板坯中心裂紋的形成原因及控制措施

張明國 張菁文 張爾康

（山東鋼鐵股份有限公司 濟南分公司，山東 濟南 250101）

0 前言

鑄坯中心裂紋在軋制過程中不能焊合，在鋼板的斷面會出現嚴重的分層缺陷，在鋼卷或薄板的表面呈中間波浪形缺陷，在軋制過程中還會出現斷帶事故，給成品材的軋制和使用帶來不利影響。濟鋼集團總公司120t 煉鋼區域1號鑄機自投產以來，生產一直穩定順行，鑄坯設計厚度200mm 的占70%，厚度270mm 鑄坯占30%，但隨著濟鋼對厚規格產品開發的加快，鑄機基本全部生產270mm 鑄坯，鑄機扇形段負荷增大，近年以來鑄坯中心裂紋非常嚴重，產生了大量的廢品。本文結合生產實踐，從連鑄設備和工藝兩方面對板坯中心裂紋的形成原因、影響因素等進行探討并提出改進措施。

1 連鑄機狀況

機型：直弧形，1 流

鋼包容量：125t

中間包容量：38t

結晶器：長900mm，帶足輥

鑄機半徑：10m

澆鑄斷面：200×（1200～2100）mm，270×（1600～2100）mm

工作拉速：0.4～2.2m/min

振動方式：液壓振動

振幅：±6mm

振頻：0～400c/min

矯直方式：連續彎曲連續矯直

冶金長度：34.20m

設計能力：125 萬t/年

2 中心裂紋成因分析

鑄坯裂紋的形成是傳熱、傳質和應力相互作用的結果。帶液芯的高溫鑄坯在鑄機內運行過程中，各種力的作用是產生裂紋的外因，而鋼對裂紋的敏感性是產生裂紋的內因。鑄坯是否產生裂紋決定于鋼的高溫力學性能、凝固冶金行為和鑄機設備運行狀態。板坯中心裂紋是由于凝固末端鑄坯鼓肚、中心偏析和凝固收縮產生的。

3 控制中心裂紋的對策

3.1 控制良好的鑄機設備運行狀態

鋼的高溫力學性能與鑄坯的裂紋有直接關系，鑄坯凝固過程中固液界面承受的應力（如熱應力、鼓肚力、矯直力等）和由此產生的塑性變形超過允許的高溫強度和臨界應變值，則形成樹枝晶間裂紋，柱壯晶越發達，越有利于裂紋的發展。因此要減少鑄坯產生裂紋的幾率，就必須使作用在鑄坯上的應力總和最小，減小應力有效的辦法是使鑄機設備處于良好的運行狀態。

3.1.1 制定嚴格的鑄機使用狀況標準

對弧誤差<0.2mm；

開口度偏差±0.2mm

輥子磨損變形<0.5mm

輥子裂紋寬度<0.5mm

3.1.2 加強彎曲段、矯直段的維護

輥道和框架在澆鑄過程中受較大矯直力和鋼水靜壓力作用，易產生變形，因此對彎曲段和矯直段進行重點維護，根據計算機監控鑄機開口度變化情況，指導鑄機有計劃的檢修，確保鑄機設備具有可靠精度值。

3.2 控制鋼的凝固冶金行為

鑄坯在凝固末期形成中心偏析、疏松和縮孔，如果此時鋼水過熱度過高，拉速與溫度不匹配，輥縫開口度擴大，鑄坯就出現斷續性中心裂紋。

鑄坯偏析有兩種形成機理，凝固橋理論和鼓肚理論。凝固橋理論是鑄坯凝固過程中凝固橋的形成阻止鋼液的補縮，形成中心縮孔和疏松，導致中心偏析；鼓肚理論是鑄坯凝固過程中坯殼鼓肚造成樹枝晶間富集溶質液體的流動，或者凝固末期由于鑄坯收縮使凝固末端富集溶質液體流動導致中心偏析[1]。為減少中心偏析、疏松、縮孔，要抑制柱狀晶生長，擴大中心等軸晶區和抑制液相穴末端富集溶質的殘余鋼液的流動。

