45#板材表面及內部裂紋研究

孔明姣

（唐山中厚板材有限公司，河北 唐山 063000）

某公司50mm以上優質碳素結構鋼板不能夠保證探傷合格率，板材金相顯示夾雜物含量較高主要以硫化物和硅酸鹽夾雜為主，局部有微裂紋，部分板材客戶使用時切開后內部有小縮孔，影響使用效果。連鑄坯中心偏析較嚴重，評級在B2.0以上的占90%，有不同程度的中間裂紋。

高碳鋼的高溫特性和凝固特性，易導致鑄坯產生中心裂紋與偏析，加之板坯連鑄斷面較大，當冷卻收縮與相變膨脹兩因素同時或單獨作用時，在中高碳鋼相對較低的塑性影響下，它比低碳鋼更易形成裂紋。易導致鑄坯產生中心裂紋與偏析，是優質碳素結構鋼板生產的難點和控制的重點。

因此，控制鋼水潔凈度，減少鑄坯中心偏析，消除中間裂紋成為攻關50mm以上厚度優質碳素結構板材內部質量的重點，同時也能夠控制表面簇狀裂紋的形成。

1 試驗結果分析

取同澆次板坯低倍樣、裂紋板材樣進行金相分析

1.1 板材表面裂紋形態

圖1 板材表面裂紋形態 圖2 垂直于裂紋切開后的鋼板斷面形貌

板材表面裂紋形態為團簇狀，裂紋開口由內向外逐漸變大，不規則分布于板材表面（圖1）。裂紋端部較細，向內有一定程度的延伸。（圖2）

1.2 該澆次板坯低倍情況

酸洗鑄坯表面未發現裂紋。取鑄坯低倍樣分析，低倍評級：中心偏析A1.0，中間裂紋1.0，三角區裂紋0.5。如圖3.1、3.2所示，鑄坯中間裂紋長度為5-30mm,距鑄坯表面20～30mm處；如圖3.3、3.4，三角區裂紋長度約10～20mm，呈不規則分布。

裂紋有單條形式，也有成片分布，裂紋沿鑄坯厚度方向延伸。通過對硫印和低倍跟蹤檢測發現。中間裂紋位于凝固的柱狀晶區，始于固液凝固界面，屬凝固界面出現的晶界裂紋[1]。主要是由于高溫晶界處富集氧、硫、磷等雜質，降低了鋼的高溫強度和高溫塑性[2]。

圖3 45#鑄坯低倍情況

1.3 從板材裂紋位置取樣，進行金相分析

裂紋周圍沒有脫碳層。板坯表面如果有裂紋，在進入加熱爐（溫度1220～1300℃）后，裂紋處會有脫碳反應（大于700～800℃時），在金相組織中會觀察到明顯的脫碳層。

因此該裂紋是在軋制過程中表現于板材表面的。

2 原因及措施

2.1 控制鋼水潔凈度，減少鑄坯中心偏析，消除中間裂紋

對于C含量低于0.20%的爐次按照后吹鋼水控制，適當增加脫氧劑的加入量，加入鋁錠進行深脫氧，精煉進站加鋁線，用鋁制脫氧劑脫氧，控制Mn/S≥20。轉爐分兩批加入頂渣，出鋼過程中加石灰300kg+螢石100kg，出鋼結束后加頂渣灰300kg+螢石100kg。

精煉軟吹時間是否足夠，關系到鋼水中夾雜物上浮是否完全，直接影響鋼水純凈度，①通過控制生產節奏保證軟吹時間。②通過控制轉爐鋼水氬后溫度大于1550℃，確保精煉進站溫度減少精煉因升溫占用的時間。厚規格優質碳素結構鋼中Al元素極易與N結合形成AlN化合物，增加鋼材的裂紋敏感性，惡化鋼材內部性能。

