小方坯生產(chǎn)橫裂成因及防范措施

李志剛 伍蜀秦 黃寶新

(陜西漢中鋼鐵集團有限公司，陜西 漢中 724207)

1 裂紋的形態(tài)及表現(xiàn)

裂紋主要為橫裂紋。所謂橫裂紋是指:在鑄坯表面，沿振痕的波谷處發(fā)生的橫向開裂稱為表面橫向裂紋。是小方坯的常見缺陷，一般橫裂造成橫裂廢品，嚴重時造成漏鋼。在生產(chǎn)中出現(xiàn)橫裂的鋼種主要為Q235和Q275。橫裂一般在鑄坯內(nèi)弧、外弧均有出現(xiàn)，以內(nèi)弧居多，長度為1mm～150mm，嚴重時貫穿鑄坯表面，深度從肉眼可見到30mm不等。

2 小方坯橫裂的成因及分析

2.1 Q275鋼水化學(xué)成分

企業(yè)標準:C%:0.18-0.24、Si%:0.15-0.35、Mn%:0.5-0.8、P%: ＜0.045、S%: ＜0.050。

2.2 冶煉Q275鋼坯產(chǎn)生廢品及裂紋分析

1)產(chǎn)生廢品情況。①煉鋼生產(chǎn)Q275鋼產(chǎn)生廢品量主要為裂紋，占廢品總量的96.2%、其中橫裂紋占裂紋總量的98.3%、縱裂紋占裂紋總量的1.7%。②產(chǎn)生廢品量脫方占廢品量的3.76%(脫方＞18mm)，成品鋼坯按企業(yè)標準脫方＞9mm以上占比例很大。③Q275鋼坯低倍組織檢驗出鋼坯橫斷面有氣孔、縮孔(1級～4級)，主要由于脫氧不良形成。

2)Q275鋼坯低倍組織檢驗。角部裂紋:4級、中心裂紋:2級、中間裂紋:2級、非金屬夾雜物:1.5級、縮孔:4級。

3)鋼水成份控制情況。①C含量。從理論上分析裂紋的產(chǎn)生原因，對于碳鋼來說，含碳0.08% ～0.20%(尤其0.10% ～0.16%范圍內(nèi))的碳素鋼，在凝固過程會發(fā)生包晶反應(yīng)，促使在凝固點附近體積收縮率大而產(chǎn)生表面裂紋。可知，C在0.18%～0.20%范圍時裂紋數(shù)比例出現(xiàn)了峰值，說明Q275鋼在該成分時鑄坯的裂紋敏感性強。②P，S含量。S在鋼中溶解度極小，與Fe形成FeS，F(xiàn)eS能與Fe形成低熔點(985℃)熱脆性共晶體，延晶界分布形成Ⅱ類硫化物，引起晶間脆性，成為裂紋優(yōu)先擴展的地方P對裂紋敏感大，P使鋼的塑性下降而變脆。方坯裂紋主要發(fā)生在P、S在大于0.02%的爐次，因此P，S應(yīng)該控制在小于0.025%范圍內(nèi)較好。煉鋼廠生產(chǎn)中實際P＜0.03%控制爐數(shù)占總爐數(shù)的62%，實際S＜0.030%控制爐數(shù)占總爐數(shù)的76.2%。總體控制較好，低于鋼廠內(nèi)控 P＜0.045%、S＜0.050%。③Mn/Si比及 Mn/S。［Mn］/［Si］比大于 3 可得到完全液態(tài)的脫氧產(chǎn)物，以改善的流動性，實際生產(chǎn)中［Mn］/［Si］平均3.9，與理論上的要求比較接近。Mn能改善硫?qū)︿摳邷厮苄缘挠绊懀琈n/S控制在20～25之間，裂紋明顯減少，隨著S的增加，鋼的延伸率顯著下降，在S含量相同的情況下，隨著Mn/S的提高，鋼的高溫塑性有明顯改善。Q275鋼中Mn/S控制在25～60之間，可見不是產(chǎn)生橫裂的主要原因。

