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1、河北工业职业技术学院论文第 1 页 共 14 页宽厚板连铸坯的主要缺陷及防止措施专业：材料成型与控制技术 姓名：卢鹏摘 要：根据工厂全年生产统计结果，确定宽厚板连铸坯主要缺陷为连铸坯纵横裂纹及轧材的冷弯和拉伸合格率低。对产生原因结合生产实际进行分析，提出改进措施，使铸坯和轧材质量得到明显改善。关键词：宽厚板；纵裂纹；横裂纹；冷弯性能；拉伸性能一、前言宽厚板中的管线钢、船板钢、低温容器钢等，对钢材性能和质量要求极为严格，既要求高强度又要求高韧性， 对焊接性能、疲劳性、耐腐蚀性、抗氢致裂纹、抗层状撕裂性等多方面均有较高或极为严格要求。为保证钢材性能，要求钢材极低的有害元素、气体和夹杂物含量，其中P
2、0.010% ， S0.0010%， N0.0050%，H0.00025%,TO0.0020%; 夹杂物形态应为分散细小，应消除大颗粒夹杂物，变条形 MnS 为细小球状，又要求钢材具有良好表面质量和内部质量。宽厚板为保证强度和韧性的匹配，成品设计采用低碳高锰的原则，并加入微量元素 Nb、V、Ti 等，钢的等效含碳量多为包晶钢，所以铸坯易产生表面缺陷；宽厚板由于轧材厚度大，使轧材压缩比小，不易消除铸坯中心缺陷，轧材难以保证内部质量。连铸坯质量控制：就是如何同时改善铸坯表面和中心质量，以达到保证轧材的表面质量和内部质量。二、宽厚板主要缺陷根据国内某厂 2007 年主要缺陷种类如表 1表 1 200
3、7 年炼钢缺陷统计表缺陷或性能种类 块数 重量（T）发裂 94 290.870分层 33 91.933夹杂 67 224.658河北工业职业技术学院论文第 2 页 共 14 页夹渣 6 18.001结疤 579 2244.545裂纹 3303 13794.8530气泡 427 2091.963气泡、结疤 1 8.860结疤、裂纹 7 41.853小计 4517 18807.520冷弯 3257 7983.556延伸 603 2524.251屈服、冷弯 1 3.140延伸、冷弯 95 310.021抗拉、延伸 6 18.991抗拉、冷弯 6 17.405延伸、冲击 3 7.536冲击、延伸、冷弯
4、 11 28.376冲击、抗拉、冷弯 3 7.580抗拉、延伸、冷弯 7 22.351冷弯、冲击 33 54.217化学成分不合 3 8.761小计 4028 10986.195合计 8545 29793.7152007 年炼钢合格率：97.84%从全年炼钢废品统计看，铸坯缺陷主要是裂纹，性能不合的主要是冷弯和延伸，因此必须查清原因，采取相应措施，提高炼钢合格率。三、铸坯裂纹产生原因及防止措施（一）铸坯表面横裂纹铸坯特别是含铌钢表面（角部）横裂纹，通常位于铸坯内弧面部或角部，有时隐藏于铸坯皮下并被 FeO 覆盖，横裂纹与振痕共生，位于振痕波谷处，一般深约 24mm 热轧后板材上表面呈不规则“M
5、”形或呈星状缺陷；（若轧薄板角部横裂在内表面边部形成翘皮。 ）1、横裂纹产生机理河北工业职业技术学院论文第 3 页 共 14 页角部横裂纹形成于结晶器。振痕底部的偏析薄弱部分易形成微裂纹。包晶钢（含碳 0.08-0.16%） ，由于相变时发生包晶反应凝固收缩最大，形成不均匀凝固，在结晶器内易发生裂纹，裂纹在二冷区得到发展。当冷却不均匀（如喷咀堵塞等），弯曲或矫直时应力过大，特别是含 Nb 钢，在 950以下矫直，处于高温脆性区，裂纹扩展成角横裂，脆性的主要原因是 NbN 或 Nb(CN)沿奥氏体晶界析出矫直，应力集中引起角部横裂纹，角部横裂纹多发生于板坯上表面，角部横裂主要在矫直区扩展，说明连
