SS400連鑄板坯邊部裂紋成因與對策

吳忠有++李麗孔

摘 要：該文主要從鋼水成分和冷卻強度以及氮含量等方面對SS400連鑄板坯邊部裂紋的具體的產生原因進行分析，并且根據原因提出改進措施，以此來獲得良好的鑄坯的成品率。

關鍵詞：冷卻強度 氮含量 SS400 邊部裂紋

中圖分類號：TG245 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）07（a）-0077-02

河北鋼鐵集團的邯鋼邯寶煉鋼廠自從2008年10月熱試投產以來，至2009年9月板坯開始不斷出現邊裂的缺陷，雖然經過技術攻關所采取的多項施工措施，但是邊裂依舊呈現出不穩定的現象，自2011年1月開始，由于設備維護、外圍條件變化等因素的影響，邯寶煉鋼廠的板坯邊裂缺陷逐月增加，到2011年3月份，已達到邊裂量每月接近2000 t（比率為1.36%）的嚴重程度。2011年6月份，月度邊裂1956 t（1.32%），煉鋼廠按計劃給熱軋廠備料時，也出現了大量的深加工產品的邊部質量缺陷，針對這問題，2011年下半年，按照公司的統計部署，該廠對SS400連鑄板坯邊部質量展開系統攻關，通過對于板坯邊裂爐次的生產過程及當時設備狀況的跟蹤，不斷分析邊裂所產生原因并且提出工藝相關的改進措施，并且取得了很好的效果。

1 板坯邊裂產生機理

1.1 邊部的裂紋的主要的形貌

通過對邊部的裂紋的圖片查看以及于結合于現場的軋卷出現邊裂的具體的情況，板坯邊裂的主要表現為：角部橫裂以及于軋卷邊裂形態多數是由于沿軋制方向非連續性分布造成的，裂紋呈現出不規則的帶狀、山形、條狀溝壑。具體如圖1所示。

1.2 板坯邊裂的產生機理

根據于對鋼的高強度所進行的相關研究，橫裂紋的出現與低溫脆性相關，這是處于脆性溫度范圍于是600～900 ℃的時候所產生的，這個時候板坯已經處于Nb（CN）最大析出速率的溫度區間，該溫度區間也正是該鋼種處在熱塑性凹槽區的溫度區間，其RA僅在40%左右，甚至更低。主要原因是受力物體在作用質點上不能承受足夠的作用力將會有裂紋產生。裂紋的產生必須在兩方面作用下產生：首先是受力物體本身基體異常；其次是作用力異常。

2 板坯邊裂的主要的影響因素

主要影響鑄坯邊裂的具體的因素有很多，例如：冷卻強度、鋼水成分及氮含量、應力關系、化學成分、液面波動以及于拉速等等的原因都是非常有可能會引發邊裂現象的產生的，但是，邊裂的產生大多數的情況是由于幾種因素共同的作用的所產生的結果。

2.1 w（Mn）/w（S）對邊裂的主要的影響

根據統計現場出現的邊裂比較多的20個澆次的生產方面的實際數據分析，以此得出來：w（Mn）/w（S）和邊部裂紋之間的關系，從該圖中可以看出來：對于SS400來說，w（Mn）/w（S）≤20-37.5的時候邊裂紋比較嚴重，w（Mn）/w（S）>37.5的時候鑄坯邊裂的發生機率是非常明顯的降低的。而在于2011年第一季度的該廠生產的SS400當中有著30%爐次的w（Mn）/w（S）都是小于臨界值37.65，由此可見w（Mn）/w（S）是引起操作中邊裂所產生的一項非常重要的原因。是提高鋼中w（Mn）/w（S），是有非常有利于硫化錳在于晶界以及于機體上呈粒狀的具體的分布，而且是提高鋼的高溫的性能，是有效的減少裂紋敏感性，如圖2所示。

2.2 鋼水成分及氮含量對邊裂的具體的影響

由于受生產快節奏的影響，LF精煉酸溶鋁控制范圍較寬，酸溶鋁含量在350 ppm以上鋼水占有較高比例，300 ppm以上的占15.2%，由于供鋼水對S的要求，鋼水要通過LF精煉爐脫硫，造成氮含量增加，同時由于轉爐出鋼量在280 t，連鑄機澆鋼周期為35 min左右一爐鋼，生產節奏緊張，因此要求快速成渣脫硫，轉爐出鋼時要大量加入鋁等強脫氧劑，因此供連鑄的鋼水氮含量偏高。通過煉鋼各工序取樣進行氣體含量分析。精煉前平均為33 ppm，精煉后平均為51 ppm，精煉增氮平均16 ppm，中包平均為65 ppm，中包增氮平均16 ppm，遠遠超過正常控制范圍。中包氮含量最低38 ppm，最高的為93 ppm，中包氮含量波動較大，波動在55 ppm。

