西城板坯角部橫裂紋產生原因及控制措施

李永成

摘 要：文章結合無錫西城特種船用板有限公司煉鋼廠實際生產中出現的板坯角部橫裂紋產生的因素進行排查、分析，并采取控制措施，使缺陷得到有效控制。

關鍵詞：板坯；角部橫裂；爛邊；Q235B

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.014

無錫西城特種船用板有限公司煉鋼廠（以下簡稱西城煉鋼廠）板坯連鑄一直生產規格2001250～1400mm的Q235B板坯，受鋼板價格上漲的影響，2016年4月12日開始批量生產大規格2001600mm的Q235B板坯，并且為提高產能，拉速由0.85m/min，提高到0.95～1.00m/min，板坯經軋制后存在爛邊現象，而中板廠為了與煉鋼廠產能匹配，希望生產邊部不需處理便可銷售的毛邊板，而爛邊將造成毛邊板無法生產。經過跟蹤、分析，判斷中板爛邊為板坯角部橫裂紋造成，隨即采取了一系列的措施，使板坯角部橫裂紋得到控制，基本滿足毛邊板的生產要求。

1 西城煉鋼廠板坯連鑄機主要參數

2 角部橫裂軋制后及酸蝕后形貌

圖1為角部橫裂，經中板廠軋制后的形貌，中板廠判定為爛邊。

圖2、圖3是軋后中板缺陷部位的金相圖片，裂紋處有明顯脫碳，脫碳層深約0.29 mm，也說明該缺陷來源于板坯的原始缺陷；而后檢查所生產的板坯，角部存在橫裂紋。

3 板坯角部橫裂紋形貌

經過對板坯的檢驗發現，角部橫裂紋基本分布在振痕里，裂紋寬0.5～1mm，向內擴展5～15mm，嚴重的達到20mm，而輕微的僅為發紋。但這些缺陷，無論大小，經過加熱爐加熱，均會氧化脫碳，造成裂紋內大量氧化物夾雜，無法經軋制焊合，而產生爛邊缺陷。

4 角部橫裂紋產生的影響因素

普遍認為，連鑄坯多數的表面缺陷起源于結晶器。經觀察，角部橫裂紋均出現在振痕里，說明該缺陷與結晶器內坯殼的狀態有關；通過對漏鋼后板坯角部的檢驗，反推裂紋出現的位置發現，角部橫裂紋自矯直段6段開始出現，表明該裂紋在矯直時出現。故西城煉鋼廠主要圍繞結晶器內坯殼的狀態及矯直進行影響因素的排查。

4.1 振動參數的影響

振動參數影響板坯在結晶器里的脫模情況，而主要影響因素為負滑脫時間tN。角部橫裂紋與振痕伴生，振痕谷底伴有夾雜、成分偏析和原始的微觀裂紋，振痕越深上述缺陷越明顯，負滑脫時間的長短，影響振痕的深度。相關文獻[1]指出，降低負滑脫時間可以減少振痕深度。西城煉鋼廠板坯連鑄振動方式為四偏心正弦振動，有兩套振動機構，振幅分別為±2.85mm，±4.0mm。

在常用的振動配方下，拉速v=1m/min，振動頻率f和負滑動時間tN分別為：

有關文獻[2]指出，負滑動時間取值范圍在0.1～0.25s，認為對于不同的鋼種最佳負滑動時間為0.1s左右。很顯然振動方案1更符合要求，使用振動方案2、振動方案3時，角部橫裂紋進一步惡化。

4.2 拉速的影響

李德發等人對板坯在過熱度均為30℃，不同拉速下進行有限元分析認為[3]，隨著拉速的升高，由于鋼液在結晶器內停留時間短，熱量傳輸速率減少，出口溫度高，坯殼則較薄。而角部在結晶器內，為坯殼最薄區域，拉速過快，將造成鑄坯角部坯殼過薄，不足以承受鋼水靜壓力和拉坯產生的外力，容易產生裂紋。

經過試驗，在連鑄設備狀態良好的情況下，斷面2001250mm，使用±2.85mm振動機構，拉速在1.0m/min以內，沒有發現角部橫裂缺陷，而拉速增加到1.05m/min、1.10 m/min、1.20 m/min，均發現角部裂紋，且隨拉速的增加有加重的趨勢。

4.3 結晶器水量的影響

西城煉鋼廠將結晶器水量，窄面不變，寬面先后試用265m3/h、260m3/h、255m3/h 、245 m3/h，中板軋制后爛邊現象依然存在，且并未減輕。表明結晶器水量不是西城煉鋼廠角部橫裂紋的主要影響因素。

4.4 比水量的影響

二冷區采用弱冷，有利于提高矯直時角部溫度，使角部矯直溫度高于900℃，避開第Ⅲ脆性區，從而減少矯直產生角部橫裂紋。經過試驗，西城煉鋼廠板坯比水量由0.55l/kg改為0.45l/kg，軋后爛邊明顯減輕，板坯角部不經打磨基本看不到裂紋。

4.5 二冷區鑄坯冷卻狀態的影響

二冷區鑄坯冷卻狀態不好，角部過冷溫度處于第Ⅲ脆性區，容易產生矯直橫裂紋。通過對二冷區鑄坯冷卻情況的檢查，發現矯直段6、7段，水平段8、9、10、11段存在不同程度的設備漏水，板坯表面水流聚集，而矯直段6、7段還存在大量水流順著矯直輥從角部淌下的情況，板坯角部明顯發黑。連鑄備用段維修周期相對較長，臨時采用在東側加壓縮空氣管，將水流從東側吹向西側，經過觀察，角部橫裂紋也由東西兩邊都有，變為僅西邊有。軋制后，中板爛邊也存在類似情況，由兩邊均有分布，變為一邊存在嚴重爛邊，另一邊較輕微。

由此判斷，矯直段水流聚集、并由角部淌下，造成角部過冷，矯直后撕裂是造成西城煉鋼廠板坯角部橫裂紋的主要原因。

當把板坯連鑄彎曲段、矯直段相續更換后，矯直段淌水得到解決，角部橫裂紋得到明顯改善，中板爛邊現象得到控制。

5 控制措施

（1）選用±2.85mm的振動系統，同時采用較高的頻率，即采用低振幅高振頻。

（2）拉速不超過1.0m/min。

（3）比水量選用0.45l/min。

（4）定期對二冷區噴淋、連鑄各段設備漏水情況進行檢查，對噴嘴定期清堵；連鑄漏水的段及時更換。

通過采取以上措施，在拉速控制在0.90～1.0m/min時，爛邊得到控制，基本滿足生產毛邊板的要求。

6 結論

矯直段水流聚集并由角部淌下，角部過冷，矯直時撕裂是造成西城煉鋼廠Q235B板坯角部橫裂紋的主要原因；拉速過快易產生角部橫裂紋；采用低頻高幅、二冷區弱冷有利于減輕角部橫裂紋。

參考文獻：

[1]于學森，彭其春，童志博等.減少A36含硼鋼板坯角部橫裂[J].特殊鋼，2012（12）：29-31.

[2]李憲奎，張德明.連鑄結晶器振動技術[M].北京：冶金工業出版社，2000：20.

[3]李德發，邢淑清，麻永林.基于ANSYS的厚板坯連鑄過程角部區域坯殼生長數值模擬[J].內蒙古科技大學學報，2011（12）：352-356.