1、中厚板表面微裂紋成因分析王大寶劉東夫摘要：簡要介紹了武鋼三煉鋼廠生產(chǎn)的連鑄坯軋制中厚板鋼板表面產(chǎn)生微裂紋的情況,并對微裂紋的成因進行了調(diào)查和分析,根據(jù)攻關(guān)試驗的結(jié)果,采取了相應(yīng)的措施,基本消除了鋼板表面的微裂紋。關(guān)鍵詞：連鑄坯中厚板表面微裂紋Analysis in Formation of Fine Surface Cracks on PlatesWang DabaoLiu Dongfu（Wuhan Iron & Steel Corp.）Abstract：This paper briefly introduces fine cracks occurring on plate surfa

2、ce rolled with continuous cast slabs produced in No.3 Steelmaking Plant of WISCO. After investigating and analyzing the causes of the formation of fine cracks, the corresponding measures have taken according to the experimental results so as to roughly eliminate fine cracks on plate surface.Keywords

3、：concast slabplatefine surface crack1前言武鋼三煉鋼廠投產(chǎn)后,公司于1996年9月開始將一煉鋼廠生產(chǎn)的模鑄鋼逐步轉(zhuǎn)向由二、三煉鋼廠生產(chǎn),1997年以來軋板廠主要由二、三煉鋼廠供料,1997年初三煉鋼廠的連鑄坯在軋板廠軋制的鋼板質(zhì)量較好,但3月份以后,三煉鋼廠生產(chǎn)的16Mn、16MnR、16MnRQ、SS400、Q235A、Q235B等鋼種軋制中厚板,表面出現(xiàn)大面積微裂紋,37月份累計發(fā)現(xiàn)鋼板表面微裂紋5 787 t(見表1)。表面微裂紋呈彌散分布、細若發(fā)絲,需要進行修磨,嚴重影響軋板廠生產(chǎn)任務(wù)的完成,為此,組織攻關(guān)。表11997年18月三煉鋼連鑄坯在軋板廠軋

4、后鋼板表面微裂紋量月份12345678檢查量/t364732344126513105951418764122148983微裂紋量/t/9331581306202513631156發(fā)生率/%/鋼種Q235A、16Mn、16MnR、SS400注:8月份的數(shù)據(jù)是指8月118日的統(tǒng)計數(shù)據(jù)2微裂紋成因調(diào)查2.1中厚板表面微裂紋跟蹤調(diào)查針對三煉鋼廠的冶煉、連鑄工藝,共跟蹤了7爐16Mn,并對連鑄坯進行了硫印、低倍檢驗和表面酸蝕處理。從三煉鋼廠的冶煉、連鑄工藝來看,除澆鑄溫度偏高外,其他較為正常;鋼的化學(xué)成分控制較好,僅Als偏高,平均為:w(Als)為0.034 %。對跟蹤的6爐鑄坯進行硫印檢驗,對三塊鑄

5、坯進行了低倍檢驗,結(jié)果表明:6爐鋼硫印坯均有0.51.0級的針孔缺陷,這一缺陷從低倍檢驗中也可看出,該缺陷在表面下2040 mm處,將不會引起鋼板表面微裂紋。對721460、721461、721463爐的硫印坯表面進行了酸洗,方法是:沿鑄坯內(nèi)外弧表面切取25 mm厚的試樣,共計14塊,然后對表面進行酸洗。其中9塊(內(nèi)外弧比例相當)有長約510 mm縱、橫向長短不規(guī)則的細條裂紋和星狀裂紋。裂紋的金相組織不存在嚴重的非金屬夾雜物,經(jīng)3 %硝酸酒精侵蝕,裂紋附近組織為魏氏組織,裂紋深約0.592 mm,寬約0.227 mm。從軋制情況看:某些批號存在表面微裂紋,但與鑄坯表面裂紋并無明顯的對應(yīng)關(guān)系,因

6、為對取有鑄坯試樣的板坯在不同程度上發(fā)現(xiàn)表面縱裂紋、橫裂紋。跟蹤試驗過程中,檢查發(fā)現(xiàn)連鑄二次冷卻噴嘴堵塞嚴重,后改善二冷水質(zhì),對堵塞的噴嘴進行清理、更換,使二次冷卻得到了改善。針對連鑄坯軋后表面微裂紋缺陷,進行了不同的軋鋼加熱溫度(1 200 、1 250 )和板坯扒皮試驗。兩種加熱制度分別試驗了50塊(C720915,Q235)和30塊(C720289,Q235)均未發(fā)現(xiàn)鋼板表面微裂紋。連鑄坯扒皮試驗共進行了兩次,第一次試驗扒皮10塊,未扒皮20塊,鋼板表面均未發(fā)現(xiàn)表面微裂紋,未扒皮的20塊中有少部分存在夾渣現(xiàn)象;第二次試驗扒皮10塊,未扒皮58塊(C721594,16MnR),其中10塊扒皮

