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1、降低 HRB600 钢连铸坯裂纹的生产实践徐震 1，赵磊 1，杨世俊 2（1 江苏永钢集团有限公司技术处，2 江苏永钢集团炼钢二厂，江苏 张家港 215628）摘要：为满足 HRB600 钢成品质量要求，通过对连铸坯裂纹产生原因的探讨和研究，针对性的采取降低和稳定中包过热度至平均 27.6、提高结晶器振频同时降低振幅、大幅度降低二冷区比水量至平均0.85L/kg，优化二冷区各段水量配比、二冷区喷嘴调整、适当降低拉速等措施保证了铸坯在矫直前的表面温度平均 1000以上，面部与角部的温度差在 25以内，从而显著的降低了该钢种连铸坯裂纹发生率，有效提高了连铸坯合格率。关键词：连铸坯裂纹；HRB600
2、 钢；二次冷却Practice in reduction of concasting billet cracks of HRB600 steelXU Zhen1，ZHAO Lei 1，YANG Shi-jun2(1.JiangSu Yong-Steel Group CO.LTD Technology Department，2. JiangSu Yong-Steel Group CO.LTD NO.2 steelmaking plant，Zhangjiagang，215628，China)Abstract: In order to confirm to the product quality r
3、equirements of HRB600 steel, by make the discussion and research in analyzing the causes of the cracks in continuous casting billet, then take the measures such as： Reduce and steady tundish superheat to an average value of 27.6、higher basicity and lower viscosity protective slag、 increase the cryst
4、allizer vibration frequency and decrease the vibration amplitude、greatly reduce the amount of water in secondary cooling region to an average value of 0.86L/kg、optimize the distribution ratio of the amount of water in secondary cooling region、make the adjustment of nozzle in secondary cooling region
5、、appropriate to reduce the pull speed. Ensure the concasting billet surface temperature are more than an average value of 1000 before they be straighted, the temperature contrast between surface and corner in less than 25, so that significantly reduce the incidence of this steel continuous casting s
6、lab cracks, effectively improve the qualified rate of continuous casting billet.Key words：Concasting Billet Cracks；HRB600 Steel ；Secondary Cooling前言高强度钢筋的生产一直是各大钢铁企业建筑钢材的重要研发领域。600 兆帕级钢筋中微合金化元素含量较高，在轧制过程中的析出物对钢材有沉淀强化的效果，使该钢筋的机械性能大幅度提高。因此高强度钢筋的社会效益和经济效益优势明显。但在连铸过程中该钢种的铸坯脆性较高，常规工艺处理下比较容易产生裂纹，特别是在连铸矫直过
7、程中，结晶器内弧铸坯的角部产生的裂纹较多，严重影响铸坯质量 1。前人对于铸坯裂纹的工艺改进开展了大量研究：草野昭彦认为裂纹是在矫直前产生的，并在矫直后加剧 2；朱国森的研究表明，角部裂纹主要发生在振痕的谷底，与结晶器冷却无关，铸坯角部的温度位于该钢种的脆性温度区间 3；美国 LTV 公司相关研究人员认为含钒钢连铸过程的二冷区控制应为弱冷，使铸坯的角部温度在 9001000可以避免含钒钢铸坯的缺陷 4。2014 年底江苏永钢集团(以下简称“永钢”) 生产 HRB600 钢，连铸坯角部横裂纹比较严重。为了保证 HRB600 钢的质量要求，丰富公司产品结构，根据前人的研究成果，结合本厂实际情况，通过
8、对连铸坯裂纹产生原因的研究、针对性的工艺技术及连铸机备件的改进，在第二次试生产过程中，该钢种连铸坯的角部裂纹基本得到消除，铸坯质量满足要求。1 生产工艺条件1.1 化学成分表 1 HRB600 钢的化学成分设计方案元素 C Si Mn P S V Ceq含量(%) 0.230.27 0.650.80 1.451.60 0.025 0.020 0.1600.170 0.520.561.2 工艺流程根据 HRB600 成分要求，考虑到其化学成分范围较窄，永钢设计的该钢种的工艺流程为：60 吨顶底复吹转炉60 吨 LF 精炼炉160 方四机四流连铸机。连铸机的主要参数见表 2。表 2 永钢 5#连铸
