微合金钢连铸坯角部横裂改善实践

郝国旺 张润平

(山西太钢不锈钢股份有限公司)

0 前言

长期以来，微合金钢连铸坯角部横裂缺陷一直是影响热轧中板表面质量提高的一大因素。经过近年来的不断工艺摸索并经多次改善实践，太钢炼钢二厂南区碳钢连铸坯角部横裂缺陷得到了明显改善。炼钢二厂南区碳钢线以脱硫铁水为主原料，采用顶底复吹转炉+RH生产流程，主要生产对低S、P、C、N、O要求较严的品种钢。在三台连铸机中，1#连铸机和2#连铸机为上世纪80年代和90年代引进的奥钢联设备，连铸坯角部横裂现象严重，时常出现批量缺陷。2011年初通过改善并稳定控制一冷水、二冷水水平，使2#连铸机角部横裂缺陷得到稳定改善，角部横裂缺陷比例控制在0.3%以内。1#连铸机由于设备原因，二冷水调控难度大，角部横裂控制存在波动，缺陷比例达0.8%以上。为了消除连铸坯角部横裂缺陷对热轧中板的质量影响，热轧厂采取了中板两边分别增加30 mm～50 mm的剪切量措施，但影响了综合成材率约0.3个百分点。为此，对1#连铸机生产的连铸坯角部横裂缺陷进行了进一步研究、改善、实践，并取得了显著效果。

1 连铸坯角部横裂缺陷检测及识别

太钢炼钢二厂1#连铸机生产的易发生角部横裂缺陷的钢种主要为微合金钢或低合金钢，其中碳的质量分数约为0.13% ～0.20%，属于包晶钢。在连注过程中，由于在结晶器内弯月面发生包晶反应，极易产生裂纹。该钢种的生产工艺路线为：三脱铁水预处理→复吹转炉→RH→LF炉→直弧型板坯连铸机→加热炉→二辊粗轧→四辊精轧→空冷(雾冷)→检验、包装。

经过现场组织多次试验并跟踪实践后，发明了一种准确、清晰检测连铸坯表面质量特别是皮下缺陷的方法。具体为，用机加工设备将连铸坯表面铣去1 mm～5 mm后，在保证表面具有一定光洁度的情况下进行PT检验，此方法可以有效地检测出连铸坯是否存在表面缺陷或皮下缺陷，并进一步确定出缺陷形貌及深度。这种方法为现场改进质量和现场抽检提供了强有力的支撑。

为了识别出角部横裂缺陷，对热轧钢板轧制后发现有边部裂纹的连铸坯，以及与此连铸坯同炉次的连铸坯进行抽样检查，并进行了专门的表面和皮下检验，结果发现部分连铸坯的上表面角部振痕底部存在深度为2 mm～4 mm的微裂纹。微裂纹检测结果如图1所示。

图1 上表面边部PT检验照片

通过分析连铸坯缺陷存在的位置后发现，裂纹主要集中在连铸坯的上表面，虽个别连铸坯的下表面也出现裂纹，但较轻微。连铸坯左侧边部裂纹较长且较深，热轧中板在公差范围内不易修磨干净;连铸坯右侧边部仅存在少量裂纹，总体上来看，右侧出现裂纹的连铸坯比例约占到20%。

2 角部横裂缺陷分析

2.1 外部影响分析

在连注拉坯过程中始终存在着热应力、鼓肚力、矫直力、磨擦力和机械力等外力的影响。但对装备采取该措施后，通过对生产的连铸坯进行热轧跟踪及对连铸坯进行逐层PT检验，发现角部横裂缺陷的严重程度并没有得到明显改善，连铸坯上表面左侧仍存在着较为明显的角部横裂缺陷。

2.2 内部原因分析

鉴于检修后微合金钢连铸坯上表面左侧仍存在着较为明显的角部横裂缺陷，而右侧无角部横裂缺陷，据此可推测连铸机机架肯定存在着扭曲变形，且左侧的扭曲变形量大于右侧;再者裂纹主要出现在上表面，可以推断出裂纹肯定出现在矫直段。也就是说，由于受设备改造条件的限制，短期内通过小规模检修是根本无法消除连铸坯角部横裂缺陷的。

分析该钢种的特性，之所以出现角部横裂缺陷，是在连铸坯出结晶器后，由于连铸坯振痕底部存在组织且较其它部位粗化，连铸坯振痕底部强韧性较小，但在二冷区连铸坯边部冷却速度却较快，因此当连铸坯拉到矫直段时连铸坯上表面受到拉应力作用，而下表面却受到压应力作用，当连铸坯边部表面振痕底部钢质强韧性不能承受到上表面拉应力时就发生开裂。