4)橫裂紋產(chǎn)生原因的分析。Q275鋼實際生產(chǎn)中橫裂紋發(fā)生在上表面振痕波谷處，斷面呈撕裂狀，在鋼坯內(nèi)彎中間部位，長約50mm～80mm、寬約2～8mm，深約5～15mm。鋼坯表面出現(xiàn)橫向裂紋，主要為結(jié)晶器液面波動增大，拉速不穩(wěn)定易出現(xiàn)深振痕等缺陷，彎月面處初生坯殼不穩(wěn)定，引起表面裂紋產(chǎn)生。煉鋼廠工藝控制鋼坯正常拉速為2.1-2.3m/min，實際連鑄機拉速波動較大，最大為2.42m/min，最小為1.84m/min。通過Q275鋼坯低倍組織檢驗，鋼坯內(nèi)橫斷面出現(xiàn)對角長約6mm～10mm裂紋，是鑄坯脫方嚴重造成。實際生產(chǎn)中由于方坯結(jié)晶器內(nèi)各邊冷卻不均勻，造成四個邊凝固殼厚度不一樣。從而使凝固坯殼的收縮程度也不均勻，有的地方與銅壁接觸良好，有的地方與銅壁脫開，從而使鑄坯斷面脫方發(fā)生。

3 相應(yīng)的措施

3.1 鋼水主要成分控制

C控制在0.15%≤、≥0.19%，避開0.16% ～0.18%(碳含量在0.16%處于包晶轉(zhuǎn)變點);Mn控制:Mn走中上限，盡量控制在0.5% ±0.05%;Si控制:Si走中下限，盡量控制在0.12% ～0.18%;Mn/Si的控制:Mn/Si控制在＞3，改善夾雜物形態(tài)和改善鋼水流動性。

3.2 加強對振動系統(tǒng)的點檢

定期清理振動臂下及彈簧板與臺架之間的殘鋼、殘渣;定期更換(三個月)彈簧板;鑄機設(shè)計振動負滑脫率為0.28%，振動同調(diào)系數(shù)為80，據(jù)外廠經(jīng)驗負滑脫率提高為0.52%，同調(diào)系數(shù)調(diào)整為95，降低了負滑脫時間，減少了振痕深度，從而有效地改善了鑄坯表面質(zhì)量。

3.3 加強結(jié)晶器管理

隨著拉速的逐步提高，原銅管整體倒錐度偏大，將120mm×120mm銅管錐度降為 0.5%m-1～0.6%m-1，150mm×150mm銅管錐度降為0.6%m-1～0.7%m-1，并選用拋物線型;坯殼在結(jié)晶器內(nèi)的凝固收縮時角部比中心快，在坯殼生長的初期應(yīng)選擇較大的倒錐度來補嘗角部過大的收縮量，同時將銅管的圓角半徑從R8降為R6，在距結(jié)晶器上口300mm以下位置由于形成了一定抗變形的坯殼，鑄坯對銅管磨損較嚴重，應(yīng)選擇較小的倒錐度;定期更換結(jié)晶器，結(jié)晶器維修應(yīng)加強銅管水垢和內(nèi)水套水垢的清理;加強結(jié)晶器倒錐度檢測，配置倒錐度檢測儀。

3.4 結(jié)晶器水和二次冷卻水

根據(jù)工藝要求，對凈環(huán)水應(yīng)采取靜電水處理;濁環(huán)水在泵站和二冷平臺各增設(shè)一臺過濾器;在拉矯輥前增設(shè)溫度探頭，確保鑄坯避開7000C～9000C的低溫矯直口袋區(qū);優(yōu)化二冷制度，延長二冷長度、降低冷卻強度，減少鑄坯表面回溫。

3.5 實行標準化、規(guī)范化操作

加強結(jié)晶器潤滑，減少拉坯阻力;實行恒拉速生產(chǎn)，中包液面穩(wěn)定，結(jié)晶器液面穩(wěn)定控制在80mm±5mm。

4 結(jié)論和效果

通過大量的調(diào)查，基本上掌握了橫裂的成因和規(guī)律，生產(chǎn)實踐證明，采取的措施是有效的，橫裂紋逐漸得到控制，方坯合格率逐月上升。從所分析的情況可以得出，保持良好的設(shè)備狀態(tài)及優(yōu)化工藝、狀態(tài)參數(shù)，加強工藝過程監(jiān)督控制是保證質(zhì)量的前提條件。小方坯橫裂是受多方面因素影響的，如冷卻制度、鋼水質(zhì)量、設(shè)備、操作等，如果一旦出現(xiàn)斷續(xù)的橫向裂紋，從多方面入手才能解決問題，而不能偏面強調(diào)某一方面因素的作用。只有嚴格的操作和管理才能確實提高產(chǎn)品質(zhì)量。