薄板坯連鑄中碳鋼角橫裂缺陷成因及控制

徐柏東

摘 要：文章以薄板坯連鑄中碳鋼角橫裂缺陷成因及控制為研究對象，首先對薄板坯連鑄中碳鋼角橫裂缺陷成因進行了詳細的分析，隨后結(jié)合原因問題，提出了一些薄板坯連鑄中碳角鋼橫裂缺陷的控制的措施以供參考。

關(guān)鍵詞：薄板坯連鑄；中碳鋼角橫裂缺陷；成因與控制措施

通過薄板坯生產(chǎn)的中高碳鋼產(chǎn)品優(yōu)點眾多，主要表現(xiàn)為偏析輕、厚度薄、成分均勻優(yōu)等，因此在我國機械加工生產(chǎn)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，在中高碳鋼生產(chǎn)的前期，受自身碳質(zhì)量分數(shù)較高、薄板坯連鑄厚度薄、鑄坯的裂紋敏感性較強等特性的影響，從而使得在實際生產(chǎn)中，鑄坯的表面很容易出現(xiàn)橫裂及邊裂缺陷問題，薄板坯中高碳鋼生產(chǎn)質(zhì)量造成了嚴重的影響，因此有必要對薄板坯連鑄中碳鋼角橫裂缺陷成因及控制進行分析研究，以提升連鑄工藝與薄板坯中高碳鋼生產(chǎn)質(zhì)量。

1 薄板坯連鑄中碳鋼角橫裂缺陷成因

熱軋中碳寬帶鋼作為鋼構(gòu)件類型的一種，在我國機械加工生產(chǎn)、汽車零部件加工等領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用。該中碳鋼主要化學成分有碳、硅、錳、磷、硫、鋁。其中碳的質(zhì)量分數(shù)占比最高，為0.51%；硫的質(zhì)量分數(shù)最低為0.03%。在實生產(chǎn)過程中，有的薄板坯連鑄中碳角鋼邊角部會出現(xiàn)有裂紋，裂紋一般呈橫向發(fā)展，并垂直于拉坯方向，裂縫長度不均勻，在5～30mm范圍內(nèi)變化，寬度一般小于1mm。當產(chǎn)生的裂紋比較嚴重時，可憑人的肉眼就可以發(fā)現(xiàn)。一般情況下，裂紋藏于缺陷坯皮下1至2mm處，需要經(jīng)過酸洗后才能發(fā)現(xiàn)。此外，在薄板缺陷坯的表面，經(jīng)橫裂軋制后，缺陷會演變成熱軋板的“結(jié)疤”缺陷，一般與邊部距離20～40mm，開裂形狀為“∧”形，對于缺陷坯邊角部細小橫裂紋來說，主要表現(xiàn)為破邊缺陷[1]。

為進一步探明缺陷產(chǎn)生的原因，截取熱軋板缺陷部位，并利用金相顯微鏡對缺陷截面進行了觀察，通過觀察可發(fā)現(xiàn)裂紋自表層向鋼基斜向深入，取多個截面進行觀察，并未發(fā)現(xiàn)聚集分布的夾雜物，說明缺陷產(chǎn)生的原因與夾雜物沒有直接的關(guān)系。與此同時，發(fā)現(xiàn)裂紋的內(nèi)部充滿了氧化鐵，同時在周圍存在很多的高溫氧化物質(zhì)，通過將這些物質(zhì)利用硝酸酒精試劑（3%）進行浸蝕處理，發(fā)現(xiàn)是由鐵素體薄層與滲碳體薄層交替疊壓的層狀復(fù)相物，也稱之為片狀珠光體，在裂紋的周圍，具有明顯的脫碳及晶粒長大特點，因此可認為，熱軋中碳寬帶鋼表面的缺陷是由于鑄坯表面的橫向裂紋在經(jīng)過熱軋后，進一步擴展而形成的。

以典型的熱軋中碳寬帶鋼50CrV4鋼為例，在塑性區(qū)域良好與較差標準劃分上，以斷面收縮率60%為標準，大于等于60%，說明塑性良好，反之說明塑性較差。對于50CrV4鋼來說，其一般存在兩個溫度脆性區(qū)，一個是溫度在1281℃以上，為第Ⅰ脆性區(qū)，另一個是溫度在650至945℃之間，為第Ⅲ脆性區(qū)。然后利用模擬編程工具Visual Basic對50CrV4鋼鑄坯凝固過程及溫度分布進行了計算，原工藝條件為斷面1250×70mm，過熱溫度為25℃，拉速3.5m/min。經(jīng)計算表明，在原工藝條件下，50CrV4鋼液芯末端在結(jié)晶器液面以下5.85m處，邊角部在鑄機彎曲與矯直處溫度非常低，具體溫度為850℃，在第Ⅲ脆性區(qū)，這是造成鑄坯邊角部裂紋的主要原因[2]。

2 薄板坯連鑄中碳角鋼橫裂缺陷的控制的措施

2.1 優(yōu)化二冷水

在薄板坯連鑄二冷區(qū)處，一般會采用水冷噴嘴，通常二冷區(qū)的控制回路有17個，薄板坯沿著拉坯方向向下運動時，會自1.0回路（噴淋環(huán)）起，一直向下到回路7.2[3]。

