微合金鋼連鑄坯角部橫裂改善實踐

郝國旺 張潤平

(山西太鋼不銹鋼股份有限公司)

0 前言

長期以來，微合金鋼連鑄坯角部橫裂缺陷一直是影響熱軋中板表面質量提高的一大因素。經過近年來的不斷工藝摸索并經多次改善實踐，太鋼煉鋼二廠南區碳鋼連鑄坯角部橫裂缺陷得到了明顯改善。煉鋼二廠南區碳鋼線以脫硫鐵水為主原料，采用頂底復吹轉爐+RH生產流程，主要生產對低S、P、C、N、O要求較嚴的品種鋼。在三臺連鑄機中，1#連鑄機和2#連鑄機為上世紀80年代和90年代引進的奧鋼聯設備，連鑄坯角部橫裂現象嚴重，時常出現批量缺陷。2011年初通過改善并穩定控制一冷水、二冷水水平，使2#連鑄機角部橫裂缺陷得到穩定改善，角部橫裂缺陷比例控制在0.3%以內。1#連鑄機由于設備原因，二冷水調控難度大，角部橫裂控制存在波動，缺陷比例達0.8%以上。為了消除連鑄坯角部橫裂缺陷對熱軋中板的質量影響，熱軋廠采取了中板兩邊分別增加30 mm～50 mm的剪切量措施，但影響了綜合成材率約0.3個百分點。為此，對1#連鑄機生產的連鑄坯角部橫裂缺陷進行了進一步研究、改善、實踐，并取得了顯著效果。

1 連鑄坯角部橫裂缺陷檢測及識別

太鋼煉鋼二廠1#連鑄機生產的易發生角部橫裂缺陷的鋼種主要為微合金鋼或低合金鋼，其中碳的質量分數約為0.13% ～0.20%，屬于包晶鋼。在連注過程中，由于在結晶器內彎月面發生包晶反應，極易產生裂紋。該鋼種的生產工藝路線為：三脫鐵水預處理→復吹轉爐→RH→LF爐→直弧型板坯連鑄機→加熱爐→二輥粗軋→四輥精軋→空冷(霧冷)→檢驗、包裝。

經過現場組織多次試驗并跟蹤實踐后，發明了一種準確、清晰檢測連鑄坯表面質量特別是皮下缺陷的方法。具體為，用機加工設備將連鑄坯表面銑去1 mm～5 mm后，在保證表面具有一定光潔度的情況下進行PT檢驗，此方法可以有效地檢測出連鑄坯是否存在表面缺陷或皮下缺陷，并進一步確定出缺陷形貌及深度。這種方法為現場改進質量和現場抽檢提供了強有力的支撐。

為了識別出角部橫裂缺陷，對熱軋鋼板軋制后發現有邊部裂紋的連鑄坯，以及與此連鑄坯同爐次的連鑄坯進行抽樣檢查，并進行了專門的表面和皮下檢驗，結果發現部分連鑄坯的上表面角部振痕底部存在深度為2 mm～4 mm的微裂紋。微裂紋檢測結果如圖1所示。

圖1 上表面邊部PT檢驗照片

通過分析連鑄坯缺陷存在的位置后發現，裂紋主要集中在連鑄坯的上表面，雖個別連鑄坯的下表面也出現裂紋，但較輕微。連鑄坯左側邊部裂紋較長且較深，熱軋中板在公差范圍內不易修磨干凈;連鑄坯右側邊部僅存在少量裂紋，總體上來看，右側出現裂紋的連鑄坯比例約占到20%。

2 角部橫裂缺陷分析

2.1 外部影響分析

在連注拉坯過程中始終存在著熱應力、鼓肚力、矯直力、磨擦力和機械力等外力的影響。但對裝備采取該措施后，通過對生產的連鑄坯進行熱軋跟蹤及對連鑄坯進行逐層PT檢驗，發現角部橫裂缺陷的嚴重程度并沒有得到明顯改善，連鑄坯上表面左側仍存在著較為明顯的角部橫裂缺陷。

2.2 內部原因分析

鑒于檢修后微合金鋼連鑄坯上表面左側仍存在著較為明顯的角部橫裂缺陷，而右側無角部橫裂缺陷，據此可推測連鑄機機架肯定存在著扭曲變形，且左側的扭曲變形量大于右側;再者裂紋主要出現在上表面，可以推斷出裂紋肯定出現在矯直段。也就是說，由于受設備改造條件的限制，短期內通過小規模檢修是根本無法消除連鑄坯角部橫裂缺陷的。

分析該鋼種的特性，之所以出現角部橫裂缺陷，是在連鑄坯出結晶器后，由于連鑄坯振痕底部存在組織且較其它部位粗化，連鑄坯振痕底部強韌性較小，但在二冷區連鑄坯邊部冷卻速度卻較快，因此當連鑄坯拉到矯直段時連鑄坯上表面受到拉應力作用，而下表面卻受到壓應力作用，當連鑄坯邊部表面振痕底部鋼質強韌性不能承受到上表面拉應力時就發生開裂。

