低碳鋼熱軋板卷邊部縱裂紋缺陷控制的研究

張軍國，蔣昭陽，趙建平，張洪杰

（唐山鋼鐵集團有限責任公司 一鋼軋廠，河北 唐山 063000）

唐鋼一鋼軋廠1700產線生產低碳鋼熱軋板卷時，邊部縱裂紋（以下簡稱邊裂）缺陷比例高，達到9.85%，邊裂缺陷嚴重制約著家電板、酸洗板的生產。針對這一情況，采取技術措施解決低碳鋼邊裂缺陷具有重要的現實意義。

1 邊裂缺陷產生區域

1.1 邊裂缺陷位置

經測量，邊部縱裂缺陷位置出現在距熱軋板卷邊部5mm～22mm范圍內，其顯著特點為深淺不一，且具有一定彎曲度和寬度，局部出現雙道甚至多道邊裂痕跡。

1.2 邊裂缺陷來源部位

邊裂缺陷在兩臺連鑄機均有發生，且經過軋制后熱軋板卷上下表面、驅動側、工作側均會出現該缺陷。為確定邊裂缺陷具體的來源部位，缺陷發生時進行鑄坯頭尾調頭軋制，邊裂缺陷位置也相應發生變化，分析認為邊裂缺陷來源于連鑄坯。同時部分鑄坯出現窄面鼓肚和邊部裂紋，邊裂位置在鑄坯寬面靠近角部20mm。

1.3 邊裂缺陷試樣分析

從產生邊裂缺陷的熱軋板卷中取試樣，做酸洗、金相和掃描電鏡實驗，分析結果顯示；試樣橫截面金相高倍顯示缺陷向內部延伸很深，且在裂紋根部發現保護渣成分；金相組織顯示邊部組織晶粒粗大，且存在混晶現象，裂紋部分延晶界延伸；橫截面電鏡顯示邊裂位置為主要為氧化鐵，根部存在Ca，Si，Na成分，說明缺陷產生于鑄坯，經加熱爐加熱后裂紋處被氧化，在軋制過程中繼續向內部延伸和擴展，部分延晶粒延伸。

根據以上分析，可以確定邊裂缺陷主要來源于連鑄坯，此外在加熱爐工序，鑄坯存在局部過熱現象，導致邊部晶粒粗大[1]，這雖不是邊裂產生的根源，但是促進了裂紋的延伸和擴展。

2 邊裂缺陷原因

針對低碳鋼的邊裂缺陷問題，主要從連鑄區域分析查找原因。

2.1 結晶器錐度變化

結晶器受到鋼水靜壓力作用等作用，停澆時錐度一般比設定錐度偏小。通過對比，隨著錐度減少量的增加，板卷邊裂缺陷概率升高，特別是當錐度減少超過1.2mm以上，熱軋板卷邊裂概率升高至18.47%（正常值為4.6%）。分析認為，結晶器錐度減小后，鑄坯窄面與銅板的氣隙增加，鑄坯窄面傳熱受阻、坯殼較薄，鑄坯出結晶器后窄面出現鼓肚問題，從而導致邊裂缺陷。因此可認定結晶器錐度變化超標是導致邊裂缺陷的主要原因之一。

2.2 結晶器銅板彎月面磨損

檢查使用后的14臺結晶器，發現其中3臺在使用后期銅板彎月面處侵蝕超過0.3mm。銅板侵蝕嚴重后，由于該區域鑄坯與銅板之間的氣隙較大，使坯殼冷卻不足導致邊裂缺陷。經統計，銅板侵蝕嚴重的澆次熱軋板卷邊裂缺陷概率達到23.56%（正常值為3.5%）。因此認為結晶器銅板彎月面磨損是產生邊裂的主要原因之一。

2.3 結晶器水量

分別檢查2臺連鑄機結晶器的水量設定值和實際值，發現實際水量在設定值上下波動小于3%，符合設計要求，但發現拉速增加時，個別鑄坯存在窄面鼓肚現象，說明存在冷卻不足的問題。

2.4 二冷制度

根據不同鋼種，連鑄機采用強冷C1水表、中冷C2水表和弱冷C4水表三種二次冷卻模式，澆鑄低碳鋼使用強冷C1水表，與設定值相比各個區域二冷水量波動小于3%，無明顯改變，工藝段實際水量符合技術規程要求。

2.5 拉速波動

檢查發現由于拉速波動而產生邊裂缺陷的板卷占邊裂板卷總量的8.73%，因此可認為該原因不是主要原因。

2.6 鋼水成分

鋼種中C含量在0.08%～0.15%時，處于包晶區，板卷容易產生裂紋曲線，而低碳鋼C含量≤0.06%，因此可排除碳元素的影響。

鋼水中的S元素含量較高時，鋼的抗拉強度和塑性降低，鑄坯表面容易產生邊部縱裂紋，經軋制后即產生表檢上顯示的邊裂缺陷[2]。成分檢驗發現產生邊裂的低碳鋼板卷平均硫含量為0.0096%，正常低碳鋼板卷平均硫含量為0.0087%，相差0.0009%，兩者相差不足0.001%，因此鋼水S含量不是主要原因。

3 邊裂產生預防措施

3.1 降低結晶器錐度變化

制定結晶器精修方案，通過一系列措施，防止結晶器錐度減少。精修措施包括：支撐板和背板之間增加上下兩條緊固螺栓，防止在使用中支撐板、背板之間間隙變大而跑錐；對調寬機構絲杠、絲母、軸承等進行檢查，發現問題及時更換；定期檢查支撐板，對磨損變形大的支撐板進行更換，同時裝配前對支撐板、背板進行清理，消除裝配誤差等。此外結晶器調寬時采用“上拉下推”方式調整結晶器錐度，也能防止結晶器停澆錐度減少。

3.2 調整足輥水量

針對鑄坯窄面鼓肚問題，在減少結晶器錐度變化的同時，適當增加了結晶器足輥水量，加強鑄坯窄面冷卻。通過試驗，最終確定低碳鋼拉速≥1.3m/min時，將寬面足輥水量提高0.3倍，窄面足輥水量提高0.4倍，鑄坯窄面鼓肚問題基本消失。

3.3 控制結晶器彎月面銅板磨損

適當增加結晶器水量，加強的冷卻效果，能有效降低結晶器彎月面銅板的溫度[3]。原結晶器水量為寬面3500L/min，窄面430L/min，在此基礎上根據拉速增加水量約4%，見表1。

表1 結晶器的水量設定值

使用該方案后，銅板彎月面平均溫度下降8.9℃，有效改善了銅板彎月面磨損的問題。

3.4 采用陶瓷鍍層結晶器

陶瓷鍍層[4]硬度較高能有效減少彎月面處銅板磨損問題，坯殼傳熱更均勻，可起到降低邊裂缺陷率的作用。

4 結論

（1）板卷邊裂缺陷產生于連鑄區域，主要原因是由于結晶器錐度變化以及結晶器彎月面銅板磨損，二者均可使鑄坯冷卻效果變差，進而導致邊裂產生。

（2）通過增加結晶器足輥水量可以緩解鑄坯窄面鼓肚問題從而減少邊裂缺陷。

（3）采用陶瓷鍍層結晶器并增加結晶器水量可以減少銅板彎月面除磨損從而減少邊裂缺陷。

（4）經過上述研究并采取措施后，低碳鋼熱軋板卷邊裂缺陷率由9.85%降至1.34%。