6、铸坯有角部过冷的问题，矫直时处于高脆性温度区间。2、横裂纹产生影响因素分析（1）化学成分H 厂生产 A32 钢的化学成份如下表。表 2 H 厂 A32 化学成份化学成份（%）元素C Si Mn P S AlS NbA32 0.08-0.13 0.30-0.40 1.00-1.300.0350.0350.0100.02-0.04注：借用 H 厂统计数据，说明 F 厂的问题。对同一浇次典型炉次的表面横裂纹废品如下表 3。表 3 化学成份与表面横裂纹废品关系表从上表可以看出，含碳量为 0.11%-0.12%时，横裂纹废品率高，当含碳量为0.13%-0.14%时，横裂纹废品率明显降低。有文献指出，当含
7、碳量 0.10-1.2%时，由于初生坯壳在弯月面凝固时发生 L+ 相变，体积收缩最大，对裂纹敏感。铌含量化学成份（%）炉号C Si Mn P S Als Nb废品率（%）700219 0.11 0.34 1.40 0.028 0.012 0.022 0.026 12.6700221 0.11 0.34 1.17 0.029 0.009 0.023 0.026 19.0404702 0.12 0.37 1.14 0.020 0.010 0.027 0.031 17.5903124 0.14 0.34 1.15 0.034 0.019 0.020 0.023 5.5700218 0.13 0.38
8、 1.10 0.020 0.009 0.015 0.031 3.1404706 0.14 0.38 1.11 0.019 0.006 0.034 0.028 1.2河北工业职业技术学院论文第 4 页 共 14 页不含铌钢第脆性区温度 780-870，所以一般要求矫直温度 T900即可。但含铌钢第脆性区温度为 750-950，但实际生产中含铌钢矫直温度达不到 950，易产生横裂纹，所以含铌钢矫直温度 T950，并且含铌量按下限控制为好。N，Al S含量钢中 N 与 AlS、Nb 形成氮化物，在二冷区铸坯角部或其它部位过冷（T900）在晶界析出使钢变脆，铸坯矫直时，形成横裂纹。所以必须高温矫直及必
9、须使N Al S310 -8。（2）坯壳与结晶器壁的摩擦力大，结晶器液面波动范围大。结晶器内有凹坑，保护渣粘度小，渣耗大，振痕深；粘度高，渣耗小，渣膜不稳定；结晶器锥度大或结晶器液面波动范围大等，坯壳与结晶器的摩擦力过大，会导致铸坯在结晶器内就产生横裂纹。（3）结晶器振动结晶器的振动参数及振动精度对铸坯表面横裂纹有较明显的影响。铸坯表面振痕深度增加，横裂纹增加。在对振痕较深的含铌钢铸坯轧后发现，废品率高达40%以上。通过振动参数优化，提高振动机构的精度，使铸坯表面的振痕深度降低至 0.3mm 以下大大降低了铸坯表面横裂纹的发生率。由于铸坯表面横裂纹主要产生振痕的波谷处，且振痕波谷愈深，横裂纹指
10、数愈大。因此，采用高频小振幅，尽量减少负滑脱时间和振痕深度，采用液压非正弦振动减少坯壳与结晶器的摩擦力，对减少横裂纹极为有利。（4）影响振痕的因素振痕深度=At N 负滑脱时间 tN= cos-1f60fh1试中：A 常数； 拉速；f 振为频率；h 振动行程（振幅的 2 倍） 。拉速、振幅、振频对 tN的影响如下河北工业职业技术学院论文第 5 页 共 14 页由上面两图可以看出，负滑脱时间 tN 相对 f 都有一极值，错开极值，当 C一定，采用高频、小振幅，可减少负滑脱时间，减少振痕；振幅 S 一定，采用高频、高拉速、减少振痕。对于 A 的常数影响如下：a 润滑方法当 f130 次/min，时
11、用液渣润滑振痕深，当 f130 次/min 时，液渣润滑和油润滑振痕深度区别很小。b 含碳量含碳量为 0.08%-0.16%时，振痕最深；c 结晶器保护渣粘度试验结果发现，熔渣粘度对振痕有明显影响。高粘度保护渣铸坯振痕非常轻微；而保护渣粘度低的情况下，振痕较深。（5）连铸工艺参数、拉坯速度及二次冷却铸坯拉速由 0.9m/min 提高到 1.0m/min，横裂纹废品率由 5.5%减为 0.6%，拉速提高有利于提高二冷喷咀特性（喷咀雾化好） ，使铸坯冷却更均匀，同时更有利于提高铸坯矫直温度。二次冷却的目标除了减少漏钢，还应保证均匀冷却，减少表明温度回升。铸机二次冷却区轴承座漏水及个别喷咀堵塞或出水