3 改進措施及實施

通過以上分析，結合太鋼多年來生產低合金鋼的生產實踐，采取了旨在減小鋼質晶粒度和減少鋼種應力等措施后，最終消除了1#連鑄機生產出的低合金鋼連鑄坯角部橫裂缺陷。

3.1 采用微Ti技術處理

在1#連鑄機生產低合金鋼時采取了微Ti技術處理，這主要是基于細化連鑄坯晶粒是提高連鑄坯強韌性方法中較為成熟的技術。有資料［1］表明，鋼水在液態時即開始形成Ti(CN)、TiN，在鋼水凝固過程中N優先與Ti形成細小的Ti(CN)、TiN并彌散分布在整個連鑄坯中，從而細化了連鑄坯組織，減少了粗大柱狀晶和枝晶組織，提高了連鑄坯高溫強塑性。

3.2 增加鋼中Ti的質量分數

通過增加鋼中Ti的質量分數達到進一步細化晶粒的目的。Ti在鋼中其質量分數對鋼塑性的影響如圖2所示。有資料［2］表明，Ti/N控制在3.42時Ti的細化晶粒效果最好。先前太鋼的Ti/N大約在1.5～2.2，通過增加Ti的質量分數有利于達到進一步細化晶粒的目的，從而提高鋼的高溫強塑性，并抑制連鑄坯在矯直段產生應力裂紋。

圖2 低合金鋼Q345B中Ti對鋼塑性影響

3.3 適當降低Al的質量分數

適當降低鋼中Al的質量分數以減少形成AlN的機率。Al和N也極易形成AlN并在奧氏體晶界析出，微細析出物粒子促進了晶界滑移，從而造成了晶界破壞。Al對鋼塑性的影響如圖3所示。Ti的加入可有效抑制AlN的形成，為了盡可能減少AlN的形成，適當降低了Al的質量分數以減少形成AlN的機率。

圖3 低合金鋼Q345B中Al含量對鋼的塑性影響

3.4 減少冷卻過程變形應力

在角部橫裂缺陷徹底得到改善的前階段，為了確保連注過程中連鑄坯受到的外力最小，煉鋼二廠針對易出現角部橫裂缺陷的微合金鋼，采取了生產前進行檢修，確保結晶器、零段、二段、二冷凝固末端輥子對中并與標準要求偏差控制在±0.3 mm的范圍，減少了冷卻過程中的變形應力。

4 實施效果

對1#連鑄機生產的低合金鋼成分按表1進行了調整試驗。

表1 改進前后典型元素質量分數對比%

試驗后對軋后中板的質量進行了跟蹤，發現基本消除了鋼板邊部裂紋，通過對超過1萬t的鋼進行統計分析，該鋼種的軋后廢品率降到了0.03%以下，與2#連鑄機的廢品率指標基本持平。在超過1萬t低合金鋼的生產中，每中包抽檢兩塊連鑄坯，對連鑄坯逐層進行刨光和PT檢驗，發現連鑄坯兩側均無角部橫裂缺陷。PT檢驗的典型結果如圖4所示。

圖4 連鑄坯右側邊部PT滲透照片

改進后對鋼板按厚度進行了跟蹤，典型厚度為20 mm時的性能跟蹤情況見表2。

表2 跟蹤性能變化表

由表2可以看出，成分調整前后鋼板的強度和韌性雖有微量變化，但各項性能指標均處于標準中限，完全可以滿足標準要求。

5 結論

1)通過對連鑄坯表面進行逐層刨光1 mm～5 mm后，進行PT檢驗可有效檢測出連鑄坯是否存在表面缺陷或皮下缺陷，從而確定缺陷的形貌及深度，為質量改進、現場抽檢提供強有力的支撐。

2)在設備等外部條件無法控制的條件下，通過對鋼種個別元素質量分數進行調整，達到了提高鋼質強韌性，從而改善或消除連鑄坯角部橫裂缺陷的目的。

3)通過將［Ti］平均質量分數由0.01%提高至0.025%，［Al］平均質量分數由 0.031% 降低至0.025%，有效消除了1#連鑄機機架變形后造成的角部橫裂缺陷，使煉鋼二廠南區1#連鑄機因角部橫裂缺陷造成的廢品率降低至0.03%以下，成材率平均提高約0.3個百分點。

［1］ 謝利群，毛新平，霍向東.Ti對鋼的組織性能的影響.冶金叢刊，2005(1)：1-4，8.

［2］ 雍岐龍.鋼鐵材料中的第二相.北京：冶金工業出版社，2006：188-194.