7、連鑄坯軋制的鋼板表面未發(fā)現(xiàn)微裂紋,58塊未扒皮連鑄坯軋制的鋼板有18塊表面未發(fā)現(xiàn)微裂紋,40塊發(fā)現(xiàn)微裂紋?？傊?根據(jù)對冶煉、軋制的跟蹤調(diào)查、不同加熱溫度的軋制試驗和連鑄坯扒皮試驗的結(jié)果,初步結(jié)論認為:中厚板表面微裂紋的產(chǎn)生是由于連鑄坯的表面缺陷引起的。因此,集中力量對連鑄坯本身的缺陷進行攻關(guān),試驗集中在16Mn系列鋼上進行。2.2微裂紋攻關(guān)試驗2.2.1重新制訂的工藝規(guī)程和試驗要點(1)重新制訂的16Mn系列鋼的過程溫度和拉速標準。拉速比原標準提高了0.1 m/min。(2)攻關(guān)計劃對煉鋼、連鑄工藝特別強調(diào)以下幾點。嚴禁用回爐鋼冶煉該鋼種。轉(zhuǎn)爐吹煉終點避免鋼水過氧化,出鋼過程中嚴禁用鋁丸深脫氧

8、,確保鋼中含N量達到新的冶煉工藝規(guī)程的要求,鋼中含氮w(N)0.006 %;如果出現(xiàn)鋼水過氧化現(xiàn)象,可以采用Al-Mn-Fe進行預(yù)脫氧;出鋼采用擋渣帽、擋渣塞擋渣,嚴格控制下渣量,確保鋼包中渣的厚度小于50 mm。Ar站要保證吹氬時間和氬氣流量,使鋼水溫度、成分均勻化,在吹A(chǔ)r過程中首先將溫度調(diào)整合適,然后再進行終脫氧,要確保鋼中酸溶鋁達到w(Als)為0.008 %0.024 %,并保證出站溫度。連鑄必須確保溫度與拉速匹配,中包塞棒、吹氣水口吹氬量要適中,嚴禁出現(xiàn)結(jié)晶器液面明顯翻動。(3)為了考察工藝參數(shù)對鑄坯質(zhì)量的影響,進行了以下對比試驗。連鑄使用不同的結(jié)晶器銅板,其中一流使用鍍Cr-Ni

9、銅板,另一流使用無鍍層的含Ag銅板。連鑄中包塞棒、吹氣水口進行吹氬和不吹氬同流對比試驗,二者各試驗20爐。使用兩種結(jié)晶器保護渣進行同流對比試驗,對吹氬和不吹氬的工藝各20爐中,每種保護渣各使用10爐。2.2.240爐攻關(guān)試驗煉鋼工藝參數(shù)和試驗結(jié)果(1)控制中間包溫度中間包溫度顯著降低。中間包鋼水溫度均在1 5201 550 范圍內(nèi),平均值為1 534.6 ,比攻關(guān)前中包平均溫度1 538.31 (72爐平均)降低了3.7 ,中包最高溫度也由1 561 降至1 550 。攻關(guān)試驗爐次連鑄中包平均溫度1 534.6 與中包目標溫度1 532 較為接近,而且攻關(guān)試驗爐次中包溫度處于中包目標溫度1 5

10、24.51 539.5 范圍內(nèi)的爐次占56.4 %;如果將中包溫度低于1 524.5 的爐次也作為滿足中包目標溫度,則中包溫度處于目標溫度范圍內(nèi)的爐次比例達69.2 %,溫度控制較好。(2)控制拉速攻關(guān)試驗爐次連鑄拉速也顯著提高。平均拉速達1.17 m/min(40爐平均),最高拉速為1.3 m/min,比56月份的平均拉速1.05 m/min(72爐平均)提高了0.12 m/min,試驗爐次基本是按冶煉工藝規(guī)程控制拉速,使中包溫度與拉速匹配。(3)攻關(guān)試驗爐次鋼中含氮和酸溶鋁的控制攻關(guān)試驗強調(diào)要求鋼中含氮w(N)0.006 %,但從攻關(guān)試驗爐次鋼中氮含量來看,效果不盡理想,攻關(guān)試驗爐次鋼中成

