浅析连铸板坯表面裂纹的影响因素及防止措施

2019-03-01房建明

冶金与材料 2019年4期

房建明

（湖南省湘潭市湘潭钢铁集团公司，湖南湘潭 411101）

表面裂纹是影响板坯质量的主要缺陷，对板坯质量和后续成品板材表面质量影响很大，产生裂纹的原因也较为复杂，也会为其轧制的板材带来对应缺陷，造成很多产品表面清理和降级处理，严重时大量报废，造成公司很大的经济损失。因此，对形成原因要认真分析，便于及时采取措施防止裂纹产生。

1 表面纵裂纹特征

顺着拉坯方向在铸坯表面产生的裂纹就是连铸板坯表面纵裂纹，于结晶器内部形成，与表面纵向收缩同一时间出现，在铸坯宽面的中心部位或靠边棱角部位处发生较多。一般表面纵裂纹分为两种：一、细小纵裂纹，宽度＜1mm，深度＜2mm，长度 3～25mm，一般很难观察到；二、粗大纵裂纹，宽度 1～10mm，深度 2～70mm，长度30～25m。纵裂纹的具体特征：①纵裂纹表面伴有凹陷，表面凹陷越大，纵裂纹越严重，反之亦然；②沿柱状晶边界方向，裂纹会逐渐扩展；③裂纹内部夹杂硅、钙、铝等元素；④裂纹周围具有P、S、Mn的偏析；⑤形成裂纹的边缘产生脱碳层，说明高温导致扩展的。

通常纵裂纹长度在10mm以内时，深度会＜0.7 mm。在轧制铸坯前，加热过程表面需氧化1mm左右。所以，裂纹长度在10mm以下，就不会形成板材缺陷。热装轧制工艺中，轧制前，加热时间缩短，表面氧化层厚度减小，使用铸坯冷壮轧制工艺中，才不会形成表面微细纵裂纹的缺陷，但是在热装轧制中，可能会形成表面裂纹缺陷。

2 表面纵裂纹的形成原因

2.1 微裂纹形成

在结晶器内部，钢水凝固的过程中，会形成热应力，这种力形成于内外和上下的温度差，坯壳在热应力、钢水静压力和坯壳与结晶器铜板壁的摩擦力影响，以及气隙板坯宽面收缩受到窄面制约所承受的应力影响，结晶器的初生坯壳厚度不均匀，坯壳经受这些力的作用下，一旦应力超过钢的高温允许强度时，就会在坯壳较为薄弱的地方产生微裂纹。

2.2 微裂纹扩展

进入二冷区后，铸坯在二次冷却水流量较大造成强冷时扩大，在结晶器内部形成裂纹，在二冷区内会变大。铸坯凝固后，组织会发生奥氏体分解相变，铸坯体积会收缩和线收缩，应力就在外形尺寸的变化上产生。在二冷区内，液态钢水会重熔坯壳，坯壳变薄后在钢水静压力的作用下，发生鼓起变形，加剧应力集中。在扇形段发生弯曲和矫直的过程中，铸坯承受较大的机械应力，导致微裂纹扩展变大，从而形成裂纹。

3 表面纵裂纹产生的影响因素

3.1 钢水条件

钢水中［C］在0.10%～0.18%时和钢水中［S］＞0.015%时，导致纵裂纹产生的敏感性增加。［C］＞0.55%时，会减少纵裂纹的发生。在沿着柱状晶边界，表面纵裂纹会延伸展开，钢水中硫含量较高时，就会由于硫在柱状晶界的偏析，减慢晶界处的凝固。凝固后，会因为硫含量较高而减缓晶界处延续性，导致裂纹产生的可能性增加。如果 Mn/S＞30 时，残余元素［Cu］、［As］、［Zn］控制＜0.1%，裂纹产生的敏感性就会降低。

3.2 钢水过热度

结晶器内高温钢水流动时，会随钢水过热度提高每10℃就被吃掉凝固壳大约2mm。因此，初生凝固壳的正常生长会受到钢水过热度影响。钢水过热度过高，初生坯壳变薄，受到热应力较大，容易形成表面纵裂纹；钢水过热度过低，保护渣熔化不好，弯月面的冷却就会不均匀，表面纵裂纹发生的可能性增大。因此，在浇注时，要严格控制钢水过热度，保持在合理范围，以此有效降低表面纵裂纹产生的可能性。

3.3 拉速

表面纵裂纹的发生还随拉速的波动而影响。在生产过程中，拉速波动会受到钢水成分、温度以及换包换水口等因素影响，影响到坯壳厚度，导致裂纹产生的可能性。实践证明，在拉速波动控制在0.1m/min时，不会对表面纵裂纹产生多大影响；但是超出0.1m/min时，就会造成波动范围变大，裂纹的发生率增大。因此，保持拉速稳定，有利于降低裂纹产生的可能性。

3.4 保护渣

保护渣在结晶器内部熔化，可以帮助润滑和改善填充气隙传热。若液渣层的厚度太薄，会造成不充分熔化，流动性也不好，阻碍了润滑和传热，让初生坯壳薄厚不均。因此，务必要挑选性能好的保护渣，且要兼具一定的液渣层厚度，最好在10mm以上，熔化充分，流动性好。低碳钢，就要选择熔点低、碳度低、结晶温度低、粘度适度及熔化速度快的保护渣；中高碳钢系列，保护渣要求凝固温度低、结晶温度低、粘度适度和熔化速度快；包晶钢系列，保护渣要求结晶温度高、碱度高、粘度适度；中碳低合金钢，保护渣主要保证润滑、适当降低传热强度。

4 防止纵裂纹产生的有效策略

在生产过程中，防止产生纵裂纹的有效策略主要有以下几方面：①钢水中［S］＜0.02%，保持［Mn］/［S］＞20；②促进协调生产，将中包钢水过热度合理控制在15～25℃；③尽量维持拉速稳定；④尽量使用结晶器液面自动控制，降低结晶器液位波动，若液面自动控制不稳定，及时采取手动压钢，将波动区间维持在士3mm以内；⑤使用性能良好的保护渣；⑥调整适当的中包吹氩制度，改善钢水纯净度，促进非金属夹杂物上浮；⑦让浸入式水口的出口倾角和插入深度维持合适，对中安装；⑧对二冷区气雾冷却系统加强监控，采用弱冷制度，根据钢种不同和铸机拉速等，选择恰当的二冷水制度，便于控制好冷却水量的分部，让铸坯表面冷却均匀，当表面温度回升小于100℃/min，热应力减小，铸坯矫直的表面温度＞900℃；⑨加强操作，特别是开浇和换水口时并防止塞棒严重抖动。