通過利用薄板坯凝固仿真軟件進行模擬計算，最終制定完成了二冷水量優(yōu)化方案，首先適當降低二冷總水量，具體可降至3802L/min。對于中高碳鋼鑄坯來說，由于其自身傳熱性并不高，在出結(jié)晶器時，坯殼也比較薄，因此對水表進行了重新設(shè)計，使其增添了結(jié)晶器出口噴淋環(huán)，并在二冷第1段2～4排噴嘴處，增加了9.4%的水量，在二冷第1段處，增加了15%的水量，在二冷第2段處，增加了3%的水量，通過在上述位置處增加水量，可以使得坯殼得到有效的強化，以減少漏鋼風險。另一方面，在二冷第3段～5段處，降低了25%至30%的水量，這樣更有利于在后半段，鑄坯進行回溫。除此之外，以鑄坯的實際寬度為依據(jù)，調(diào)整了二冷區(qū)水流密度，在二冷第4段6.1、6.2回路與二冷第5 段 7.1、7.2 回路邊部，將水量降為原來的一半，以確保鑄坯的邊部具有足夠的溫度，可以有效防止因溫度過低致使的鑄坯邊龜裂。

2.2 優(yōu)化拉速

為使得鑄坯表面的溫度得到進一步的提升，在連鑄過程中，可通過進一步提升高碳鋼的拉速來實現(xiàn)。在原先的工藝條件下，拉速為3.5m/min，因此可以提升到4.0m/min，針對于小于1250mm的小端面，拉速可以提升至4.2m/min，與此同時，降低連鑄過熱度，原先工藝條件下的連鑄過熱度為30℃，可降低至20攝氏度以下，通過進一步提升拉速，一方面可以使得鑄坯溫度的得到快速的回升，另一方面對于高碳鋼的生產(chǎn)效率提升也有著較為積極意義的影響。在通過進行拉速優(yōu)化及二冷水優(yōu)化后，經(jīng)重新計算表明，薄板坯連鑄50Cr V4鋼在新的工藝條件下（斷面1250×70mm，過熱溫度為20℃，拉速4m/min），鑄坯液相末端位置得到了有效的延長，原先工藝條件下為5.85m，如今有效延長至7.6m，與此同時，在矯直段，坯邊角部溫度獲得了明顯的提升，由原來的850℃上升至950℃以上，從而可以有效避開了 50Cr V4 鋼第Ⅲ脆性區(qū)，意味著上述角鋼橫裂缺陷也可以得到有效的避免與控制。

2.3 進一步促使鑄機精度提升

為避免因鑄機自身故障對精度造成影響，在實際生產(chǎn)過程中，可以通過制定《鑄機開澆條件確認制度》，規(guī)定在每次完成結(jié)晶器的更換后，必須要重新對結(jié)晶器液位監(jiān)測系統(tǒng)進行校準，與此同時，還應(yīng)做好連鑄澆注的保護工作，尤其是要避免鋼水二次氧化產(chǎn)生“結(jié)瘤”，使得結(jié)晶器液位出現(xiàn)明顯的異常波動，對結(jié)晶器液位的穩(wěn)定性造成不利影響的同時，影響鑄坯的整體質(zhì)量。另一方面，圍繞二冷段支撐輥對中精度較差、噴嘴存在堵塞或移位等問題，通過制定并執(zhí)行《結(jié)晶器、扇形段維護管理制度》，明確結(jié)晶器和二冷段定期下線標準、維修精度標準與上線驗收標準，在實際操作時，需要嚴格按照上述標準執(zhí)行。在通過完成上述制度標準制定后，可以有效提升設(shè)備維護水平與精度，同時使得薄板坯連鑄中碳角鋼弧誤差應(yīng)小于0.5mm的設(shè)計要求得到了有效的滿足，同時在相關(guān)制度嚴格執(zhí)行的情況下，有效提升了設(shè)備運行的平穩(wěn)性，減少了設(shè)備運行故障發(fā)生概率，提升了鑄機設(shè)備的精度，基本消除了因鑄機設(shè)備故障造成精度不穩(wěn)而產(chǎn)生鑄坯橫裂紋缺陷問題，提升了鑄坯碳角鋼的生產(chǎn)水平與質(zhì)量。

3 總結(jié)

綜上所述，文章通過分析了碳鋼角部橫裂紋缺陷的具體形貌，并利用金相顯微鏡對缺陷具體特性進行觀察分析。隨后以典型的熱軋中碳寬帶鋼50CrV4鋼為例，在分析了其熱塑性基礎(chǔ)上，利用模擬編程工具Visual Basic對50CrV4鋼鑄坯凝固過程及溫度分布進行了計算，通過計算結(jié)果得知具體缺陷原因，并結(jié)合上述分析提出了一系列的優(yōu)化措施。

參考文獻

[1]張劍君，張慧，席常鎖，等.薄板坯連鑄中碳鋼角橫裂缺陷成因及控制[J].鋼鐵，2017（11）：32-36.

[2]楊曉江.唐鋼薄板坯連鑄高碳鋼65Mn的質(zhì)量控制[J].中國冶金，2016，26（12）：36-39.

[3]于海濤.薄板坯含硼鋼熱軋卷邊部裂紋形成原因與控制[J].金屬世界，2014（6）：39-42.