中厚板連鑄坯中間裂紋控制技術

張慶

摘 要：在板坯連鑄的生產中，其內部質量的控制一直是難點，特別是鑄坯的中間裂紋，因扇形段輥縫超差和二冷配水的問題，很容易產生。本文通過對中間裂紋的研究分析，找出了產生中間裂紋的4個關鍵點，并逐一進行解決，最終解決了中間裂紋。

關鍵詞：中間裂紋；中厚板；二冷配水；輥縫控制

中圖分類號：TF777 文獻標識碼：A

一、現狀

型鋼煉鋼廠4#連鑄機是萊鋼唯一的中厚板連鑄機，生產斷面厚度200mm，250mm，300mm，寬度1500mm～2500mm，因鑄坯厚度較厚，寬度較寬，鑄坯內部質量控制起來難度較大，極易出現中間裂紋。4#機的產品結構主要是碳素結構鋼（Q195～Q275、SS400）和低合金高強度結構鋼板（如Q345、SM490）以及船板鋼等，這些鋼種大部分碳含量在0.1%～0.2%之間，Mn含量在0.6%～1.6%之間，因碳錳偏析的原因，生產這類鋼種時，產生鑄坯中間裂紋的機率更大。

我們對4#機從2015年1月1日到2016年6月30日之間的低倍樣進行了統計，共統計了461塊坯樣，其中有中間裂紋的坯樣178塊，裂紋比例38.6%。下面是正常坯樣和有中間裂紋的坯樣照片對比（圖1和圖2）：

連鑄坯存在中間裂紋，在軋制過程中如果不能焊合，會對軋材質量造成影響，嚴重時會造成厚板探傷不合，影響交貨，甚至判廢。

二、中厚板坯中間裂紋機理分析

連鑄坯凝固過程中，一方面凝固前沿的柱狀晶由于S、P元素的偏析而形成低熔點的液相薄膜，使凝固前沿抵抗拉應力的能力大大減弱，另一方面，鑄坯運行過程中，凝固前沿受到各種拉應力的作用，當作用在凝固前沿的拉應力超過一定的臨界值時，凝固前沿就沿柱狀晶開裂，形成內部裂紋。

1.鋼的高溫力學性能

鋼的高溫力學性能是內部裂紋的內因，決定著高溫下坯殼所能承受的臨界應變、應力的大小。內部裂紋都發生在第一脆性溫度區，即固液兩相區內，其生成的過程都是經過拉伸應力作用到凝固界面上，造成沿一次樹枝晶或等軸晶的晶界開裂，然后濃化的鋼水填充到開裂的縫隙中。

1.1 碳對高溫力學性能的影響：碳的含量小于0.28%時，隨著碳含量的增加，塑性槽向低溫方向移動。

1.2 硫對高溫力學性能的影響：隨著鋼中S含量的增加，塑性槽寬度加大，深度增加。

2.連鑄坯的凝固傳熱對內部裂紋的影響

二冷強度過冷、過熱或者區域冷卻嚴重不均勻，造成鋼的高溫塑性較差和強度不足，超過鋼的臨界應變，鑄坯產生內部裂紋。因此，二冷區鑄坯表面溫度分布應符合鋼種的高溫延性曲線，二冷配水應使得矯直時鑄坯表面溫度避開脆性區，控制在鋼延性最高的溫度區，對于低碳鋼，矯直時鑄坯表面溫度應大于900℃，控制鑄坯表面溫度變化速率，一般要求延鑄坯長度方向冷卻速度不超過200℃/m，控制二冷區溫度回升不超過100℃/m。

3.連鑄坯變形對內部裂紋的影響

連鑄坯在二冷區內受到4種應變力的影響，即鼓肚應變、矯直應變、熱應變和機械應變。

3.1 鼓肚應變的影響：沿鑄坯長度方向，鼓肚量增大到一定程度就不再增大，隨著鑄坯表面溫度的不斷降低和坯殼厚度的增加，坯殼抵抗鋼水變形的能力不斷增強，鼓肚應變呈不斷減小的趨勢。

