中厚板连铸坯表面角部横裂纹成因分析与预防措施

李黑山，陈 蒙

宝钢股份，上海 201900

中厚板连铸坯表面角部横裂纹成因分析与预防措施

李黑山，陈 蒙

宝钢股份，上海 201900

中厚板连铸坯表面角部横裂纹是一种常见的铸坯表面缺陷。本文结合宝钢罗泾二号连铸机铸坯实际生产情况和铸坯实物质量情况，初步分析了铸坯表面角部横裂纹成因，从铸机设备状态、钢种化学成份、工艺参数等几个方面提出了预防措施，指导生产管理和操作，有效控制中厚板连铸坯表面角部横裂纹的产生。

中厚板连铸坯；角部横裂纹；成因；预防措施

0 引言

目前，宝钢罗泾二号连铸机生产的铸坯存在表面角部横裂缺陷，铸坯需要下线人工火焰清理，对产品质量、能源消耗、生产成本和物流成本等方面造成制约性影响。

1 宝钢罗泾二号连铸机目前铸坯角裂情况

目前在宝钢罗泾二号连铸机生产的铸坯中，角部横裂纹产生的现象较严重，上半年的精整实绩中，板坯角部横裂发生比例约占总比例的50%以上。按照钢种碳含量不同，对部分钢种发生角部横裂比例情况进行统计（如表1）。

表1

从表1中可以看出，各钢种角部横裂发生比例均较高，其中包晶微合金钢角部横裂≥2级(角裂≥2级：角横裂纹长度≥10mm)的铸坯占检查铸坯总数的72%，中碳微合金钢为50%，低碳微合金钢为31%。由此表可以看出，包晶微合金钢特别容易产生角部横裂纹。

2 铸坯表面角部横裂纹产生部位与形貌特征

2.1 铸坯表面角部横裂纹宏观形貌

图 1 铸坯表面角部横裂纹宏观形貌

图1所示是中碳包晶钢铸坯表面角部的横裂纹，从图中可以清楚看到它是位于铸坯角部的一种细小的横裂纹，裂纹主要分布在铸坯角部，通常在振痕波谷处，裂纹长度通常为5mm～30mm，裂纹宽度约1mm～2mm，裂纹深度大约2mm～5mm。

2.2 角部横裂纹微观形貌

铸坯角部横裂纹的微观金相形貌如图 2所示。通过检查分析，角部横裂纹在连铸坯内、外弧侧的角部振痕波谷处都有发生。在铸坯角部开裂，分别向连铸坯宽面和窄面延伸。

图2 铸坯角部横裂纹的微观金相形貌

根据试验情况，铸坯出结晶器900mm左右已经有角部裂纹，因此可推断可能在结晶器内铸坯角部振痕已有微裂纹或者星状龟裂纹产生，在受矫直应力的作用下，细小裂纹扩展成角部横裂纹。

2.3 角横裂纹成因和机理分析

关于连铸铸坯表面角部横裂纹，国内外已发表了大量关于在钢的连铸过程中出现铸坯裂纹及其形成机理的论文。目前大多数研究者认为角横裂纹是在铸坯凝固过程中产生的。比如Mintz认为钢中N易与Al、V、Nb等元素形成氮化物在晶界析出而降低钢的热塑性，促进了裂纹的发生。Harada等研究发现偏析是横向裂纹的起源，振痕下容易发生裂纹并在奥氏体晶界发展，并最终形成大量的横裂纹。

2.4 铸坯表面角部横裂纹产生的影响因素

2.4.1 化学成分因素对铸坯表面角部横裂纹的影响

C含量为0.09%～0.15%之间的钢液凝固时，可能会发生较大的体积收缩和线收缩，极易产生角部横裂。因此，在钢种成分允许的前提下，钢中的[C]应尽量避开0.09%～0.15%范围。可以减少板坯角部横裂纹发生机率。