3.2.1 控制鋼水的過熱度

鑄坯柱狀晶發達，使鑄坯成各向異性，裂紋容易擴展，易出現搭橋現象，因此必須抑制柱妝晶的發展，擴大中心等軸晶區。柱妝晶和等軸晶的大小決定于澆鑄溫度，澆鑄溫度高，鋼中氣體夾雜含量就高，鑄坯收縮量大，相同冷卻強度時坯殼薄，高溫力學強度低。此外，鋼水溫度高時拉速低，易導致鑄機夾輥彎曲變形或損壞，因此適當控制鋼水過熱度有利于減少板坯中心裂紋。鋼水過熱度由最初制定的25～35℃降低為10～20℃，取得了明顯的效果，表1 是一段時間不同鋼水過熱度情況下AH36 鋼種中心裂紋的情況，由表1 可以看出，隨著過熱度的升高，裂紋明顯增加。

表1 AH36 不同過熱度對應裂紋情況

3.2.2 控制鋼種化學成分

P 是裂紋敏感性元素，P 含量增加將顯著增加在枝晶間的富集，枝晶間偏析增加，易產生裂紋。S 易形成低熔點化合物分布在晶界，引起晶間脆性，成為裂紋擴展的途徑。如Mn/S 比高，Mn 與S 生成MnS，以棒狀形式分散在奧氏體中，而不宜形成裂紋，因此必須控制鋼中的P、S 含量和Mn/S 比，一般要求鋼中P、S含量<0.020%，Mn/S>30。C 對鋼的敏感性非常顯著，C 含量應避開裂紋敏感性包晶區范圍（0.09～0.14%），由于C 在此范圍內，樹枝壯晶的顯微偏析和δ～γ 的相變所造成的收縮加劇，易產生中心裂紋。

3.2.3 適當控制和穩定拉速

鑄機拉速高低和變化頻率對鑄坯的凝固坯殼厚度、凝固末端位置、凝固組織的構成和鋼的高溫力學強度有極大的影響。拉速的頻繁變化會引起鑄坯凝固末端位置的頻繁變化，凝固末端附近凝固前沿搭橋的概率增加，最終產生中心裂紋。為保證鑄機能達到恒速澆鑄的目的，廠部制定了嚴格的考核和獎勵辦法，轉爐提高出鋼溫度命中率，加快鋼包周轉爭取紅包受鋼，鑄機在溫度允許范圍內恒速澆鑄，有利于減少中心裂紋。

3.2.4 采用動態輕壓下

動態輕壓下是一項全新的連鑄新技術，動態輕壓下是在鋼水凝固末端實施輕壓使枝晶間富集溶質的剩余液相仍保留在原來的位置，不流到最后凝固中心的位置，減輕甚至消除中心偏析。

3.2.5 采用合適的冷卻水量

鑄坯質量對二冷水量非常敏感，鑄坯過冷將導致柱狀晶發達，降低鋼的高溫強度，鑄坯冷卻不足易產生鼓肚導致中心裂紋的產生。鑄坯在凝固過程中，由于橫向各部位受到的冷卻強度及散熱量不同，導致橫向溫度不一致，鑄坯縱向冷卻水量分布不當導致鑄坯溫度降低或回升過快，鑄坯溫度不同鋼的收縮量不同，將在鑄坯上產生熱應力和相變應力，從而使鑄坯產生中心裂紋。

3.2.6 對鑄機扇形段進行加固

奧鋼聯鑄機扇形段設計比較單薄，加上濟鋼長期超負荷生產270mm 厚度鑄坯，扇形段的剛性強度明顯不能滿足需要。通過對扇形段機架輥子材質進行改造，改造后鑄坯中心裂紋明顯減少，取得了很好的效果。

4 結語

板坯中心裂紋的產生是由于連鑄設備、工藝操作、設備維護和鋼水成分等綜合作用的結果。各種力的作用是產生裂紋的外因，而鋼對裂紋的敏感性是產生裂紋的內因，因此只有減少各種產生應力的因素，提高鑄坯高溫強度，使綜合應力應變低于鋼的高溫強度，才能避免中心裂紋的產生；保證鑄機處于良好的運行狀態，進行動態輕壓下，保證對弧準確等是防止板坯產生中心裂紋的基礎；工藝上控制合適的鋼水成分、鋼水過熱度、合適的冷卻水量和拉速是防止中心裂紋產生的有效措施。

［1］連續鑄鋼原理及工藝[M].冶金工業出版社,1994.