3.2 矯直應變的影響：連鑄機共有14個扇形段，其中1-6段是弧形段，7-8段是矯直段，9-14段是水平段，14個段中，矯直段對內部裂紋的影響是最大的，若鑄坯運行到矯直段時，鑄坯的表面溫度低于900℃，或者是矯直段本身的輥縫差別大于0.5mm，就會極大地誘發中間裂紋。

3.3 熱應變的影響：鑄坯扇形段內二冷區的冷卻對鑄坯內部的中間裂紋有顯著的影響，二冷水總量的大小和分布對鑄坯凝固組織的構成、凝固殼的厚度以及鑄坯高溫力學強度都有重要的影響。因此對鑄坯的冷卻要求要整體均勻，不能局部過熱或過冷，因過熱或過冷，都會造成中間裂紋的增加。

3.4 機械應變的影響：輥子不對中導致凝固前沿產生應變的大小與輥子不對中量、坯殼厚度、輥間距等因素有關。

4.鑄機拉速和中間包過熱度對中間裂紋的影響

鑄機拉速和鋼水的過熱度對中間裂紋的影響與二次冷卻對中間裂紋的影響有很大的相似之處，主要是影響了鑄坯中柱狀晶和等軸晶的比例、凝固坯殼的厚度和凝固末端的位置。合適的鋼水過熱度應控制在10℃～20℃，在生產中應以連鑄為中心，大力推廣鑄機恒拉速操作。

三、原因分析

通過觀察4#機鑄坯低倍樣的中間裂紋，再查看4#機每次定修測量的輥縫圖，裂紋的是從相對應的較差的輥縫處產生的，在二冷區因二冷不合理，裂紋的程度進一步加強。裂紋產生的機理是因為扇形段輥子因磨損變形，輥縫超差大于0.5mm，不對中的應變大于臨界應變，最終導致了中間裂紋的產生。

四、解決措施

針對目前鑄坯低倍樣中間裂紋的情況，下一步可以從以下幾個方面解決：

1.采用相同二冷區噴嘴差別控制技術，解決二冷噴嘴脈沖噴水，改善鑄坯二冷區回熱的問題。二冷區的5、6、7三個冷卻區控制著扇形段2-8段的冷卻，但每個冷卻區都控制2～3個扇形段的冷卻，因扇形段是從上到下布置的，造成的結果是每個冷卻區的最下部的扇形段噴嘴效果較好，但上部的扇形段噴嘴噴水霧化嚴重不良。解決方案是，將每個冷卻區下部扇形段的噴嘴型號減小10%～20%，上部噴嘴的噴水效果會得到極大的改善。

2.建立半凝固高溫矯直配水模型，優化二冷配水，在保證生產順行的基礎上調整比水量，避免凝固末端進入矯直區，進一步提高鑄坯的矯直溫度，使矯直溫度大于900℃，第1脆性溫度區對鑄坯中間裂紋的影響降到最低。

3.做好扇形段的維修，進一步提高維修標準，輥縫符合按照奧鋼聯的要求。

4.每次定修堅持測量輥縫，保證在線輥縫全部小于±0.5mm，發現輥縫超差，下次定修要及時進行更換。

5.連鑄機出現異常生產情況時，謹慎處理，特別是出現鑄坯拉不動的情況時，禁止盲目拉坯，防止損壞扇形段。

結論

（1）通過統計分析，總結出中間裂紋產生的規律性，從而找出中間裂紋在連鑄生產過程中產生的位置。

（2）找到中間裂紋產生的關鍵因素，并采取相應的措施，可以極大地緩解中間裂紋的產生。

（3）采取完措施后，經過6個月的統計，目前的中間裂紋比例是0.4%，基本解決中間裂紋缺陷。

參考文獻

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