中厚板表面裂纹控制

张典红 吕世霞

（1天津天铁冶金集团有限公司技术中心，河北省涉县056404 2天津天铁冶金集团有限公司炼钢厂，河北省涉县056404）

中厚板表面裂纹控制

张典红1吕世霞2

（1天津天铁冶金集团有限公司技术中心，河北省涉县056404 2天津天铁冶金集团有限公司炼钢厂，河北省涉县056404）

针对中厚板表面经常出现裂纹缺陷的问题，通过材料显微组织分析、坯料跟踪和对比生产实验，发现中厚板表面裂纹源于板坯裂纹。采取调整钢水成分，优化连铸工艺，提高入炉板坯表面质量等措施，减少了钢板裂纹不合格品，产品合格率提高了4.43%，提高了中厚板质量。

中厚板纵裂纹金相试验分析控制

1 前言

天铁集团炼钢厂中厚板生产线投产后，经常出现钢板表面裂纹缺陷，造成钢板不合格品增多，合格率下降。为提高产品质量，技术人员对缺陷部位进行了详细分析研究，找出裂纹产生的原因，有针对性地完善生产工艺。

2 裂纹原因分析

2.1 生产工艺

板坯规格为220 mm×1 600 mm，钢种主要为Q235B、Q345B，钢板厚度为16 mm~40 mm。生产工艺包括：板坯热装热送；蓄热式加热炉加热，出炉温度控制在1 100℃左右；18 MPa高压水除鳞；四辊可逆式轧机往复轧制，终轧温度控制在850℃以上；控冷、矫直；圆盘剪切边，定尺剪切定尺等几部分。

2.2 裂纹原因分析

2.2.1 裂纹分布及形状

经统计发现钢板表面裂纹主要为纵裂纹，沿轧制方向分布。按照裂纹形状和分布位置可分为两种，第一种分布在钢板横截面的1/2或1/4处，裂纹较长，宽在0.5 mm~1 mm左右，如图1所示；第二种分布在距钢板边部20 mm~60 mm处，裂纹短且细，有的呈“舌头”状，如图2。这些裂纹经常批量出现，其中薄规格钢板上裂纹少，厚规格钢板上裂纹出现几率较大。

2.2.2 裂纹微观分析

在裂纹部位取横截面金相试样，抛光后在光学显微镜下观察，裂纹之间有大量的氧化亚铁，周围有颗粒状氧化物和硅酸盐。将抛光试样用4%的硝酸酒精溶液浸蚀，进行显微组织观察，发现试样组织为P+F，裂纹周围有明显的脱碳现象，见图3。对表面裂纹部位进行能谱分析，发现钢板裂纹周围氧含量偏高，有明显氧化现象，裂纹周围有脆性相颗粒，主要成分是O、Si、Mn、Fe，其含量偏离正常值，分析结果见图4。

图1 截面处裂纹

图2 边部裂纹

图3 钢板表面裂纹的横截面200x

图4 裂纹周围夹杂物能谱分析

2.2.3 分析

2.2.3.1 钢板表面裂纹产生原因

（1）首先钢只有在高温加热的情况下才会产生脱碳，轧制过程中不会发生脱碳现象。“脱碳”是钢中的碳与氢或氧反应生成甲烷或一氧化碳，致使碳含量降低，脱碳通常只发生在钢的表层。所以根据金相实验发现裂纹周围有明显脱的碳层，可以判定裂纹在板坯加热时就已经存在。其次裂纹缝隙中含有大量的氧化亚铁，表明在加热时裂纹就已经是开口状态，这也可以证明钢板裂纹来源于连铸坯。

（2）工艺人员对原料板坯进行跟踪调查，发现部分板坯表面有热应力裂纹。其中大部分是边部小裂纹，它们与拉坯方向成一定角度，这些小裂纹在轧制过程中沿轧制方向延伸，就形成了边部纵裂纹，如果两个裂纹交汇，就形成了图2所示裂纹。另外少量板坯表面有较大的纵裂纹，其位置分布和图1所示的裂纹出现位置吻合，这些都能证明钢板表面裂纹来于源板坯。

