耐硫酸露点腐蚀用钢09CrCuSb铸坯表面裂纹缺陷的分析与研究

2018-11-23宋苓芝刘志勇

山西冶金 2018年5期

宋苓芝，刘志勇

（河钢股份有限公司唐山分公司，河北唐山 063016）

耐硫酸露点腐蚀用钢即在钢中加入Cu、Sb、Ni等耐腐蚀性元素，据文献报道，在钢中添加适量的铜对抵消钢中硫的有害作用有着明显的效果，同时改变着高硫和低硫钢的耐大气腐蚀效果[1]。铜与其他元素(如P、Ni等)复合使用时，提高耐大气腐蚀性能的效果更好，为了达到较好的耐大气腐蚀性能，在低合金钢中铜的加入量一般规定在0.2%～0.5%。唐山中厚板材有限公司生产的耐硫酸露点腐蚀用钢在钢中Cu、Sb、Ni等耐腐蚀性元素后，铸坯出现了表面裂纹，通过实验室高温热塑性分析，研究了其形成原因及控制方法，铸坯表面裂纹缺陷得到有效控制。

1 铸坯表面裂纹缺陷的原因分析

1.1 裂纹缺陷宏观形貌及高温温热塑性分析

耐硫酸露点腐蚀用钢09CrCuSb铸坯表面裂纹缺陷的宏观形貌（见图1），为探求其原因，铸坯在连铸过程中是一个弯曲、矫直的过程，可采用不同温度拉伸的方法研究其高温热塑性。按照降温、升温、降温的顺序检测弯曲矫直塑性（见图2），同时检测了该钢的高温塑性（见下页图3）。可以看出，如果板坯表面的温度曾经低于700℃，然后，又返温回到了1000℃弯曲或矫直，则此时的塑性（面缩率）为15%，很容易造成弯曲或矫直时开裂。

1.2 连铸过程冷却制度分析

图1 缺陷宏观形貌

图2 检测弯曲矫直塑性的实验方案

对图3 09CrCuSb钢高温塑性进行详细说明，在传统工艺下，板坯在二冷区的冷却制度见下页图4[1]，当板坯拉出结晶器进入0段强冷区后，冷却水可以从板坯表面带走大量的热，而且带走的热量可能比内部传出的热量要多，板坯表面的温度就会逐渐降低，尤其是中厚板坯厚，拉速很低，在强冷区停留的时间过长，这大大增加了降至低温的几率，表面温度降低至约700℃左右。此后，冷却强度减小，温度迅速回升，达到约1 000℃左右的水平。也就是说，板坯在进入弯曲矫直段之前，总是先有一个“冷至更低温度，然后再返温回升”的过程，此过程对钢的塑性产生极大的影响。这个温度的变化过程与图3弯曲矫直塑性模拟结果相对应。

图3 09CrCuSb钢高温塑性

图4 板坯在二冷区的冷却

1.3 强冷制度下铸还金相组织分析

表1为传统冷却与强冷冷却的工艺参数，图5、图6为对应工艺下铸坯表面金相组织的对比，研究表明强冷工艺下晶粒度明显得到细化，通过分析发现，传统工艺下的晶粒平均尺寸约为200～300μm，而强冷水量下晶粒平均尺寸约为50 μm。同时当厚度大于10 mm时，晶粒尺寸细化程度不再发生明显变化，这说明由强冷造成的晶粒细化层大约为10 mm左右。

相关研究表明，当铸坯晶粒度约为50 μm时，铸坯的高温塑形显著提高[2]。晶粒细化使得晶界数量增加，由于晶界两侧晶体取向不同，裂纹通过晶界时需要改变方向，消耗了裂纹扩展能，降低了裂纹发生的可能性。