中厚板表面裂紋控制

張典紅 呂世霞

（1天津天鐵冶金集團有限公司技術中心，河北省涉縣056404 2天津天鐵冶金集團有限公司煉鋼廠，河北省涉縣056404）

中厚板表面裂紋控制

張典紅1呂世霞2

（1天津天鐵冶金集團有限公司技術中心，河北省涉縣056404 2天津天鐵冶金集團有限公司煉鋼廠，河北省涉縣056404）

針對中厚板表面經常出現裂紋缺陷的問題，通過材料顯微組織分析、坯料跟蹤和對比生產實驗，發現中厚板表面裂紋源于板坯裂紋。采取調整鋼水成分，優化連鑄工藝，提高入爐板坯表面質量等措施，減少了鋼板裂紋不合格品，產品合格率提高了4.43%，提高了中厚板質量。

中厚板縱裂紋金相試驗分析控制

1 前言

天鐵集團煉鋼廠中厚板生產線投產后，經常出現鋼板表面裂紋缺陷，造成鋼板不合格品增多，合格率下降。為提高產品質量，技術人員對缺陷部位進行了詳細分析研究，找出裂紋產生的原因，有針對性地完善生產工藝。

2 裂紋原因分析

2.1 生產工藝

板坯規格為220 mm×1 600 mm，鋼種主要為Q235B、Q345B，鋼板厚度為16 mm~40 mm。生產工藝包括：板坯熱裝熱送；蓄熱式加熱爐加熱，出爐溫度控制在1 100℃左右；18 MPa高壓水除鱗；四輥可逆式軋機往復軋制，終軋溫度控制在850℃以上；控冷、矯直；圓盤剪切邊，定尺剪切定尺等幾部分。

2.2 裂紋原因分析

2.2.1 裂紋分布及形狀

經統計發現鋼板表面裂紋主要為縱裂紋，沿軋制方向分布。按照裂紋形狀和分布位置可分為兩種，第一種分布在鋼板橫截面的1/2或1/4處，裂紋較長，寬在0.5 mm~1 mm左右，如圖1所示；第二種分布在距鋼板邊部20 mm~60 mm處，裂紋短且細，有的呈“舌頭”狀，如圖2。這些裂紋經常批量出現，其中薄規格鋼板上裂紋少，厚規格鋼板上裂紋出現幾率較大。

2.2.2 裂紋微觀分析

在裂紋部位取橫截面金相試樣，拋光后在光學顯微鏡下觀察，裂紋之間有大量的氧化亞鐵，周圍有顆粒狀氧化物和硅酸鹽。將拋光試樣用4%的硝酸酒精溶液浸蝕，進行顯微組織觀察，發現試樣組織為P+F，裂紋周圍有明顯的脫碳現象，見圖3。對表面裂紋部位進行能譜分析，發現鋼板裂紋周圍氧含量偏高，有明顯氧化現象，裂紋周圍有脆性相顆粒，主要成分是O、Si、Mn、Fe，其含量偏離正常值，分析結果見圖4。

圖1 截面處裂紋

圖2 邊部裂紋

圖3 鋼板表面裂紋的橫截面200x

圖4 裂紋周圍夾雜物能譜分析

2.2.3 分析

2.2.3.1 鋼板表面裂紋產生原因

（1）首先鋼只有在高溫加熱的情況下才會產生脫碳，軋制過程中不會發生脫碳現象。“脫碳”是鋼中的碳與氫或氧反應生成甲烷或一氧化碳，致使碳含量降低，脫碳通常只發生在鋼的表層。所以根據金相實驗發現裂紋周圍有明顯脫的碳層，可以判定裂紋在板坯加熱時就已經存在。其次裂紋縫隙中含有大量的氧化亞鐵，表明在加熱時裂紋就已經是開口狀態，這也可以證明鋼板裂紋來源于連鑄坯。

（2）工藝人員對原料板坯進行跟蹤調查，發現部分板坯表面有熱應力裂紋。其中大部分是邊部小裂紋，它們與拉坯方向成一定角度，這些小裂紋在軋制過程中沿軋制方向延伸，就形成了邊部縱裂紋，如果兩個裂紋交匯，就形成了圖2所示裂紋。另外少量板坯表面有較大的縱裂紋，其位置分布和圖1所示的裂紋出現位置吻合，這些都能證明鋼板表面裂紋來于源板坯。

（3）對比試驗。將有裂紋板坯、精整修磨板坯和正常板坯分開軋制，發現精整板坯和正常板坯軋制后產生裂紋的幾率非常小，而裂紋板坯產生裂紋的幾率非常大。

綜合以上幾點，可以肯定鋼板表面縱裂紋源于板坯表面裂紋，而不是軋制工藝造成。

2.2.3.2 板坯縱裂紋形成

板坯表面縱裂紋起源于結晶器。因為結晶器彎月面附近初生坯殼厚度不均勻，一旦坯殼上的拉應力超過鋼的高溫允許強度和應變時，坯殼薄弱處就會產生裂紋，同時裂紋周圍含有夾雜物的液態金屬和保護渣就會及時充填裂紋縫隙，這樣就造成裂紋與夾雜伴生，這與能譜分析結果吻合。