（3）对比试验。将有裂纹板坯、精整修磨板坯和正常板坯分开轧制，发现精整板坯和正常板坯轧制后产生裂纹的几率非常小，而裂纹板坯产生裂纹的几率非常大。

综合以上几点，可以肯定钢板表面纵裂纹源于板坯表面裂纹，而不是轧制工艺造成。

2.2.3.2 板坯纵裂纹形成

板坯表面纵裂纹起源于结晶器。因为结晶器弯月面附近初生坯壳厚度不均匀，一旦坯壳上的拉应力超过钢的高温允许强度和应变时，坯壳薄弱处就会产生裂纹，同时裂纹周围含有夹杂物的液态金属和保护渣就会及时充填裂纹缝隙，这样就造成裂纹与夹杂伴生，这与能谱分析结果吻合。

2.2.3.3 板坯裂纹影响因素分析

（1）钢水成分

当碳含量为0.10%左右时，板坯最容易产生裂纹。此时钢水凝固处于包晶反应区，结晶器弯月面处刚凝固的坯壳收缩较大，与结晶器铜板形成气隙，坯壳变薄，表面形成凹陷，裂纹敏感性强，在热应力和钢水静压力作用下，凹陷薄弱就会产生裂纹。另外钢中S、P含量也会影响裂纹，S、P含量越高，钢的高温强度和塑性降低，容易产生板坯裂纹。

（2）连铸工艺

如：保护渣熔速、黏度不合适，结晶器液面波动大，水口插入深度不合适，二冷配水不均或冷却强度过大等都会产生板坯表面裂纹。

3 裂纹控制

根据分析结果，针对裂纹形成原因优化生产工艺，通过控制板坯纵裂纹来减少钢板表面裂纹。

3.1 调整钢水成分

控制钢中C含量在0.15%~0.19%之间，避开裂纹敏感区（包晶区）；降低钢水中S、P含量，其中S含量控制在0.020%以下，降低裂纹趋势；控制Mn含量，Mn/S提高到25以上，增强钢水流动性，减少低熔点硫化物（FeS）析出。

3.2 连铸工艺控制

连铸工艺主要是保证弯月面区的初生坯壳生长均匀，防止板坯产生纵裂纹。主要控制措施如下。

3.2.1 合理选择保护渣黏度，改用黏度与熔融时间比值小于2的保护渣。因为黏度高纵裂纹增加，黏度低纵裂减纹少。

3.2.2 选择合适的结晶器锥度，尤其是窄面锥度，保持结晶器锥度在1.3%/m左右，并定期更换结晶器。生产实践表明锥度过小会产生角部纵裂纹，锥度过大会产生振痕。

3.2.3 稳定拉速，避免结晶器内钢水液面波动过大，保证液面波动小于±5 mm。

3.2.4 提高铸机对弧精度，保证浸入式水口对中，插入深度和出口倾角要合适，一般控制水口倾角向下15°~35°，防止倾角过大或过小造成角部冲刷严重或液面紊流。

3.2.5 钢水过热度控制在15°～25℃之间，避免高温或低温浇注。

3.2.6 优化二冷配水，保证二冷均匀弱冷，避免热应力造成裂纹扩大。

3.3 坯料质量控制

增加入炉板坯检验工序，加强坯料检查力度，发现缺陷板坯要及时下线，用火焰清理表面缺陷后再入炉，提高原料板坯质量，杜绝缺陷板坯入炉、轧制。

3.4 轧制工艺控制

控制低温段加热速度，避免低温快速加热造成裂纹扩大。保证加热均匀，减小温度梯度，防止轧制过程中不均匀变形。

适当增加道次压下量，可有效地提高轧制变形的深透程度。选择适当的终轧温度，避免两相区混晶轧制。

4 控制效果

改进工艺后，中厚板的表面裂纹明显减少，产品质量稳步提高，中厚板的合格率由改进前的95.20%提高到99.63%。

5 结论

5.1 经过研究分析和对比实验，发现钢板表面裂纹来源于板坯表面裂纹。

5.2 通过优化炼钢、连铸和轧钢工艺，减少板坯表面裂纹，提高入炉板坯质量，钢板表面裂纹得到有效控制。中厚板的合格率由95.2%提高到99.63%。

（收稿2010－03－20责编赵实鸣）

[1]王广生.金属热处理缺陷分析及案例[M].北京：机械工业出版社，2000.150~154.

[2]李建科.板坯表面纵裂纹的成因与控制[J].连铸，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－

张典红，男，2000年毕业于东北大学金属压力加工专业，工程师，现在天铁集团技术中心从事质量管理工作。

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