模铸扁锭缺陷分析及改进措施

沈 艳 邓向阳 张艳军 谢 有

(中天钢铁集团有限公司，江苏213011)

近年来风力发电、核电、海洋石油钻井平台、造船等对大型宽厚板类产品的需求量在日趋增加，同时对该类产品的质量也提出了非常严格的要求，目前生产厚板和特厚板的坯料有模铸扁钢锭、锻压坯、初轧板坯及连铸板坯等。采用模铸梅花钢锭初轧坯生产宽厚板，其生产流程长，效率低，投资大，能耗高，成材率低，而采用连铸板坯，往往受到规格及压缩比的限制难以满足用户的要求，因此大型模铸扁锭更适合作为特殊钢板和特厚钢板的坯料。

1 宽厚钢板无损检测不合缺陷分析

目前我公司生产的13 t～45 t模铸下注扁钢锭产品质量波动非常大，轧成宽厚钢板后无损检测合格率只有60%左右，不仅造成了大量的材料报废，成本损失非常大，严重影响了企业效益，同时还影响了用户交货期。

钢板无损检测不合缺陷类型为点状或点状密集型缺陷，缺陷分布区域也比较一致(如表1、图1所示)，主要分布在头部(冒口)宽度中心区域，向尾部延伸超过钢锭高度一半以上，缺陷分布深度为钢板厚度12附近。无损检测按GBT 2970—2016 Ⅲ级执行。

为查找缺陷原因，对钢板头部进行了低倍酸洗检验，结果发现在150 mm和180 mm厚钢板头部存在不同程度的疏松缺陷(其局部形貌如图2所示)，主要分布在钢板两个宽度14线之间，在厚度方向主要集中在中心部位。这种分布方式与钢板无损检测不合的分布区域极为相似，由此可以判定：钢板无损检测不合是由坯料内部的中心偏析、疏松和内部裂纹等缺陷所致，而在随后的轧制过程中这些低倍缺陷没有被有效压合，最终导致了钢板无损检测不合格，所以对于特厚板来说，轧制速率和高温阶段的单道次压下量(变形向心部渗透的能力)以及堆垛缓冷对特厚板无损检测有一定的影响。

图2 150 mm厚钢板头部低倍缺陷图片
Figure 2 Macroscopic defects in the head of 150 mm thick steel plate

表1 宽厚钢板无损检测情况Table 1 Non-destructive test situations of wide and thick steel plates

表2 改进后的模铸扁锭炼钢生产工艺参数Table 2 The improved process parameters of steelmaking for die casting flat ingot

2 模铸扁锭冶炼及轧制工艺改进措施

为提高钢板无损检测合格率，针对模铸扁锭中存在的低倍缺陷，解决措施主要如下：

(1)增加冒口容积：采用加高圈，其中13 t～20 t钢锭在锭模顶端使用100 mm高的加高圈，对应的冒口内插板高度从原来的500 mm增至600 mm，相应的冒口容积从原来的14%提高至16%；30 t～45 t钢锭在锭模顶端加120 mm高的加高圈，对应的冒口内插板高度从原来的550 mm增至670 mm，相应的冒口容积从原来的15%提高至17.5%。冒口容积的有效提升，增加了冒口处补缩的钢水量，从而可以有效减轻中心缩孔、疏松等低倍缺陷，并可以增加冒口吸收上浮的夹杂物的能力，提高了钢水纯净度。

(2)适当降低钢水的浇注过热度，将浇注过热度由改进前的45～50℃，降低至40～45℃，将扁锭锭身部位的平均浇注速度由170 mmmin～190 mmmin降低至140 mmmin～160 mmmin，将冒口补缩浇注时间延长1 min以上，锭身浇注过程保持注流注速的平稳，冒口补缩过程做到逐步缩流，直至最后大包水口结死断流。过热度及浇注速度的降低均能有效控制钢锭凝固过程中柱状晶的生长，有利于等轴晶的生长，从而提高钢锭内部强度，并能降低钢锭的中心偏析、疏松、缩孔等低倍缺陷。改进后的模铸扁锭炼钢生产工艺参数见表2。

(3)增强冒口的保温作用，尽可能延长冒口处钢液的凝固时间，确保冒口处钢液能对锭身处的凝固缩孔进行充分的补缩，当冒口补缩到13左右时，逐步添加高效发热剂，具体使用量为2.5 kgt～3 kgt，冒口补缩结束后立即加入30 kg～40 kg碳化稻壳对冒口处钢液进行保温。此外，为防止钢锭产生裂纹等缺陷，对脱模及脱冒口时间做出了严格的要求。

(4)钢锭本身带有中心疏松、偏析、缩孔等低倍缺陷，通过浇注过程的改进可以适当减轻这些缺陷，但是很难彻底消除，因此改善轧制工艺条件，可以对钢锭坯料带来的低倍缺陷进行有效弥补。具体措施：增加高温阶段单道次压下量，采用低速轧制，使变形充分向心部渗透，压合疏松、缩孔缺陷。

3 结语

(1)通过分析研究发现，造成宽厚钢板无损检测不合格的原因主要是由其对应的坯料(模铸扁锭)中存在的大量中心疏松、中心偏析、缩孔等

低倍缺陷在轧制过程中没有很好地压合造成的。

(2)针对中心疏松、缩孔、中心偏析等低倍缺陷，公司对钢锭模设计参数尤其是冒口设计参数进行了优化，增加了冒容比，提高了冒口的补缩能力，同时对浇注过热度和浇注速度等浇注工艺参数进行优化，减少了钢锭内柱状晶比例，增加了等轴晶比例，从而提高了钢锭的致密度，改善了钢锭的低倍质量，另外还对轧制工艺参数进行了优化，自2019年下半年以来我公司生产的13 t～45 t下注模铸扁锭坯料轧制的钢板，经无损检测后，尚未出现不合格的现象。