连铸板坯中间裂纹产生原因的分析

第１４卷第１期　辽宁科技学院学报　Ｖｏ１．１４　Ｎｏ．１　２０１２年３月　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＬＩＡＯＮＩＮＧ　ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ　ＯＦ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｍａｒ．　２０１２　文章编号：１００８—３７２３（２０１２）０１—００１７—０３　连铸板坯中间裂纹产生原因的分析　周嘉琦　（本钢质量处炼钢检验室，辽宁本溪１　１７０００）　摘要：针对本钢炼钢厂生产的连铸板坯产生的中间裂纹缺陷进行了统计分析，结果表明：钢中的化学成分（主要是ｃ、ｓ、　Ｍｎ）、钢水过热度、冷却条件和连铸相关设备等因素控制不当，导致中间裂纹缺陷的形成。提出了减少中间裂纹的工艺控制和　改进措施。　关键词：板坯；中间裂纹；工艺控制　中图分类号：ＴＧ２９　文献标识码：Ａ　连铸板坯的中间裂纹是影响铸坯质量的主要缺　陷之一，其产生的主要原因是由于连铸坯在凝固过　程中，在收缩热应力、弯曲、矫直或者辊子压下时所　造成的机械应力作用在铸坯内脆弱的凝固界面上导　致开裂。本钢炼钢厂生产的连铸板坯一直存在着中　间裂纹缺陷，严重时甚至伴有宏观裂纹产生。经统　计今年１～１０月份为例，中间裂纹的发生量就占总　检查量的３０．７％，其中裂纹级别超差（大于等于　Ｉ．０）的占４．５％，宏观中间裂纹占总超差量的　１５．１％。　１连铸设备简介　本钢炼钢厂现有２台大板坯连铸机，分别于　１９９８年和２０００年投产。这２台连铸机是从钢联引　进的，属于直弧型连铸机，它们采用了大容量中间　包、钢包下渣检测、中间包重量自动控制、结晶器液　位自动控制、结晶器在线调宽、结晶器漏钢预报、二　冷模型自动控制、连续弯曲连续矫直以及小辊径密　排辊等多项国际先进技术，其主要工艺参数见表１。　表１连铸机的工艺参数　参　数　指　标　铸机机型　直弧形、双机双流　设计年产量（２台）／万ｔ　３５０　浇铸断面／ｍｍ　２ｌｏ／，２３０　０　Ｘ　８００—１６ｏｏ　铸机冶金长度／ｍｍ　３ｌ５０ｏ　结晶器长度／ｍｍ　９ｏｏ　中间包形式　矩形中间包　中间包公称容量／ｔ　４５　收稿日期：２０１２—０１—１１　作者简介：周嘉琦（１９７３一），女，辽宁本溪人，本钢质量处炼　钢检验室工程师．　续表１　中间包钢液面高度／ｍｍ　１ｌｏｏ　拉速／ｍ・ｍｉｎ　１．０～１．９５　结晶器振频／Ｈｚ　５０～２５０　结晶器振幅／ｍｍ　６　流间距／ｍｍ　６Ｏ０ｏ　结晶器宽侧水量／Ｌ・ｍｉｎ　）ｏｏ～４１００　结晶器窄侧水量／Ｌ・ｒａｉｎ　６００～６５Ｏ　２　中间裂纹的形成因素分析及其控制措施　为了研究实际生产中连铸坯产生中间裂纹的原　因，采用现场连续跟踪方式，对产生连铸坯中间裂纹　发生的流次、炉次、操作、工艺等进行长时间连续跟　踪检查记录，通过检验发现本钢炼钢厂生产的连铸　板坯中间裂纹一般位于距坯壳３Ｏ一９０ｍｍ距窄边　１５０ｍｍ处。对相关的数据进行分析，研究表明钢中　成分和连铸工艺条件是形成中间裂纹的主要因素。　连铸坯硫印检验出的中间裂纹见图１。　图１连铸坯的中间裂纹　’　２．１钢中成分对中间裂纹形成的影响及控制措施　２．１．Ｉ钢中Ｃ对中间裂纹形成的影响及控制措施　本钢炼钢厂生产的钢种大部分属于低合金钢，　Ｃ含量在０．０６％一０．０４５％之间。尤其是Ｃ含量在　０．１４％～０．２１％之间的钢在凝固时伴随较大收缩，　裂纹敏感性强，这时作用于凝固前沿的应力超过钢　的高温允许强度，造成沿柱状晶或枝晶的晶界开裂。　１８　辽宁科技学院学报　第ｌ４卷　然后浓化钢液或者低熔点的化合物填充到这些开裂　的缝隙中去，形成中间裂纹…。经过对已出现的中　间裂纹缺陷进行统计发现，钢中Ｃ含量在０．１４％一　０．２１％间的中间裂纹发生率占５９．６％，且级别高伴　有宏观中间裂纹，Ｃ含量在０．ｏ４％一０．０６％间的中　间裂纹发生率占２６．２％，Ｃ含量在０．ｏ７％一０．１３％　间的中间裂纹发生率仅占７．８％，但对应级别低，基　本无宏观中间裂纹。故而在实际生产中，对于不同　Ｃ含量的钢种要选用相应的工艺参数，特别是Ｃ含　量在裂纹敏感区的钢种，在制定工艺参数时，如浇铸　温度、二次冷却水强度等要根据ｃ含量进行调整，　生产中严格控制工艺条件。　２．１．２　Ｓ和Ｍｎ／Ｓ对中间裂纹形成的影响及其控制　措施　ｓ是钢中裂纹敏感元素，钢中Ｓ含量高时，形成　的硫化物主要是ＦｅＳ（熔点为１１９０℃）在凝固过程　中以液态形式聚集于晶界间，使铸坯产生热脆现象，　成为形成中间裂纹的一个原因。