11、品的氮含量分布如圖1所示,鋼中含氮w(N)0.006 %的僅占57.89 %。圖1攻關(guān)試驗爐次鋼中成品N含量分布圖由于對鋼中酸溶鋁采取了控制措施,攻關(guān)前后鋼中酸溶鋁有了明顯的降低,56月份鋼中酸溶鋁平均值w(Als)為0.0275 %(72爐平均),攻關(guān)試驗爐次鋼中w(Als)平均值為0.022 %(13爐平均),降低了0.0055 %。(4)連鑄工藝對比試驗試驗過程中進行了浸入式水口吹氣與否、保護渣以及結(jié)晶器銅板鍍層與否的對比試驗。由于連鑄絕大多數(shù)爐次使用的是韓國生產(chǎn)的STSP/3R保護渣,故保護渣對鑄坯表面質(zhì)量的影響不具備對比性,但從使用情況看,該保護渣雖可基本滿足三煉鋼的需要,但仍結(jié)渣條

12、。此次試驗強調(diào)要控制吹氣水口的吹氣量,以保證結(jié)晶器液面的穩(wěn)定,使用吹氣水口的爐次吹氬量控制適中,結(jié)晶器液面穩(wěn)定。從此次侵入式水口吹氣與否的對比試驗來看:使用吹氣水口和不吹氣水口對中厚板表面微裂紋的影響不大。試驗過程中,對結(jié)晶器銅板使用鍍Ni-Cr與否進行了對比,表2是攻關(guān)試驗爐次軋后鋼板表面微裂紋發(fā)生率的對比表。從表2可以看出,結(jié)晶器使用鍍Ni-Cr銅板生產(chǎn)的連鑄坯軋后鋼板表面微裂紋的發(fā)生率很低,僅0.99 %,而使用不鍍層的含Ag銅板生產(chǎn)的連鑄坯軋后鋼板表面微裂紋的發(fā)生率卻達34.35 %,因此,結(jié)晶器銅板鍍層與否是影響中厚板表面微裂紋發(fā)生率的主要因素。1997年年初均使用鍍Ni-Cr銅板,

13、微裂紋發(fā)生率很低(見表1);5月份開始部分使用不鍍層的含Ag銅板,微裂紋的發(fā)生率上升,從未能區(qū)分結(jié)晶器類型的攻關(guān)爐次微裂紋發(fā)率11.15 %來看,與58月份10 %14 %的微裂紋發(fā)生率相當,這從另一側(cè)面也說明了上述觀點。表2攻關(guān)試驗爐次軋后鋼板表面微裂紋發(fā)生率的對比表結(jié)晶器銅板類型成品量/t一級品量/t微裂紋量/t微裂紋發(fā)生率/%鍍Ni-Cr銅板含Ag銅板未區(qū)分的爐次(5)鑄坯表面質(zhì)量低倍檢驗及探針分析基于第一階段跟蹤調(diào)查時對鑄坯的檢驗,為了檢查采取措施后鑄坯表面的質(zhì)量,又進行了低倍、金相檢驗和探針分析,其結(jié)果為:鑄坯表面的縱、橫向裂紋明顯較少,鑄坯的主要缺陷是星狀裂紋和少量的氣孔,此次共檢

14、查了16塊酸洗低倍試樣,內(nèi)外弧各8塊,結(jié)果表明:鍍Ni-Cr的銅板生產(chǎn)的鑄坯星狀裂紋比無鍍層的輕,外弧缺陷比內(nèi)弧輕。對鑄坯表面氣孔部位進行金相和探針分析(經(jīng)酸洗后試樣),發(fā)現(xiàn)典型的連串氣孔形成的針孔形貌,針孔表面氧化嚴重,并有少量Al2O3、SiO2、CaO夾雜物。對星狀裂紋部位分析表明:裂紋在低倍放大情況下呈蟹狀,探針高倍放大情況下裂紋表面凸凹不平,成分分布也不均勻,以氧化鐵為主,同時,分布有Al2O3、SiO2等夾雜物。在星狀裂紋中還發(fā)現(xiàn)一些組元的偏聚現(xiàn)象,其中部分星狀裂紋以銅的偏聚最為嚴重,兩批對星狀裂紋進行探針分析,第一批個別部位銅含量高達1.28 %,第二批發(fā)現(xiàn)部分裂紋深處有高出鋼基