12、不均，往往造成铸坯表面冷却不均，铸坯易产生角横纹或两肋表面横裂纹，对于含铌钢使铸坯矫直区表面温度达到 950以上，在保证喷咀性能要求，通过将铸坯二次冷却比水量降低到 0.59L-0.57l/kg，以达到提高铸坯表面温度的目的。（6）支撑辊的对中由于辊子卡往而产生的摩擦力会使应力增加。支撑辊对中不好，或各对辊子开口度发生变化，或辊间距太大，使坯壳交替地鼓肚和再压缩所引起的弯曲变形，都会促进横裂纹形成。因此，采用辊缝仪，让辊子精确对中，并让所有辊子自由转动是防止横裂纹重要手段。3、防止横裂纹措施（1）优化并准确控制钢的化学成份，碳含量避开 0.10-0.12%的敏感区间，钢中 N、Al S含量按下
13、限控制，N0.0050%，对于含 Nb 钢（高含量）采用微钛处理，钢在二次冷却变形时，首先析出 TiN，减少 Nb(CN)晶界析出，钢的脆性温度降低，从而减少横裂纹。（2）优化结晶器的振动参数及结晶器保护渣性能，降低负滑脱时间和振痕河北工业职业技术学院论文第 6 页 共 14 页深度。（3）防止二冷区轴承座漏水及个别喷咀堵塞，保证二冷水分布均匀，防止铸坯局部过冷，优化二次冷却，并采用弱的冷却制度，含铌钢矫直温度950。（4）二冷段定期检修，辊子精确对中及自由转动，保证铸机状态良好。（5）在二冷弱冷却条件下，对铸坯角部冷却进行控制，即铸坯的边部喷嘴采用独立控制方式或浇注宽板坯时，可以将边部喷嘴的
14、喷淋水关闭，以提高铸坯角部温度。（6）将开浇坯、换包坯、尾坯、换水口铸坯等，由于角部裂纹严重，可以下线清理。（二）铸坯表面纵裂纹1、纵裂纹产生机理宽厚板含碳量多为包晶钢，凝固时发生包晶反应，凝固收缩量大，造成结晶器内凝固壳生长不均，若结晶器冷却过强，加剧坯壳不均匀性，或铸坯在结晶器内收缩受阻，产生微裂纹。铸坯纵裂纹产生在结晶器，在二冷不均，使裂纹进一步扩大，形成表面纵裂纹。2、纵裂纹产生影响因素分析（1）化学成份F 厂宽厚板主要生产船板钢，而船板钢含碳量范围为 0.08-0.16%正好处于包晶区，投产初期采用普钢保护渣，不能对铸坯实行有效缓冷所以产生大量纵裂纹。后采用包晶钢保护渣，并将铸坯含碳
15、量控制在 0.14-0.16%，纵裂纹明显减少。（2）结晶器冷却对于含碳量在 0.08-0.16%钢种，从铁碳相图上可见凝固过程会发生包晶反应，包晶反应促使在凝固点附近收缩率大，极易由于收缩不均产生表面凹陷，进而产生表面纵裂纹。该钢种属凹坑敏钢种，应采用弱冷却，降低初生坯壳不均匀性。原来结晶器冷却的冷却水进水温低于 30，结晶器水量为结晶器边长 2.4-2.5L/min.mm，进出水温差 4-6，属强冷却，成为纵裂纹重要原因。（3）结晶器锥度F 厂船板钢拉速为 0.8-0.9m/min，拉速较低，结晶器锥度为 0.88%/m，倒锥度偏低，倒锥度不合适，是产生裂纹原因之一。（4）结晶器液面波动连
16、铸开浇钢包自开率低，或钢水供钢不及时，或换浸入式水口，均要降低拉河北工业职业技术学院论文第 7 页 共 14 页速及液面控制手动或自动控制上的晚，造成液面波动大。有资料表明，当结晶器液面变化大于 10mm 或浇铸速度变化0.2m/min 等，也易产生纵裂纹。（5）结晶器流场结晶器流场均匀使结晶器温度均匀，减少热应力，有利于消除纵裂纹。3、防止纵裂纹措施（1）结晶器弱冷却结晶器进水温度30，出水温度45；连铸停浇时，通知看水工结晶器循环冷却水不走冷塔保持水温。结晶器冷却水量：结晶器边长 2l/min.mm，进出水温差应为 8-10。结晶器采用包晶钢保护渣（2）优化结晶器流场，结晶器液面采用自动控制，尽量减少开浇和换水口手动控制时间。（3）结晶器倒锥度提高至 0.9-1.0%/m。（4）采用恒速浇铸。（5）提高结晶器浸入式水口寿命，尽量少换水口。（三） 轧材性能不合从轧材性能看，主要问题是冷弯不合及延伸率低