图２为Ｓ含量与裂　纹敏感性关系图，由图可知随着Ｃ含量的增加，裂　纹发生率随之增加，当硫含量增加到０．０２１后，随着　Ｃ含量的增加，裂纹发生率不再增加。若要控制较　低的裂纹发生率，必须严格控制ｓ含量，尤其是要防　止过程增Ｓ。　ｆ－　’　，　广　．｜　　．．　０　０．００５　０．Ｏｌ　０．０１５　０．０２　０．０２５　０．０３　０．０３５　Ｓ　图２　Ｓ含量与裂纹发生率关系　钢中的Ｍｎ／Ｓ的大小影响着中间裂纹的形成，　表２为本钢生产的ＳＴ１２钢种Ｍｎ／Ｓ与裂纹级别关系。　表２　Ｍｎ／Ｓ与裂纹级别关系　炉号　钢种　级别　Ｃ　Ｍｎ　Ｐ　Ｓ　Ｍｎ／Ｓ　１Ｏ７９８　Ｓｎ２　１．Ｏ　０．０５　０．２５　０．０１２　０．０２１　１２　ｌ１１Ｏ９　ｓＴ１２　１．０　Ｏ．Ｏ６　Ｏ．２９　０．０１０　０．０１７　１７　２２５３９　ｓＴ１２　１．５　０．０５　０．３０　０．０１６　０．０２２　１４　３２６４２　ｎ２　１．Ｏ　０．０５　０．３Ｏ　Ｏ．Ｏｏ９　０．Ｏ２２　１４　２２５３９　ＳＴ１２　１．Ｏ　０．０５　０．３０　０．０１６　Ｏ．Ｏ２２　１４　２２ｆ饵５　ｎ２　１．Ｏ　Ｏ．ｏ５　Ｏ．２９　０．０１０　０．Ｏ２２　１３　３２９０７　ＳＴ１２　１．Ｏ　０．０５　０．２７　Ｏ．０１４　Ｏ．Ｏ２２　１２　续表２　３３８０５　ｎ２　１．Ｏ　Ｏ．ｏ５　０．２９　Ｏ．００８　０．Ｏ２２　１３　１６２４４　Ｓｎ２　１．５　０．Ｏ５　Ｏ．２８　０．０１２　Ｏ．Ｏ２６　１１　３６８１２　ＳＴｌ２　１．０　０．ｏ５　Ｏ．２６　０．０１３　Ｏ．Ｏ１４　１９　１６９１１　Ｓｎ２　１．０　０．０４　０．２９　０．０１０　０．Ｏ３ｌ　９　由表２可以看出，虽然该钢种的Ｃ含量在　０．ｏ４％～０．０６％之间，但是由于Ｍｎ／Ｓ小，所以使其　产生的中间裂纹虽然级别小，无宏观裂纹，但发生的　频率高，裂纹发生率占统计受检量的４．３％。故而　生产过程中应保证Ｍｎ／Ｓ≥２Ｏ为宜。　２．２工艺条件对中间裂纹形成的影响及其控制措　施　２．２．１　钢水过热度对中间裂纹形成的影响　钢水过热度增加，使结晶器中的钢水的对流运　动加大，对刚刚凝固的坯壳的冲刷加剧，且过热度越　大，冷却强度越大，热应力加大，晶间偏析加重，柱状　晶区越发达，等轴晶区相应减小。尤其是在坯壳内　距表面深３０～５０之间的凝固前沿产生的热应力加　大，形成的中间裂纹较重。实际生产中过热度不宜　过高，应根据不同钢种选择适宜的偏低过热度的浇　铸温度，促进等轴晶长大，抑制柱状晶发展，从而减　少中间裂纹形成的可能性。　２．２．２冷却条件对中间裂纹形成的影响　从出结晶器出来的部分凝固铸坯或被辊子导向　或在大断面情况下被辊子支撑，铸坯表面主要是通　过冷却水进行冷却，温度的变化会产生热应力，热应　力则是产生裂纹的重要因素之一。从检验连铸坯硫　印检验图来看，冷却水存在分布不均的问题，有可能　是由于冷却水嘴喷水不均，产生表面冷却不均，这种　温度的不均匀分布会使铸坯受到的热应力加大，也　是导致中间裂纹的产生。由于连铸坯在二冷区受到　的机械应力很大，因此中间裂纹总是产生在二冷区，　所以为防止和减少板坯中间裂纹的产生，要根据钢　种、拉坯速度等确定合理的二次冷却制度，尤其是在　浇注中高碳钢，冷却强度要相应降低，特别是要防止　温度回升。　２．３设备因素对中间裂纹形成的影响　通过对一年中生产的产生中间裂纹的凝固前沿　的位置进行硫印检验评级，经统计分析发现，连铸坯　中间裂纹产生位置大致在３５～９０ｍｍ深的位置，这　个位置主要是枝晶区以及枝晶区与等轴晶区交界　处，液态的低熔点的硫化物（主要是ＦｅＳ）填充在晶　问，且内弧明显多于外弧，基本是从零段的第６辊到　第１４卷第１期　辽宁科技学院学报　Ｖｏ１．１４　Ｎｏ．１　２０１２年３月　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＬＩＡＯＮＩＮＧ　ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ　ＯＦ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｍａｒ．　２０１２　第７段之间，这些都与硫的偏析有关。具体见图３。　裂纹颏率　４　２　Ｏ　８　６　４　２　０　２　／，’＼－　＿／，　＼　卜　／　＼　／　一　＼　／　．、、Ｉ　．　／　＼　杏／厂／　＼．—右一一＼　＼．　／　　．