連鑄坯質量對高線質量影響的分析

彭鋒 唐尚保

1、前言

高線產品一般用于建筑和工業深加工，對于工業深加工的高線產品其不同用途和不同加工工藝對高線產品的要求差異很大，本文對影響高線產品質量的連鑄坯質量問題進行了分析。

2、連鑄小方坯常見質量問題對高線質量的影響

連鑄小方坯的缺陷包括形狀、表面和內部三方面，對高線產品質量影響主要是表面角部縱裂紋、橫裂紋、網狀裂紋和內部偏析、皮下氣泡、夾雜等。

2.1 表面角部縱裂紋：連鑄方坯倒角處沿澆鑄方向出現的裂紋稱角部縱裂。裂紋深度一般在1mm～7mm之間。在高線上表現為縱向裂紋、折疊等缺陷，嚴重的造成報廢。

2.1.1 產生原因：連鑄方坯菱形變形率大、結晶器倒角半徑過大、倒錐度過小，使連鑄方坯角部冷卻不均勻，誘發角部縱裂的產生、結晶器磨損變形嚴重、結晶器保護渣性能或消耗量不合適、鑄速、鑄溫控制不合理、結晶器冷卻不合理、結晶器與足輥對中不好、鋼中硫高或Mn/S太低。

2.1.2預防及消除方法：控制好結晶器幾何形狀防止變形，同時合理選擇二冷制度、確定合適的結晶器倒角和結晶器倒錐度，使連鑄方坯角部冷卻均勻、根據結晶器磨損量確定合理的結晶器更換周期、選擇合適的結晶器保護渣、防止保護渣性能惡化、控制好拉速和鑄溫的匹配，結晶器與足輥、扇形段對弧對中良好、結晶器冷卻要合理、鋼水成份控制要合理。

2.2 橫向裂紋：連鑄方坯上下表面的橫裂紋稱橫向裂紋，通常位于連鑄方坯表面振痕的波谷內。橫向裂紋長度較短，一般在5mm～50mm之間。在高線上表現為爛鋼、折疊等缺陷，嚴重的橫向裂紋會導致連鑄方坯報廢。

2.2.1 產生原因：連鑄方坯表面振痕太深、連鑄方坯在脆性溫度區內矯直、二次冷卻太強、連鑄方坯表面的星狀裂紋缺陷在矯直力的作用下，也會龜裂為缺口，擴展成橫裂紋、結晶器液位波動大、振動參數不合理、鋼中Al、Nb、B與N之積不合理、對弧不好。

2.2.2 預防及消除方法： 采用高頻率小振幅的振動方式，減小振痕深度、二冷區采用合理的冷卻，避免在方坯表面溫度處于脆性區時進行矯直、采用潤滑性能好的結晶器保護渣、防止保護渣性能惡化、保持結晶器液位穩定，減少結晶器鋼液面異常波動、保證對弧精度、合理控制鋼中Al、Nb、B與N成份含量、保證結晶器振動裝置的精度。

2.3 星狀裂紋（網狀裂紋）：連鑄方坯星狀裂紋呈細小的龜甲狀，深度一般在5mm以下。由于連鑄方坯表面通常被氧化鐵皮所覆蓋，一般情況下很難看到，經酸洗后，這種裂紋十分清楚地暴露在連鑄方坯表面圖1。在高線上表現為折疊等缺陷。

圖1 網狀裂紋

2.3.1產生原因：高溫坯殼與結晶器銅壁摩擦時，銅優先沿晶界擴散，從而降低了晶界的高溫強度而產生星狀裂紋、Al（Nb、B）N和硫化物在晶界析出也會造成星狀裂紋、鋼中Cu等低熔點有有色金屬向晶界滲透，引起晶界脆性也會導致星狀裂紋產生、保護渣性能差和鋼中氫含量高等。

2.3.2 預防及消除方法：改善結晶器銅板材質，結晶器表面鍍Cr或Ni以增加結晶器表面硬度、適當的控制鋼中殘余元素如Cu<0.20%、控制鋼中合適的Mn/S、鋼中氫≤5ppm、防止保護渣性能惡化等。

2.4 皮下氣泡：沿連鑄方坯表面分布的針孔或在連鑄方坯斷面出現的蜂窩狀孔洞稱氣泡。根據氣泡出現的位置不同可分為皮下氣泡和表面氣泡圖2。在高線上表現為裂紋、結疤、爛鋼、折疊等缺陷，嚴重的皮下氣泡導致連鑄方坯報廢。

圖2 方坯皮下氣泡

2.4.1產生原因：堵引錠材料或引錠桿頭部潮濕、 鋼液氣體含量高、中包烘烤不良、拉速太低等。

2.4.2預防及消除方法：引錠頭和堵引錠所用的材料要干燥，干凈、鋼液脫氧滿足工藝要求，且盡量降低鋼中氣體含量、保證中包烘烤時間和烘烤溫度，使中包內襯干燥，拉速設定要滿足鋼種要求等。

2.5 偏析：連鑄坯橫斷面上從表面到中心各點成份與熔煉成份之間存在差異的現象稱之為偏析，水箱拉撥出現的拉斷斷口。

2.5.1產生的原因：鋼水成份（C、S、P、O為強偏析元素）、二冷偏弱且分配不合理、拉速不合理、過熱度偏高、大斷面提高扇形段輥縫精度大。

2.5.2改進措施：優化鋼水成份設計、提高鋼水純凈度、降低過熱度、控制拉速、增加二冷強度、采用電磁攪拌、采用輕壓下、大斷面提高扇形段輥縫精度大、采用小徑密排導輥等。改善連鑄坯微觀偏析的對策主要是：控制鑄坯凝固組織、優化鋼水成份設計、提高鋼水純凈度、提高冷卻強度、采用電磁攪拌和輕壓下控制凝固前沿鋼液流動等。

3、其他問題例舉

3.1 30MnSi（PC鋼棒產品）在庫房內產生滯后斷裂：皮下氣泡（H、N）在鋼棒的組織應力作用下，在靠鋼棒的表層一端產生裂紋源圖11，裂紋向鋼棒表面擴展而導致滯后斷裂。

3.2 保護渣性能不合引起的渣坑

HPB235軋制過程中出現結疤與爛鋼，其特點是該卷高線從頭部、中部、尾部結疤與爛鋼程度逐步減輕直至消失，對回爐坯酸洗發現渣坑圖3。

圖3 渣坑

4、結束語

連鑄坯質量對高線表面質量和使用性能有重要影響，維護好設備的功能與精度、選用合適的原輔材料、根據用途和鋼種特性制定合理的工藝、工藝過程各工藝參數波動范圍小、對于非穩態條件下的連鑄坯制定合理的處置辦法（如檢查制度、降級制度、讓步制度）等是提高連鑄坯質量、減少質量異議、降低品種開發難度、提高高線產品經濟效益和品牌影響力最有效的辦法。