優質碳素鋼鋼種為45#、50#鋼，此類鋼C含量較高，高碳鋼的高溫特性和凝固特性，易導致鑄坯產生中心裂紋與偏析，加之板坯連鑄斷面較大，當冷卻收縮與相變膨脹兩因素同時或單獨作用時，在中高碳鋼相對較低的塑性影響下，它比低碳鋼更易形成裂紋。

連鑄過程是影響鑄坯低倍的重要過程，針對中心偏析評級B2.0占90%以上，并伴隨有中間裂紋、中心疏松做具體分析，找到問題點，各個擊破。輥縫對弧、結晶器冷卻方式、二次冷卻、拉坯速度、澆注溫度均成為制約這一結果的因素。

偏強的二冷會使連鑄坯表面回熱嚴重。表面回熱產生在凝固面的拉伸應力導致鑄坯內部缺陷，所以適當降低冷卻強度選擇合理的二冷制度，并配以強度較大的一次冷卻（結晶器內的冷卻）即：鑄坯在結晶器內形成坯殼時給以強度較大的冷卻條件，使其快速形成較厚的坯殼，鑄坯出結晶器后，在二冷區前段采用弱冷，后段應保持鑄坯表面溫度不產生大的波動，減輕鑄坯表面回熱造成的中心偏析，甚至裂紋。

通過對標及現場數據的摸索，按照表面溫度和鑄坯鼓肚極限控制制度進行控制，對二冷區配水做了調整試驗（比水量由原來的0.5L/kg降到0.45L/kg、0.4L/kg），在不同比水量的條件下對鑄坯低倍情況進行對比分析。比水量0.4L/kg的爐次中心偏析評級B2.0以下的占30%，0.4L/kg的爐次中心偏析評級B2.0以下的占10%。

扇形段對弧、輥縫都是制約鑄坯內部質量的關鍵控制點，細化對弧操作管理規定，在每次拉下后進行對弧保證扇段對弧精度。為解決鑄坯低倍結果差的問題，對輥縫值進行了摸索，壓下量大小的確定是由鋼液在液態轉變為固態過程的體積收縮所決定，各段的壓下量分配至關重要，壓下量偏小時，其壓下量不能完全補償坯殼的凝固收縮，仍將會存在較大的V形偏析，對于中心偏析和疏松改善不明顯。而壓下量過大，將導致鑄坯的應變力和變形率過大，超出鋼的高溫應變極限后產生內部裂紋。

通過以上對多個控制點的控制，鑄坯低倍得到了很大改善，方案實施以來，鑄坯低倍未見裂紋及疏松，中心偏析評級未見A級，B2.0以下占80%。鑄坯低倍得到了明顯的改善。

2.2 優化軋鋼工藝，減少內部裂紋

對于厚度大于50mm的厚規格優質碳素結構鋼板，通過減少軋制道次，增大粗軋道次壓下量，細化組織，減輕中心偏析，軋合一部分中間裂紋，最大限度的彌補連鑄過程板坯的內部缺陷帶來的危害，進而提高板材內部質量。

如60mm45#板材壓下規程，由于其不保性能，在粗放式的管理下按照不保性能鋼板軋制規程要求，粗軋道次壓下量較小，不能夠滿足中心偏析較高的優質碳素結構鋼板。通過分析鑄坯情況，針對板材軋制道次壓下量進行改進，通過多次試驗最終確定表二中的壓下規程進行推廣，通過增加道次壓下量有效地改善了板材內部質量。

3 結論及措施

①45#鋼板表面團簇狀裂紋是鑄坯內部裂紋在軋制過程中受軋制力的作用擴展到表面形成的。②連鑄機不對弧和開口度精度不夠是鑄坯內部裂紋產生的主要因素。③連鑄機漏水使冷卻強度過大，45#鋼本身脆性較大，鑄坯在運行、矯直過程中承受的機械應力過大，導致了內裂的產生。④成功實現了50mm～100mm規格優質碳素結構鋼內部質量的提升。50mm以上厚規格優質碳素板材內部合格率98%。