2.4.2 钢水温度和拉速的影响

目前在罗泾二号连铸机技术规范中规定了中间包温度对拉速的管理基准，中间包温度和拉速对应关系。在中间包温度方面，从前工序出来的钢水温度明显偏高，每个钢种在浇注时目标过热度为20℃，而实际在浇注时经常达到25℃～30℃，被迫降速，且低拉速下振动频率减慢，振痕加深，增加了应力集中。

通过分析钢水过热度和拉速波动过程中板坯的角裂发生比例，在钢水过热度和拉速的控制不当时，相应板坯角裂发生也较严重。

2.4.3 结晶器冷却水

结晶器冷却水过大会引起坯壳冷却不均，在铸坯表面形成各种裂纹，在浇铸包晶钢时，由于包晶相变，凝固坯壳产生较大的凝固收缩，使得结晶器弯月面出的出生坯壳凝固不均匀，这种坯壳不均匀程度随着结晶器冷却强度增加而加剧。

在浇铸包晶钢钢种时，有的保护渣在结晶器内钢液表面上铺展性不好，浇铸过程中在结晶器角部熔融性不均匀，有渣条出现。渣条吸收钢水中的氧化铝夹杂物后性能发生改变，容易被卷入弯月面改变结晶器角部的热流密度，不利于初生坯壳的冷却和润滑，导致应力集中而产生角部横向裂纹。实践表明，保护渣结晶温度和碱度较低，粘度较高，形成的渣膜较薄，加快了向铜板的传热速度，不利于坯壳的均匀冷却，导致角部裂纹的产生。

2.4.5 二次冷却方式

铸坯成批发生角部裂纹后对铸机二冷水进行了检查，发现：一是二冷喷嘴堵塞严重，二是二冷气水比例失调，造成铸坯冷却不均匀，边角部产生局部应力，加剧了角部裂纹的扩展。另外，发现个别辊的轴承座漏水严重，造成角部温度过低，也是诱发铸坯角部横裂的一个因素。

2.4.6 结晶器振动

由于结晶器振动主要作用是产生负滑脱，使坯壳和结晶器壁分离，负滑脱时间越长，振痕越深，容易产生表面和角部横裂纹，结晶器振动负滑脱时间大小将影响角部横裂纹的产生。

2.4.7 结晶器锥度对铸坯表面角部横裂纹的影响

结晶器的两个窄面锥度降低，锥度太大会增加坯壳的应力，增加产生裂纹的机率。结晶器锥度过大，铸坯出结晶器下口时，摩擦力过大，会导致铸坯产生角部横裂。将锥度适当减小，角部横裂会得到一定程度的改善。

文件出台保障战略目标。为贯彻落实自治区“8337”发展思路中的“五个基地”“两个屏障”“一个桥头堡和沿边经济带”建设和实现未来五年全区水利投入达到1 000亿元的战略目标，水利厅出台了《关于贯彻落实“8337”发展思路构筑水生态治理与水安全保障体系的实施意见》；编制了 《内蒙古2013—2017年重点水生态治理与水安全保障工程规划》，规划总投资1 952.58亿元；制定印发了《水利厅关于黄河两岸绿化与堤防建设的指导意见》。截至11月15日，全自治区已下达水利建设投资63亿元，预计全年全社会水利固定资产投资突破130亿元。

2.5 预防措施

2.5.1 控制钢水温度和拉速

在作业区严格推行标准化作业，在生产时要求前工序严格控制到达回转台的钢水温度，从而保证中间包钢水过热度在目标范围内。使得拉速随中间包钢水温度的降低而提高，在一定程度上减少了铸坯角部横裂纹的发生。

2.5.2 降低冷却强度

首先降低结晶器冷却水量，在调试过程中，将结晶器窄面两侧的冷却水量适当降低，改进前后的参数。如表2所示：

表2

降低结晶器窄面冷却水量之后，使得结晶器窄面冷却强度降低，冷却更加均匀，减少铸坯角部的横裂纹产生。同时将二冷冷却强度降低，在浇铸包晶钢时，特别将2#回路冷却水流量进行了改进，2#回路也是对结晶器窄面进行冷却的，改进的二冷水参数，减弱了二冷强度，从而使得冷却更加均匀，降低铸坯角部横裂纹的产生几率，同时发现板坯的角裂相对较细较浅。

