中厚板连铸坯表面角部横裂纹成因分析与预防措施
摘要 中厚板连铸坯表面角部横裂纹是一种常见的铸坯表面缺陷。本文结合宝钢罗泾二号连铸机铸坯实际生产情况和铸坯实物质量情况,初步分析了铸坯表面角部横裂纹成因,从铸机设备状态、钢种化学成份、工艺参数等几个方面提出了预防措施,指导生产管理和操作,有效控制中厚板连铸坯表面角部横裂纹的产生。
关键词 中厚板连铸坯;角部横裂纹;成因;预防措施
Reasons Analysis and Preventive Measures of Transverse Corner Crack on the Surface of Medium and Heavy Continuous Casting Slab
LI Heishan,CHEN Meng
Baosteel, ShangHai 201900
Abstract Transverse corner crack on the surface of medium and heavy continuous casting slab is a kind of common surface defects. Combining Baosteel Luo Jing No.2 continuous casting machine in actual production condition and slab quality,the papers analyse the reasons and generating mechanism of transverse corner crack on the surface of medium and heavy continuous casting slab ,and describes some preventive measures from the aspects of state of continuous casting machine equipments, steel grade and chemical composition,process parameters etc. These preventive measures can instruct production management and operation and can effectively control Transverse corner crack to improve slab quality.
Keywords continuous casting machine; transverse corner crack; preventive measures
0 引言
目前,宝钢罗泾二号连铸机生产的铸坯存在表面角部横裂缺陷,铸坯需要下线人工火焰清理,对产品质量、能源消耗、生产成本和物流成本等方面造成制约性影响。
1 宝钢罗泾二号连铸机目前铸坯角裂情况
目前在宝钢罗泾二号连铸机生产的铸坯中,角部横裂纹产生的现象较严重,上半年的精整实绩中,板坯角部横裂发生比例约占总比例的50%以上。按照钢种碳含量不同,对部分钢种发生角部横裂比例情况进行统计(如表1)。
从表1中可以看出,各钢种角部横裂发生比例均较高,其中包晶微合金钢角部横裂≥2级(角裂≥2级:角横裂纹长度≥10mm)的铸坯占检查铸坯总数的72%,中碳微合金钢为50%,低碳微合金钢为31%。由此表可以看出,包晶微合金钢特别容易产生角部横裂纹。
2 铸坯表面角部横裂纹产生部位与形貌特征
2.1 铸坯表面角部横裂纹宏观形貌
图1所示是中碳包晶钢铸坯表面角部的横裂纹,从图中可以清楚看到它是位于铸坯角部的一种细小的横裂纹,裂纹主要分布在铸坯角部,通常在振痕波谷处,裂纹长度通常为5mm~30mm,裂纹宽度约1mm~2mm,裂纹深度大约2mm~5mm。
2.2 角部横裂纹微观形貌
铸坯角部横裂纹的微观金相形貌如图 2所示。通过检查分析,角部横裂纹在连铸坯内、外弧侧的角部振痕波谷处都有发生。在铸坯角部开裂,分别向连铸坯宽面和窄面延伸。
根据试验情况,铸坯出结晶器900mm左右已经有角部裂纹,因此可推断可能在结晶器内铸坯角部振痕已有微裂纹或者星状龟裂纹产生,在受矫直应力的作用下,细小裂纹扩展成角部横裂纹。
2.3 角横裂纹成因和机理分析
关于连铸铸坯表面角部横裂纹,国内外已发表了大量关于在钢的连铸过程中出现铸坯裂纹及其形成机理的论文。目前大多数研究者认为角横裂纹是在铸坯凝固过程中产生的。比如Mintz认为钢中N易与Al、V、Nb等元素形成氮化物在晶界析出而降低钢的热塑性,促进了裂纹的发生。Harada等研究发现偏析是横向裂纹的起源,振痕下容易发生裂纹并在奥氏体晶界发展,并最终形成大量的横裂纹。
2.4 铸坯表面角部横裂纹产生的影响因素
2.4.1 化学成分因素对铸坯表面角部横裂纹的影响
C含量为0.09%~0.15%之间的钢液凝固时,可能会发生较大的体积收缩和线收缩,极易产生角部横裂。因此,在钢种成分允许的前提下,钢中的[C]应尽量避开0.09%~0.15%范围。可以减少板坯角部横裂纹发生机率。
2.4.2 钢水温度和拉速的影响
目前在罗泾二号连铸机技术规范中规定了中间包温度对拉速的管理基准,中间包温度和拉速对应关系。在中间包温度方面,从前工序出来的钢水温度明显偏高,每个钢种在浇注时目标过热度为20℃,而实际在浇注时经常达到25℃~30℃,被迫降速,且低拉速下振动频率减慢,振痕加深,增加了应力集中。
通过分析钢水过热度和拉速波动过程中板坯的角裂发生比例,在钢水过热度和拉速的控制不当时,相应板坯角裂发生也较严重。
2.4.3 结晶器冷却水
结晶器冷却水过大会引起坯壳冷却不均,在铸坯表面形成各种裂纹,在浇铸包晶钢时,由于包晶相变,凝固坯壳产生较大的凝固收缩,使得结晶器弯月面出的出生坯壳凝固不均匀,这种坯壳不均匀程度随着结晶器冷却强度增加而加剧。
2.4.4 保护渣
在浇铸包晶钢钢种时,有的保护渣在结晶器内钢液表面上铺展性不好,浇铸过程中在结晶器角部熔融性不均匀,有渣条出现。渣条吸收钢水中的氧化铝夹杂物后性能发生改变,容易被卷入弯月面改变结晶器角部的热流密度,不利于初生坯壳的冷却和润滑,导致应力集中而产生角部横向裂纹。实践表明,保护渣结晶温度和碱度较低,粘度较高,形成的渣膜较薄,加快了向铜板的传热速度,不利于坯壳的均匀冷却,导致角部裂纹的产生。
2.4.5 二次冷却方式
铸坯成批发生角部裂纹后对铸机二冷水进行了检查,发现:一是二冷喷嘴堵塞严重,二是二冷气水比例失调,造成铸坯冷却不均匀,边角部产生局部应力,加剧了角部裂纹的扩展。另外,发现个别辊的轴承座漏水严重,造成角部温度过低,也是诱发铸坯角部横裂的一个因素。
2.4.6 结晶器振动
由于结晶器振动主要作用是产生负滑脱,使坯壳和结晶器壁分离,负滑脱时间越长,振痕越深,容易产生表面和角部横裂纹,结晶器振动负滑脱时间大小将影响角部横裂纹的产生。
2.4.7 结晶器锥度对铸坯表面角部横裂纹的影响
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