于。从现场得到的数据可知号铸机辊列对弧精度较差，各导辊之间对弧偏差难以完全控制±以内。在段与段之间与段内的辊列之间对弧存在较大偏差，对铸坯质量与设备使用都会造成伤害。 辊缝精度辊缝精度即开口度，开口度对铸坯质量也有重要影响，过大或过小都会使得铸坯通过扇形段时承受额外的机械应力，从而引起铸坯表面质量缺陷。一般要求开口度测量误差为±。开口度的变化会导致铸坯得不到支撑而鼓肚，或者铸坯与辊子接触太紧密而增加拉坯阻力，铸坯表面也要承受更大的应力，这都会加剧裂纹的产生。涟钢号机辊缝偏差较大，最大偏差可达，在不同段都有出现。 相应措施针对以上铸坯角部裂纹影响因素分析，提出如下相应解决措施，并进行工业生产试验，铸坯角部裂纹有较大改善，其降等比率和质量异议均低于该厂当月生产水平。)稳定铸坯硫含量与氮含量在较低值，使钢钢水()。)提高钢水()()，使钢中()()应不小于。)严格控制钢水中()()实际值，使钢水中()()>。)冲程减小，提高振频使负滑脱时间降低了约为，经计算振痕间距减小了左右。)结晶器宽、窄面水量稳定在和，并采用弱冷冷却曲线、降低二冷水总水量，同时减少铸坯边部水量以提高边部温度。)定期进行辊缝测试，加强检修力度和与时更换不良辊列，使其精度控制在合理范围。 结语铸坯角部裂纹的产生是多种因素综合作用的结果。由分析可知，涟钢号连铸机角部裂纹的主要原因是氮、硫含量控制不稳定、振动曲线设置、二冷水量与分布不合理，对弧、辊缝精度较差造成的。因此，通过相应措施，铸坯角部裂纹的发生率得到明显好转。另外，该厂通过调整钢中成分，加入一定量的钛元素以控制氮元素，并提高铸坯强度对铸坯角部裂纹的控制起到良好的效果。参 考 文 献: 徐明利，王曙光小方坯角部纵裂纹分析与控制炼钢，()：； 王雅贞新编连续铸钢工艺与设备北京：冶金工业出版社， 崔鹏高，王克玉，梁世勇，等方坯表面角部横裂纹成因分析与解决措施钢铁研究，：()：， 贺道中含铝钢水的钙处理钢铁研究，()： 职建军钙处理对连铸钢浇铸性能的影响钢铁研究，()： 魏军，严安国，田志红，等低碳铝镇静钢水可浇性控制北京科技大学学报，()： 王艺慈，郭俊玉，董方，等对低氟结晶器保护渣理化性能的影响特殊钢，()： 张林涛，邓安远，王恩刚，等连铸坯表面振痕的形成与影响因素炼钢，()： 陈永，杨素波，朱苗勇攀钢低合金钢板坯角横裂缺陷的控制技术钢铁钒钛，()： 焦国华，吴光亮，孙彦辉，等热轧板卷边部裂纹成因与控制钢铁，()：