2.5.3 调整结晶器锥度

结晶器倒锥度是铸坯连铸机的一个重要参数。因为钢水从液态到固态有一个体积缩小的过程，结晶器必须有一个合适的倒锥度才能满足坯壳体积收缩的要求，倒锥度太大或太小都会影响铸坯的质量，必须根据铸坯断面尺寸、钢水特点、实际收缩比，采用合适的结晶器倒锥度。

表3

通过调节优化结晶器倒锥度参数，板坯角裂发生比例有所降低，低碳微合金钢、包晶微合金钢、中碳微合金钢角裂对比优化之前均有所降低。

2.5.4 结晶器振动

由于结晶器振动参数对铸坯角部横裂纹产生一定的影响，将大厚度的包晶钢钢种的结晶器振动参数做了相应的调整，如表所示。从表4中可以看出，调整后，在一定的拉速情况下，振幅变小，振动频率增大，有利于减少角部裂纹的产生。

表4

2.5.5 连铸机扇形段和辊缝标定

每次更换扇形段之后以及定期进行扇形段标定，使得扇形段位置达到目标要求。定期走辊缝仪，每次更换扇形段后，都要进行对弧，保证扇形段对中良好。

图3 采取措施前辊缝图

图4 采取措施前的弧度图

图5 标定后的辊缝图

图6 标定和对中后的弧度图

从上图（3、4、5、6）辊缝标定、弧度对中前后的对比图可以看出，辊缝重新标定、弧度对中之后，设备状态明显改善，分析对应时间生产的铸坯表面角裂也得到有效控制，明显减少。

因此，建议每次更换扇形段之后，定期进行扇形段标定，使得扇形段位置达到目标要求。定期走辊缝仪，每次更换扇形段后，都要进行对弧，保证扇形段对中良好。这样可以有效控制铸坯表面产生角部裂纹。

3 结论

改进后比改进前，板坯发生角部横裂百分比有所下降，目前虽然还没有完全消除铸坯表面角部横裂纹，具体的成因机理和改善措施仍需要深入研究，但是通过攻关，宝钢罗泾二号连铸机的角部横裂纹得到控制和减少，特别是铸坯上表面角部横裂纹减少更为明显。

建议从如下几方面制定预防铸坯表面角部横裂纹的措施：1）产品成分设计过程中控制碳含量，尽量避开包晶凝固区；2）调整优化和稳定工艺参数。降低一冷、二冷强度，采用平稳的热冷却，控制矫直铸坯温度；采用合适的保护渣，可以减少振痕和防止坯壳粘结；3）对铸机设备状况状态动态监控。良好的铸机辊缝和弧度；调整振动参数，采用高频率、小振幅结晶器振动，保持结晶器液面稳定，可以减缓板坯角裂发生。

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Reasons Analysis and Preventive Measures of Transverse Corner Crack on the Surface of Medium and Heavy Continuous Casting Slab

LI Heishan，CHEN Meng
Baosteel, ShangHai 201900

Transverse corner crack on the surface of medium and heavy continuous casting slab is a kind of common surface defects.Combining Baosteel Luo Jing No.2 continuous casting machine in actual production condition and slab quality,the papers analyse the reasons and generating mechanism of transverse corner crack on the surface of medium and heavy continuous casting slab ,and describes some preventive measures from the aspects of state of continuous casting machine equipments, steel grade and chemical composition,process parameters etc.These preventive measures can instruct production management and operation and can effectively control Transverse corner crack to improve slab quality.

continuous casting machine; transverse corner crack; preventive measures

TF777

A

1674-6708（2011）34-0094-03