低合金熱裝軋制鋼板表面裂紋控制實踐

方恩俊，崔福祥，康偉，廖相?。?鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧營口5007；.鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧鞍山4009）

低合金熱裝軋制鋼板表面裂紋控制實踐

方恩俊1，崔福祥1，康偉2，廖相巍2
（1.鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧營口115007；2.鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧鞍山114009）

分析了低合金鋼連鑄坯熱裝軋制時鋼板表面晶界裂紋缺陷產生的原因。根據入爐前鑄坯表面溫度及相應的冷卻制度，進行了工業試驗。試驗結果表明，入爐前鑄坯表面溫度小于450℃或大于750℃時不產生晶界裂紋。采取下線冷卻工藝后，低合金鋼厚鑄坯軋后的晶界裂紋從原來的27.3%降低到0。

低合金鋼；連鑄坯；晶界裂紋

連鑄坯熱送熱裝技術不僅節約了鑄坯上下線的成本，同時有效利用鑄坯自身熱源，節約加熱爐煤氣消耗，使生產節奏緊湊，降低生產成本。但低合金鋼不能實現大量的熱送熱裝，一個重要原因是低合金鋼熱裝軋制鋼板的表面易出現裂紋［1-4］。

很多學者對熱裝軋制鋼板的表面裂紋形成機理進行過研究［5-9］，但結論各不相同。本文結合鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司寬厚板鑄機的生產實踐，對低合金鋼熱裝軋制鋼板的表面裂紋問題進行了深入分析，并提出了解決這種表面缺陷的方法。

1　晶界裂紋產生的機理

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司寬厚板連鑄機于2009年9月開工投產，生產的低合金結構鋼和船板鋼在用戶加工使用過程中，發現大量的晶界裂紋缺陷，嚴重影響了該品種的成材率。鋼板表面晶界裂紋見圖1，該鑄機的主要工藝參數見表1。

低合金鋼種，特別是含Nb、V、Ti如Q345B、AH32、AH36等鋼種，在凝固過程中當溫度降低到Ar3時，奧氏體晶粒的晶界上開始析出AlN、NbN等氮化物［10］，最先析出片膜狀的鐵素體。當鑄坯裝爐溫度高于Ar1時，鑄坯的這種宏觀組織結構基本不會發生變化，在加熱過程中會遺留下來，所以加熱后大量的氮化物殘留在晶界上，雖然這些氮化物的存在會起到抑制晶粒長大的作用，但也使坯材的高溫塑性嚴重降低，導致軋后鋼板表面出現晶界裂紋。凝固組織轉變過程見圖2。

表1　主要工藝參數

2　晶界裂紋的影響因素

為了了解晶界裂紋發生的規律，將同鋼種的鑄坯按不同的冷卻時間分成四類：直裝、冷卻5 h、冷卻10 h及冷卻24 h，每一類鑄坯試驗數量100塊，除直裝外，其余下線鑄坯每10塊堆跺冷卻，統計軋制后晶界裂紋出現的比例，結果如表2所示。

表2　不同冷卻時間晶界裂紋發生情況

由表2可見，鑄坯在冷卻5 h后軋制時，鋼板表面出現晶界裂紋程度的幾率最高，其次是直裝，此后隨著冷卻時間的延長，晶界裂紋出現的幾率明顯降低。鑄坯冷卻24 h后軋制時，晶界裂紋不再出現。

現場測量數據顯示，冷卻5 h后鑄坯表面溫度大部分為750～600℃，即在Ar1～Ar3之間，所以出現晶界裂紋的幾率最高，而直裝時溫度較高，大部分溫度高于750℃，所以沒有大量出現晶界裂紋，此后冷卻時間越長，溫度低于600℃的比例越高，出現晶界裂紋的比例越低。

為了更直觀的判定晶界裂紋的出現與鑄坯入爐前溫度的對應關系，對試驗批次鑄坯裝爐前的表面溫度進行測定，按照不同的溫度區域統計對應的晶界裂紋發生情況，結果見表3。由表3可見，試驗鋼種的鑄坯表面溫度在450～750℃時，晶界裂紋發生比例都很高，而小于450℃或大于750℃時，不再產生晶界裂紋。

表3　不同裝爐溫度對晶界裂紋的影響

3　晶界裂紋的控制措施

通過對比實驗，確定了生產的Q345B鋼種的Ar1（609℃）和Ar3（762℃）溫度值后，制定了以下三種方案。

3.1高溫直裝方案

直裝方案即鑄坯裝爐溫度控制在Ar3以上，這種方案可以節約能源及鑄坯上下線的額外成本，實際鑄坯在不同位置的表面溫度如圖3所示。

由圖3可見，此方案的穩定性不高，裝爐前的鑄坯表面溫度富余量很小，容易受外界因素影響而使溫度難以穩定控制，例如加熱爐內裝滿鑄坯，鑄坯無法送入，會導致鑄坯表面溫度下降而進入發生晶界裂紋的溫度范圍。

