Cr表面微裂纹控制

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1、福福 建建 三三 钢钢 Fujian SanSteel SANGANGSTEEL40Cr表面微裂纹控制表面微裂纹控制40Cr表面微裂纹控制表面微裂纹控制福建三钢闽光股份有限公司福建三钢闽光股份有限公司炼钢厂炼钢厂福福 建建 三三 钢钢 Fujian SanSteel SANGANGSTEEL40Cr表面微裂纹控制表面微裂纹控制主主 要要 内内 容容一一、前言前言二、铸机概况与铸坯及轧材表面微裂纹特征二、铸机概况与铸坯及轧材表面微裂纹特征 三、三、40Cr40Cr产生表面微裂纹的影响因素分析产生表面微裂纹的影响因素分析 四、四、40Cr40Cr产生工艺的调整措施产生工艺的调整措施五、实际效果五、

2、实际效果福福 建建 三三 钢钢 Fujian SanSteel SANGANGSTEEL40Cr表面微裂纹控制表面微裂纹控制一、前言一、前言40Cr40Cr盘盘条条主主要要用用于于制制造造高高强强度度螺螺杆杆、螺螺母母、销销轴轴等等，其其化化学学成成分分、尺尺寸寸精精度度和和表表面面质质量量要要求求较高，生产难度较大。较高，生产难度较大。我我厂厂于于20102010年年1111月月进进行行了了首首次次生生产产，并并陆陆续续的的进进行行了了5 5个个批批次次试试生生产产，效效果果不不尽尽如如人人意意轧轧制制成成品品频频繁繁出出现现的的冷冷顶顶锻锻开开裂裂，在在铸铸坯坯切切片片热热酸酸洗洗后后表表

3、面面发发现现大大量量的的微微裂裂纹纹，铸铸坯坯表表面面裂裂纹纹缺缺陷率超过陷率超过50%50%。福福 建建 三三 钢钢 Fujian SanSteel SANGANGSTEEL40Cr表面微裂纹控制表面微裂纹控制二、铸机概况与铸坯及轧材表面微裂纹特征二、铸机概况与铸坯及轧材表面微裂纹特征 连铸机类型连铸机类型 弧型方坯连铸机弧型方坯连铸机 流数流数 6机机6流流铸坯尺寸铸坯尺寸 160*160 结晶器长度结晶器长度 1000mm 二冷方式二冷方式 四段独立式全水冷却四段独立式全水冷却 中间包容量中间包容量 30吨吨弧形半径弧形半径 R10000mm流间距流间距 1200mm 振动方式的振动方式

4、的 全板簧振动全板簧振动结晶器控制结晶器控制 塞棒自动控制塞棒自动控制2.1 2.1 三钢三钢5#5#方坯连铸机工艺参数方坯连铸机工艺参数福福 建建 三三 钢钢 Fujian SanSteel SANGANGSTEEL40Cr表面微裂纹控制表面微裂纹控制2.2 2.2 铸坯表面微裂纹酸洗特征铸坯表面微裂纹酸洗特征 图图1 40Cr1 40Cr表面密集的微裂纹表面密集的微裂纹 图图2 40Cr2 40Cr表面零星微裂纹表面零星微裂纹福福 建建 三三 钢钢 Fujian SanSteel SANGANGSTEEL40Cr表面微裂纹控制表面微裂纹控制2.3 2.3 轧材表面轧材表面缺陷酸洗金相特征缺

5、陷酸洗金相特征 图图3 3 头部头部-500-500试样表面存在一条裂纹试样表面存在一条裂纹 图图4 4 组织组织-200,-200,缺陷处均存在氧化原点缺陷处均存在氧化原点福福 建建 三三 钢钢 Fujian SanSteel SANGANGSTEEL40Cr表面微裂纹控制表面微裂纹控制2.4 2.4 铸坯低倍及轧材酸洗情况分析铸坯低倍及轧材酸洗情况分析连铸坯的表面微裂纹分布无规则连铸坯的表面微裂纹分布无规则表表面面微微裂裂纹纹主主要要有有两两种种形形态态，一一种种是是细细微微的的密密集集分分布布，另另一一种种是是零零星星的的裂裂纹纹长长度度在在10mm10mm左左右右随机分布。随机分布。

6、裂纹深度约裂纹深度约通通过过轧轧材材表表面面裂裂纹纹的的高高倍倍分分析析，裂裂纹纹处处均均出出现现了氧化原点，说明裂纹的源头在铸坯表面。了氧化原点，说明裂纹的源头在铸坯表面。 福福 建建 三三 钢钢 Fujian SanSteel SANGANGSTEEL40Cr表面微裂纹控制表面微裂纹控制 三、三、40Cr40Cr产生表面微裂纹的影响因素分析产生表面微裂纹的影响因素分析 结结晶晶器器内内初初生生坯坯壳壳的的状状况况直直接接影影响响铸铸坯坯的的表表面面质质量量，拉拉坯坯阻阻力力、冷冷却却强强度度大大、冷冷却却不不均均匀匀造造成的热应力和铸坯表面裂纹关系密切成的热应力和铸坯表面裂纹关系密切11。