2.3 冷卻強度對于邊部裂紋的影響

根據于相關文獻研討表明，結晶器冷卻強度過大，會致使初生凝固坯殼的不均勻現象，在應力作用之下極易發作裂紋。大的水量以及于低的水溫也會發作強冷的成果。是要削減外表的裂紋，通常是必須確保結晶器進水溫度>30 ℃和結晶器進出水溫差在小于10 ℃，這樣可削減結晶器內的冷卻強度。在出產SS400鋼呈現邊裂嚴峻的1、2月份，經過現場調查，其時有段時刻在一個澆次開端的前3爐結晶器進水溫度都較低，僅有26 ℃左右，而且升溫慢，致使不能及時抵達適宜的冷卻強度，這也是構成鑄坯邊裂的一個緣由。關于二次冷卻，2011年1～3月份二冷噴嘴阻塞嚴峻，而且因水質差致使噴嘴頻繁阻塞；噴嘴噴水力度差及噴水視點違背鑄坯的情況較多，不能夠起到抱負冷卻的作用。這些會構成鑄坯冷卻不均勻，在坯殼薄的當地遭到外力拉矯時容易發作裂紋。后來經過招集人員集中整理，而且選用酸洗噴嘴的辦法起到了較好的作用。經剖析，二冷情況欠好是鑄坯邊裂增多的一個重要緣由。

2.4 設備保護對邊部裂紋的影響

扇形段分節輥密封圈漏水嚴峻，鑄坯內弧很多積水，構成鑄坯外表冷熱不均，當鑄坯抵達沒有積水的方位時，鑄坯呈現回溫現象，此刻鑄坯外表應力增高，經矯直時邊部裂紋很易發作裂紋。扇形段開口度和外弧線誤差較大，達不到抱負的±0.5 mm以下的需求，單個方位有時誤差可抵達1～2 mm。這樣使得鑄坯在扇形段中不斷地發作鼓肚-緊縮-鼓肚的改變進程，進步了橫裂紋發作幾率。

2.5 應力的關系對邊部裂紋的影響

從裂紋形成到出現，必然有作用應力，且由于鑄坯本身不能承受此應力而產生裂紋。因此，要理解連鑄中各類裂紋的形成過程，就需要了解應力源，而且需要指出的是，裂紋形成不見得均勻進行，會出現明顯的裂紋開始和擴張階段。應力的產生可能是由于轉變效應，結晶器內的可變熱傳輸，板坯內的溫度梯度，冷卻水的噴淋效果，與輥子接觸等，板坯與結晶器的摩擦，鋼水靜壓力造成的鑄坯鼓肚現象，鑄機對弧不準而引起的機械效應，以及矯直應變。連鑄機的工況與工藝參數決定了應力的大小與來源。鋼在低塑性區受到超過材料極限的應力作用就易引發鑄坯裂紋。鋼中成分特別是微合金元素與氮含量，由于對延展性的影響較大容易誘發橫向裂紋。盡可能減少鋁和氮使橫向裂紋傾向最小化，同時選擇合理的冷卻制度將直接決定應力的來源及大小。

3 改進辦法

對于以上情況對邯鋼公司出產SS400發作邊裂緣由剖析，具體改進辦法如下。

（1）其中包C含量操控應徹底避開包晶區，鋼中碳含量由0.08%～0.15%上調整到0.16%～0.20%，進步轉爐和精粹出站的C含量命中率。

（2）下降鋼中Als含量，由本來100～200 ppm下降到80～180 ppm。

（3）進步結晶器進水溫度至38～42 ℃，而且根據時節溫差經過調整水量來堅持溫度，使一次冷卻強度適中。

（4）及時使用澆次間和日定修對二冷噴嘴仔細查看、更換、修理和整理，恰當削弱鑄坯邊部的冷卻，確保鑄坯矯直時高于900 ℃，避開脆性區。

（5）加強扇形段安裝及保護質量的查看，進步對弧和開口度精度，其精度操控在±0.5 mm以下。

4 實施作用

經過采納以上的辦法，在從4月份采納以上方法以后，鋼中氮含量、鋁含量實現精確控制，鑄坯角部溫度有較明顯改觀，邊裂發生率得到顯著改善，邊裂率由1月份的1.3%下降到0.005%，起到了比較好的作用。邊裂的發生大多都是由于多種要素一起作用的成果，有時某一個或者幾個要素占主導性，而其它要素也會直接促進邊裂的構成。經過計算2011年1-3月呈現邊裂的SS400成分及出產進程發現，Mn/S和w（Ca）/w（Al）的值偏低也是影響邊裂的一個緣由。轉爐爐后ALs由攻關前182 ppm降低到139 ppm，ALs命中率由57%提高到68%。中包成品ALs由攻關前237 ppm降低到206 ppm，ALs命中率由78%提高到91%，各項措施實施后，邊裂攻關取得了明顯的效果，邊裂數量得到了明顯的控制。其中8月份共出現邊裂數量1050 t，10月邊裂量為109 t。邊裂量得到了有效的控制。

參考文獻

[1] 蔡開科.連鑄坯質量控制[M].北京：冶金工業出版社，2010：219-229.

[2] 焦國華，吳光亮.CSP熱軋板卷邊部裂紋成因及控制[J].鋼鐵，2006（6）：17-22.

[3] 鄭偉棟.SS400薄板坯表面縱裂的控制[J].連鑄，2007（9）：19-20.endprint