9、机主要参数名称 参数连铸机机型 全弧形机数流数 44弧形半径/m 8铸坯断面/(mmmm) 160160结晶器铜管长度/mm 1000结晶器振动方式 正弦振动结晶器液面控制 Cs137 自动控制足辊段冷却类型 全水二冷一段、二段 全水2 铸坯裂纹的原因分析及对策该钢种在第一次生产过程中虽然参考了以往的生产经验，稍降低了二冷比水量，但铸坯内弧角部仍然出现了大量的横向裂纹，分布在振痕谷部，切割后的样品中发现裂纹深度最大达到 10mm 的情况，如图 1(a)；而轧制成材后，钢筋表面翘皮、结疤的情况比较严重，如图 1(b)，与铸坯角部裂纹存在明显对应关系。图 1 HRB600 连铸坯表面裂纹(a)和轧
10、材后钢筋表面翘皮形貌(b)2.1 钢液成分1)C含量根据表 1 该钢种的化学成分及冶炼过程中对成分的控制可以看出，HRB600 钢C含量在 0.23%-0.27%之间，从 Fe-C 二元相图得知，该钢种属于过包晶钢，凝固过程虽然发生包晶反应，但该钢种C含量大于包晶平衡点 C=0.16%，且有文献表明钢中 C含量略小于包晶平衡点即C 含量在 0.1%0.14% 之间的亚包晶钢产生表面裂纹的频率最高，C含量大于 0.2%时产生表面裂纹的概率小于 10%5。考虑到 HRB600 钢的C含量，结合本公司之前生产类似C 含量产品的经验，该钢种略高的 C含量并不是产生裂纹的主要因素。2)Mn/S值有文献指
11、出钢中Mn/S 值大于 60 时，内弧裂纹发生的可能性明显降低 6。对于HRB600 钢，该钢种的Mn/S 值介于 7280 之间，所以Mn/S 值也不是裂纹的主要诱因。3)V含量钢中V会形成 V(C，N)在晶界析出而降低钢的塑性。有文献表明钢在 800900之间钢中的Nb、V等元素的增加会使钢的延展性降低。钢坯温度介于 800925时，钒的碳氮化物析出比最高，在 1350975 时，钢坯塑性比较好 7-8。所以，可以认为该钢种比较高的V 含量是铸坯裂纹产生的诱因之一。但是，为保证轧材具有要求的力学性能，合金元素V的作用是非常重要的，故不能使用降低钒含量的措施解决裂纹问题，只有通过工艺技术的改
12、进来改善铸坯的裂纹情况。2.2 中包过热度中包过热度往往是影响钢坯质量的重要因素，有调查表明中包过热度在 1530之间裂纹产生的概率最低 6。中包过热度高则钢水的冷却变慢，凝固点延后，结晶器内坯壳变薄，液芯热量导致坯壳温度升高，高温脆性增加。根据 HRB600 钢种的理论液相线温度为基准设计中包温度范围。第一次生产过程中的中包过热度普遍接近控制上限，所以在第二次生产时结合第一次生产各个工序的温度变化经验，对 LF 精炼炉出钢温度的工艺要求进行了降低，并采取了使中包过热度靠近新工艺要求下限进行温度控制。图 2 为两次生产中包过热度的变化。图 2 两次生产的各炉次中包过热度变化从上图可以看出，经过
13、工艺调整后，中包过热度比第一次有了一定程度的下降。第一次生产时的平均中包过热度为 34.1，第二次平均为 27.6，平均温降为 6.5。第二次生产的大部分炉次的过热度位于文献6所提到低的裂纹发生概率中包过热度温度范围内，且较第一次生产更加稳定。所以分析认为，中包过热度的降低对减少铸坯裂纹也具有一定作用。2.3 振动参数振动参数设计不合理可能造成连铸坯振痕的不规则或振痕太深，易形成矫直裂纹。在第一次生产过程中就发现铸坯振痕比较深的现象，而出现的裂纹基本均位于较深的振谷中，所以在第二次生产时对振幅进行了小幅度的降低，并提高振频，降低了负滑脱的时间，同时对拉速也进行了一定程度的降低，以使连铸坯的振痕
14、变浅，降低了矫直裂纹的发生几率。2.4 二次冷却和拉速第一次生产二冷比水量控制在 1.30L/kg 左右，比普通建材钢种略低，使用红外线测温仪测得的铸坯表面温度面部略高于 900，角部大部分炉次低于 900，位于钢的低温脆化区(900 700)6，加之含大量钒使脆性区上移，铸坯矫直裂纹进一步加剧。根据第一次生产的情况，第二次生产对二冷制度进行了重新制定，二冷比水量由 1.30L/kg 左右下调至0.85L/kg 左右（见图 3） ，并取消了铸坯足辊角部的喷嘴，对喷嘴进行了型号优化、角度调整和对中检查。第二次生产铸坯的矫直前温度整体提升约 100，绝大部分炉次达到了1000以上，避开了低温脆性区
15、，有效防止了矫直裂纹，同时可以发现，二冷工艺优化后铸坯的角、面部温差降低到平均 22.1，比第一次有了一定程度的降低（见图 4） 。图 3 两次生产的各炉次二冷区水量控制变化图 4 两次生产的各炉次铸坯矫直前面、角部温度变化为配合水量的降低，防止出现漏钢，拉速也进行了一定程度的降低。图 5 为两次生产过程拉速的变化图。图 5 两次生产各炉次连铸拉速的变化3 两次生产的铸坯质量对比对各炉次、流次的铸坯进行割块酸洗，并对裂纹情况采取评级来综合评估铸坯质量情况(按照出现裂纹的角棱数、单个棱上裂纹数目、裂纹延伸长度逐次增加等级) 。表 3 为两次生产的铸坯质量评级结果。可以看出，第二次生产的铸坯表面裂
16、纹发生概率明显减少，而唯一的一个 2 级评级的为过热度较高的开机炉次。可以认为第二次的工艺调整方向是正确的。表 3 两次生产的铸坯质量评级结果割坯块总数 有裂纹块数 11.5 级块数 22.5 级块数第一次 18 8 6 2第二次 35 3 2 14 结论根据 HRB600 两次生产工艺和铸坯质量的对比，分析认为：4.1 中包过热度过高，会造成铸坯液芯长度增加，使钢坯坯壳的回温频繁，不仅增加了坯壳的应变总量，还会加剧坯壳的不均匀性，对钢坯角部裂纹具有一定影响，故中包过热度控制在 1530为宜。4.2 采用高振频小振幅振动工艺可使铸坯表面振痕变浅，使铸坯在矫直过程中变形量减少，从而降低矫直产生裂纹的几率。4.3 钒含量较高的钢种凝固后因 VN、VC 等质点的析出，使脆性区间上移，故连铸必须采用