15、近20倍的銅(0.61 %),有一部分星狀裂紋中銅的偏聚較少;此外,裂紋中存在有較高的C、Si、S、Na、Ca、Al、O,說明裂紋中存在夾雜物和保護渣的滲入。部分星狀裂紋深度可達4 mm,在經(jīng)加熱和軋制后裂紋無法消除。2.2.3連鑄坯星狀裂紋產(chǎn)生原因星狀裂紋產(chǎn)生的主要原因:一是坯殼在高溫下和結(jié)晶器銅板接觸時,結(jié)晶器銅板中的銅滲入坯殼,由于銅的擴散系數(shù)小,所以在鑄坯表面形成一個銅的富集層,其熔點較低,在1 100 左右即呈液相,該液相浸潤晶粒間界致使高溫下晶界脆化,此時在應(yīng)力的作用下就會沿此脆化的晶界開裂,形成星狀裂紋;二是據(jù)資料介紹:鋼中AlN也是形成星狀裂紋的因素之一。尤其是對16Mn(B)

16、等裂紋敏感性鋼更易產(chǎn)生。此次試驗發(fā)現(xiàn)的星狀裂紋便是沿奧氏體晶界延伸。消除連鑄坯表面星狀裂紋的有效措施一是使用結(jié)晶器銅板鍍層或采用硬度較高的銅合金,二是降低鋼中Als含量使之保持在合理的范圍內(nèi),盡量降低鋼中的N含量,其主要原因是:(1)銅板鍍層提高了表面硬度和耐磨性,避免了銅板與高溫鑄坯的直接接觸,減少了滲銅的可能性。還可提高結(jié)晶器銅板的使用壽命。(2)銅板鍍層增加了鑄坯與結(jié)晶器冷卻水之間的傳熱熱阻,降低了一次冷卻強度和冷卻速度,提高了結(jié)晶器導(dǎo)熱的均勻性。結(jié)晶器采用弱冷對澆鑄16Mn(B)等裂紋敏感性強的鋼尤其重要。日本有關(guān)研究表明:采用鍍Ni-Cr銅板,總的導(dǎo)熱率降低,鑄坯表面的溫度梯度也有所

17、降低。(3)降低鋼中Als含量,并防止轉(zhuǎn)爐鋼水過氧化和鋼水的二次氧化、防止吸氮,減少AlN沿晶界析出。AlN對星狀裂紋的影響還有待進一步研究。2.2.4攻關(guān)試驗結(jié)論通過攻關(guān)試驗,認為中厚板表面微裂紋是由于連鑄坯表面裂紋引起的,通過采用鍍層結(jié)晶器可以減少星狀裂紋的發(fā)生;通過改善二次冷卻,降低澆鑄溫度、使溫度與拉速匹配、使拉速與目前使用的保護渣匹配、控制水口的吹氬量以保持結(jié)晶器液面穩(wěn)定、定期檢查清理二冷噴嘴、控制鑄坯矯直溫度、避開脆性區(qū)矯直等措施,使鑄坯表面的縱裂紋、橫裂紋基本消除?；究梢韵泻癜灞砻娴奈⒘鸭y。 3措施實施及效果根據(jù)兩個階段的跟蹤試驗結(jié)果,三煉鋼廠于8月底開始澆鑄供軋板廠的鋼,

18、均采用鍍層結(jié)晶器,并按新的工藝規(guī)程組織生產(chǎn),從軋制不同規(guī)格的中厚板來看,鋼板表面微裂紋已基本消除。結(jié)果見表3。表39月份生產(chǎn)供軋板廠的鋼軋制中厚板微裂紋統(tǒng)計表鋼種檢查量/t改軋量/t裂紋量/t微裂紋發(fā)生率/%Q235A、Q235B/16Mn、16MnR、16Mnq注:表3中改軋量包括微裂紋原因改軋和其他原因改軋,裂紋量包括鋼板表面微裂紋和其他裂紋,微裂紋發(fā)生率包括了改軋量和裂紋量,沒有嚴格區(qū)分是否是鋼板表面微裂紋。 從表3可以看出:攻關(guān)工作取得了明顯的效果,三煉鋼廠冶煉供軋板廠的鋼,軋制不同厚度的鋼板,其表面微裂紋已基本消除。4結(jié)語通過微裂紋攻關(guān),現(xiàn)已基本消除了中厚板表面微裂紋,三煉鋼廠生產(chǎn)的連鑄坯可以供軋板廠軋制不同規(guī)格的中厚板;通過攻關(guān)可以得出以下結(jié)論,并提出如下意見:(1)中厚板表面微裂紋是由于連鑄坯表面裂紋引起的。(2)連鑄坯表面的星狀裂紋產(chǎn)生于結(jié)晶器中,沿奧氏體晶界分布,其產(chǎn)生的直接原因是連鑄坯表面滲銅,據(jù)資料介紹AlN沿晶界析出也是原因之一,通過采用鍍層結(jié)晶器可以減少星狀裂紋的發(fā)生。(3)通過改善二次冷卻,降低澆鑄溫度、使溫度與拉速匹配、使拉速與目前使用的保護渣匹配