＿　３５（８１Ｉ）４０《Ｂ１　５ｌ　４５　ｒＩ一４）　５０＜ｉ一７）　５５（２－４）　６０（３—２）　Ｏ５（３－７）　７０（Ｉ－５　７５《５－３）８０（６・２）　８５（７－ｔ）　９０【７－＇６）　裂纹位置深度　ｌ　Ｅ　熟ｌ　图３裂纹频率与裂纹位置深度关系　由图３可以看出，内弧侧的裂纹发生频率与裂　力的作用，造成此处为中间裂纹的高发区，且内弧重　纹位置的关系存在两个波蜂。第一个波峰是从零段　于外弧。根据裂纹产生的位置离坯子表面的距离和　６辊到３段２辊之间，形成裂纹高发区，且裂纹级别　浇铸速度，借助平方根公式Ｌ＝Ｓ　×Ｖ／Ｋ　（ｓ—凝固　重，这主要是由于此时坯壳薄且处于弯曲段，这时钢　厚度，Ｖ一浇铸速度，１　凝固系数）　】，计算出发生　水对坯壳的静压力最大内弧侧凝固前沿受拉力，极　问题的支撑辊的大致位置，并对其进行检修或更换。　易产生中间裂纹，同时在０段和１段相接处，是第一　３　结论　个波峰的最高点，即裂纹发生率的最高点，可能是由　１）Ｃ含量在０．１４％一０．２１％之间的钢在凝固　于两段的开口度存在偏差，有待进一步研究。而在　时伴随较大收缩，裂纹敏感性强，产生中间裂纹几率　３段２辊后坯壳有了一定的厚度，热应力比较平衡，　较高；　因此内外弧裂纹产生的频率基本相同。第二个波峰　２）连铸板坯中间裂纹缺陷多产生于上位于距　是从４段６辊到７段６辊，这个区域是从弯曲段开　坯壳３０～９０ｒａｍ，距窄边１５０ｍｍ区域；　始走到矫直段，受到机械力，而此时冷却水对内外弧　３）合理的控制钢水过热度、冷却条件和连铸相　的冷却强度不同，在凝固前沿对坯壳内的热应力加　关设备能够减少中间裂纹缺陷的产生。　大，内弧受到强冷却，柱状晶发达，再加上矫直机械　参考文献　［１］冶金部教材编辑部．连铸原理（Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００７．　［２］史寰兴．实用连铸冶金技术［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００８．　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃａｕｓｅｓ　ｆｏｒ　Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ　Ｃｒａｃｋｓ　ｉｎ　Ｃａｓｔｉｎｇ　Ｓｌａｂｓ　ＺＨＯＵ　Ｊｉａ—ｑｉ　（Ｔｅｓｔ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＱｕａｌｉｔｙＳｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｂｅｎｘｉ　Ｓｔｅｅｌ，Ｂｅｎｘｉ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，１１７０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｍａｋｅｓ　ｓｍｔｉｓｆｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ　ｃｒａｃｋｓ　ｉｎ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｓｌａｂｓ．Ｉｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ，ｔｈｅｒｅ　ｓ．ｒｃ　ｉｎｃｏｒｒｅｃｔｌｙ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ（Ｃ，Ｓ，Ｍｎ），ｓｕｐｅｒｈｅａｔ，ｃｏｏｌｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｉｔｏｎ，ａｎｄ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ｓｕｇｇｅｓ—　ｔｉｏｎｓ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ　ｃｒａｃｋｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｓｌａｂ；Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ　ｃｒａｃｋ；Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