3 改进措施及实施

通过以上分析，结合太钢多年来生产低合金钢的生产实践，采取了旨在减小钢质晶粒度和减少钢种应力等措施后，最终消除了1#连铸机生产出的低合金钢连铸坯角部横裂缺陷。

3.1 采用微Ti技术处理

在1#连铸机生产低合金钢时采取了微Ti技术处理，这主要是基于细化连铸坯晶粒是提高连铸坯强韧性方法中较为成熟的技术。有资料［1］表明，钢水在液态时即开始形成Ti(CN)、TiN，在钢水凝固过程中N优先与Ti形成细小的Ti(CN)、TiN并弥散分布在整个连铸坯中，从而细化了连铸坯组织，减少了粗大柱状晶和枝晶组织，提高了连铸坯高温强塑性。

3.2 增加钢中Ti的质量分数

通过增加钢中Ti的质量分数达到进一步细化晶粒的目的。Ti在钢中其质量分数对钢塑性的影响如图2所示。有资料［2］表明，Ti/N控制在3.42时Ti的细化晶粒效果最好。先前太钢的Ti/N大约在1.5～2.2，通过增加Ti的质量分数有利于达到进一步细化晶粒的目的，从而提高钢的高温强塑性，并抑制连铸坯在矫直段产生应力裂纹。

图2 低合金钢Q345B中Ti对钢塑性影响

3.3 适当降低Al的质量分数

适当降低钢中Al的质量分数以减少形成AlN的机率。Al和N也极易形成AlN并在奥氏体晶界析出，微细析出物粒子促进了晶界滑移，从而造成了晶界破坏。Al对钢塑性的影响如图3所示。Ti的加入可有效抑制AlN的形成，为了尽可能减少AlN的形成，适当降低了Al的质量分数以减少形成AlN的机率。

图3 低合金钢Q345B中Al含量对钢的塑性影响

3.4 减少冷却过程变形应力

在角部横裂缺陷彻底得到改善的前阶段，为了确保连注过程中连铸坯受到的外力最小，炼钢二厂针对易出现角部横裂缺陷的微合金钢，采取了生产前进行检修，确保结晶器、零段、二段、二冷凝固末端辊子对中并与标准要求偏差控制在±0.3 mm的范围，减少了冷却过程中的变形应力。

4 实施效果

对1#连铸机生产的低合金钢成分按表1进行了调整试验。

表1 改进前后典型元素质量分数对比%

试验后对轧后中板的质量进行了跟踪，发现基本消除了钢板边部裂纹，通过对超过1万t的钢进行统计分析，该钢种的轧后废品率降到了0.03%以下，与2#连铸机的废品率指标基本持平。在超过1万t低合金钢的生产中，每中包抽检两块连铸坯，对连铸坯逐层进行刨光和PT检验，发现连铸坯两侧均无角部横裂缺陷。PT检验的典型结果如图4所示。

图4 连铸坯右侧边部PT渗透照片

改进后对钢板按厚度进行了跟踪，典型厚度为20 mm时的性能跟踪情况见表2。

表2 跟踪性能变化表

由表2可以看出，成分调整前后钢板的强度和韧性虽有微量变化，但各项性能指标均处于标准中限，完全可以满足标准要求。

5 结论

1)通过对连铸坯表面进行逐层刨光1 mm～5 mm后，进行PT检验可有效检测出连铸坯是否存在表面缺陷或皮下缺陷，从而确定缺陷的形貌及深度，为质量改进、现场抽检提供强有力的支撑。

2)在设备等外部条件无法控制的条件下，通过对钢种个别元素质量分数进行调整，达到了提高钢质强韧性，从而改善或消除连铸坯角部横裂缺陷的目的。

3)通过将［Ti］平均质量分数由0.01%提高至0.025%，［Al］平均质量分数由 0.031% 降低至0.025%，有效消除了1#连铸机机架变形后造成的角部横裂缺陷，使炼钢二厂南区1#连铸机因角部横裂缺陷造成的废品率降低至0.03%以下，成材率平均提高约0.3个百分点。

［1］ 谢利群，毛新平，霍向东.Ti对钢的组织性能的影响.冶金丛刊，2005(1)：1-4，8.

［2］ 雍岐龙.钢铁材料中的第二相.北京：冶金工业出版社，2006：188-194.