3.2下線冷卻方案

鑄坯下線緩冷即等鑄坯表面溫度降低到Ar1以下后裝爐軋制。這種方案操作比較簡單，但是額外會增加生產成本，且浪費鑄坯本身的熱能。為了最大限度減少鑄坯的能量損失，縮短生產周期，通過分析鑄坯在坯場的冷卻規律，標定出鑄坯在坯場的冷卻時間，鑄坯下線后的冷卻速度見圖4。

由圖4可見，鑄坯下線堆垛后，除了垛位上部前2塊鑄坯溫降速度較快外，從第5塊鑄坯開始，鑄坯表面溫降速度基本恒定在11℃/h。根據前期試驗得到的Ar1線和鑄坯在不同位置的溫度分布，再結合鑄坯下線后表面溫度的冷卻速度，就可以推算出鑄坯下線最低冷卻時間。以下線鑄坯表面溫度800℃為例，下線堆垛冷卻30 h后鑄坯溫度就下降到500℃以下，避開了晶界裂紋的高發區。

3.3強冷工藝方案

強冷方案即鑄坯中心保持在Ar3以上的組織結構，而鑄坯的表層保持在Ar1以下的組織結構。

根據厚板連鑄機的冷卻水系統開發了三種強冷工藝模型，分別是彎曲段強冷工藝模型、矯直區強冷工藝模型、鑄機末端強冷工藝模型,經工業試驗驗證，不同模型可以控制的鑄坯中心和表面溫度如表4所示。

表4　強冷工藝控溫能力　℃

但上述三種模型存在二冷段蒸汽大的問題，影響正常操作，蒸氣排放系統改造正在進行。對比3種強冷工藝的試驗效果可知，彎曲段強冷工藝效果不明顯；矯直區的強冷工藝有一定效果，但是急冷層沿寬度方向分布薄厚不均，中心薄兩邊厚，而且這種強冷工藝對鑄坯表面質量有影響，鑄坯表面容易出現橫裂紋；鑄坯末端的強冷工藝效果最佳，鑄機末端強冷工藝低倍結果見圖5。由圖5可以看出，鑄坯表面有大約20 mm的急冷層組織，且延寬度方向分布比較均勻。

使用鑄機末端強冷工藝與不使用鑄機末端強冷工藝的鑄坯表面組織對比見圖6（a）、（b）。由圖6可見，使用鑄機末端強冷工藝對鑄坯表面的組織影響很大，強冷后的鑄坯表面組織明顯細化。

4　應用效果

目前，高溫直裝方案受外界因素影響，入爐前鑄坯表面溫度難以穩定控制，未能大規模應用，僅限于工業試驗；下線冷卻方案已應用于現場生產的低合金鋼厚鑄坯，軋后的晶界裂紋從原來的27.3%降低到0；強冷方案受設備條件制約僅限于工業試驗，但該方案結合了前兩種方案的優點，應能夠更有效地提高低合金鋼厚鑄坯直裝率。

5　結論

（1）低合金鋼連鑄坯熱送過程中入爐前鑄坯表面溫度在Ar3～Ar1區間時，軋后板坯容易發生晶界裂紋。

（2）連鑄坯下線后表面溫度冷卻到Ar1以下時軋制可以避免產生晶界裂紋，軋后的晶界裂紋發生率由原來的27.3%降低到0。

（3）鑄坯末端強冷工藝的工業試驗表明，該方案可以避免軋后鋼板表面晶界裂紋的產生。

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（編輯 許營）

Practice of Controlling Surface Cracks of
Low Alloy Steel Sheets by Rolling Hot Charging Slabs

Fang Enjun1，Cui Fuxiang1，Kang Wei2，Liao Xiangwei2
（1.Bayuquan Iron&Steel Subsidiary Company of Angang Steel Co.,Ltd.,Yingkou 115007,Liaoning,China; 2.Iron&Steel Research Institutes of Ansteel Group Corporation,Anshan 114009,Liaoning,China）

The causes leading to grain boundary cracks occurred on the surface of low alloy steel sheets by rolling hot charging continuous casting slabs are analyzed.Industrial experiments are carried out according to the surface temperature of the slabs prior to entering the reheating furnace and the corresponding cooling schedule.The testing results show that the cracks can be avoided when the surface temperature of the slabs prior to entering the reheating furnace is less than 450℃or more than 750℃.The percentage of cracks is reduced to 0 from 27.3%after using off-line cooling process.

low alloy steel;continuous casting slab;grain boundary crack

TF748

A

1006-4613（2015）01-0056-04

方恩俊，工程師，1999年畢業于鞍山鋼鐵學院鋼鐵冶金專業。E-mail:690384402@qq.com。

2014-06-15