2.2.3.3 板坯裂紋影響因素分析

（1）鋼水成分

當碳含量為0.10%左右時，板坯最容易產生裂紋。此時鋼水凝固處于包晶反應區，結晶器彎月面處剛凝固的坯殼收縮較大，與結晶器銅板形成氣隙，坯殼變薄，表面形成凹陷，裂紋敏感性強，在熱應力和鋼水靜壓力作用下，凹陷薄弱就會產生裂紋。另外鋼中S、P含量也會影響裂紋，S、P含量越高，鋼的高溫強度和塑性降低，容易產生板坯裂紋。

（2）連鑄工藝

如：保護渣熔速、黏度不合適，結晶器液面波動大，水口插入深度不合適，二冷配水不均或冷卻強度過大等都會產生板坯表面裂紋。

3 裂紋控制

根據分析結果，針對裂紋形成原因優化生產工藝，通過控制板坯縱裂紋來減少鋼板表面裂紋。

3.1 調整鋼水成分

控制鋼中C含量在0.15%~0.19%之間，避開裂紋敏感區（包晶區）；降低鋼水中S、P含量，其中S含量控制在0.020%以下，降低裂紋趨勢；控制Mn含量，Mn/S提高到25以上，增強鋼水流動性，減少低熔點硫化物（FeS）析出。

3.2 連鑄工藝控制

連鑄工藝主要是保證彎月面區的初生坯殼生長均勻，防止板坯產生縱裂紋。主要控制措施如下。

3.2.1 合理選擇保護渣黏度，改用黏度與熔融時間比值小于2的保護渣。因為黏度高縱裂紋增加，黏度低縱裂減紋少。

3.2.2 選擇合適的結晶器錐度，尤其是窄面錐度，保持結晶器錐度在1.3%/m左右，并定期更換結晶器。生產實踐表明錐度過小會產生角部縱裂紋，錐度過大會產生振痕。

3.2.3 穩定拉速，避免結晶器內鋼水液面波動過大，保證液面波動小于±5 mm。

3.2.4 提高鑄機對弧精度，保證浸入式水口對中，插入深度和出口傾角要合適，一般控制水口傾角向下15°~35°，防止傾角過大或過小造成角部沖刷嚴重或液面紊流。

3.2.5 鋼水過熱度控制在15°～25℃之間，避免高溫或低溫澆注。

3.2.6 優化二冷配水，保證二冷均勻弱冷，避免熱應力造成裂紋擴大。

3.3 坯料質量控制

增加入爐板坯檢驗工序，加強坯料檢查力度，發現缺陷板坯要及時下線，用火焰清理表面缺陷后再入爐，提高原料板坯質量，杜絕缺陷板坯入爐、軋制。

3.4 軋制工藝控制

控制低溫段加熱速度，避免低溫快速加熱造成裂紋擴大。保證加熱均勻，減小溫度梯度，防止軋制過程中不均勻變形。

適當增加道次壓下量，可有效地提高軋制變形的深透程度。選擇適當的終軋溫度，避免兩相區混晶軋制。

4 控制效果

改進工藝后，中厚板的表面裂紋明顯減少，產品質量穩步提高，中厚板的合格率由改進前的95.20%提高到99.63%。

5 結論

5.1 經過研究分析和對比實驗，發現鋼板表面裂紋來源于板坯表面裂紋。

5.2 通過優化煉鋼、連鑄和軋鋼工藝，減少板坯表面裂紋，提高入爐板坯質量，鋼板表面裂紋得到有效控制。中厚板的合格率由95.2%提高到99.63%。

（收稿2010－03－20責編趙實鳴）

[1]王廣生.金屬熱處理缺陷分析及案例[M].北京：機械工業出版社，2000.150~154.

[2]李建科.板坯表面縱裂紋的成因與控制[J].連鑄，2005，(1)：37~–38.

Control over Mediate and Heavy Plate Surface Crack

Zhang Dianhong,Lu Shixia

There are often slab crack defects on the surface of mediate and heavy plate.The surface cracks are found to origin from slab cracks by microstructure analysis,slab tracking and comparison production trial.Measures are taken such as adjusting liquid steel composition,optimizing casting process,improving slab surface quality,etc.Then,the number of nonqualified products with crack is reduced;product qualification rate is increased by 4.43%;plate quality is improved.

mediate and heavy plate,longitudinal crack,met－

張典紅，男，2000年畢業于東北大學金屬壓力加工專業，工程師，現在天鐵集團技術中心從事質量管理工作。

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