7、结结晶晶器器水水量量、水水缝缝尺尺寸寸误误差差容容易易造造成成铸铸坯坯初初生生坯坯壳壳的的生生产产不不均均匀匀，热热应应力力增增加加，当当热热流流密密度度超超过过一一定定数数值值时时，表表面面裂裂纹纹指指数数急急剧剧增增加加从从而而造成铸坯表面裂纹。造成铸坯表面裂纹。 如如果果铜铜管管锥锥度度过过大大会会使使铸铸坯坯运运动动过过程程中中摩摩擦擦力力变大，容易产生表面质量问题。变大，容易产生表面质量问题。 3.1 3.1 结晶结晶器冷却及铜管倒锥度器冷却及铜管倒锥度福福 建建 三三 钢钢 Fujian SanSteel SANGANGSTEEL40Cr表面微裂纹控制表面微裂纹控制铸铸坯坯表表面面

8、裂裂纹纹的的根根源源在在结结晶晶器器，当当有有微微裂裂纹纹的的坯坯出出结结晶晶器器进进入入二二冷冷区区后后，当当受受到到较较大大强强度度的的冷却时，铸坯易产生热应力造成裂纹的扩展冷却时，铸坯易产生热应力造成裂纹的扩展33。 3.2 3.2 二二次冷却强度次冷却强度 福福 建建 三三 钢钢 Fujian SanSteel SANGANGSTEEL40Cr表面微裂纹控制表面微裂纹控制在在钢钢的的脆脆化化温温度度区区，铸铸坯坯受受张张力力影影响响容容易易形形成成横横裂裂纹纹。二二冷冷制制度度不不合合适适时时，铸铸坯坯表表面面温温度度进进入入钢钢种种的的脆脆性性温温度度区，矫直时易产生各种裂纹区，矫直

9、时易产生各种裂纹22。 矫矫直直区区采采用用五五辊辊连连续续矫矫直直，当当矫矫直直力力超超过过铸铸坯坯应应变变时时，容易产生矫直裂纹。容易产生矫直裂纹。 3.3 3.3 铸坯矫直温铸坯矫直温度及压力度及压力 图图5 5为为40Cr40Cr断断面面收收缩缩率率曲曲线线，表表面面温温度度在在90011009001100为为较较佳佳变形温度变形温度福福 建建 三三 钢钢 Fujian SanSteel SANGANGSTEEL40Cr表面微裂纹控制表面微裂纹控制保保护护渣渣粘粘度度过过高高，流流入入铸铸坯坯与与结结晶晶器器壁壁间间隙隙的的渣渣量量少少，液液渣渣膜膜太太薄薄部部分分坯坯壳壳得得不不到到

10、充充分分润润滑滑，容容易易引引起起振振痕痕紊紊乱乱和和扭曲诱发铸坯皮下微裂纹。扭曲诱发铸坯皮下微裂纹。 运运动动的的铸铸坯坯和和结结晶晶器器之之间间有有摩摩擦擦助助力力，此此摩摩擦擦力力超超过过凝凝固固坯坯壳壳的的高高温温强强度度，或或坯坯壳壳与与结结晶晶器器壁壁粘粘结结，可可能能在在铸铸坯坯表表面面引引起起微微小小裂裂纹纹缺缺陷陷22。（中中高高碳碳钢钢由由于于钢钢种种特特性性，与与结晶器壁接触紧密，易出现坯壳与铜管壁粘结的现象）结晶器壁接触紧密，易出现坯壳与铜管壁粘结的现象） 保保护护渣渣性性能能不不适适合合时时，在在高高温温铸铸坯坯表表面面容容易易出出现现零零星星或或局局部部粘粘渣渣，由

11、由于于粘粘渣渣位位置置导导热热性性差差，在在二二冷冷冷冷却却过过程程中中容容易易出出现现不不均均匀匀现现象象而而产产生生拉拉应应力力，导导致致粘粘有有粘粘渣渣部部位位的的铸铸坯坯处产生裂纹。处产生裂纹。 3.4 3.4 结晶器保护结晶器保护渣性能渣性能 福福 建建 三三 钢钢 Fujian SanSteel SANGANGSTEEL40Cr表面微裂纹控制表面微裂纹控制N与与钢钢中中Al结结合合生生成成AlN，弱弱化化晶晶界界强强度度，在在Al、N含含量量高高时时，形形成成AlN在在晶晶界界析析出出会会加加剧剧钢钢的的脆脆化化，在在铸铸坯坯矫矫直直时时容容易易出出现现表表面裂纹。面裂纹。 3.5

12、 3.5 钢水中的钢水中的N N和和ALsALs含量含量样号N（ppm）ALs（ppm）572#930#926#806#（件1件2件3 外厂）0.00850.00880.00600.00840.00450.00440.0052472345389320200210190 表表2 2 三钢与外厂铸坯三钢与外厂铸坯N N和和AlsAls含量对比含量对比从上表可以看出，我厂从上表可以看出，我厂40Cr40Cr在在N N和和ALsALs控制普遍比较高控制普遍比较高。福福 建建 三三 钢钢 Fujian SanSteel SANGANGSTEEL40Cr表面微裂纹控制表面微裂纹控制CuCu、AsAs、Sn

13、Sn、元元素素氧氧化化势势低低于于铁铁，在在炼炼钢钢过过程程中中无无法法去去除除，最最终终残残留留在在钢钢水水中中。这这些些元元素素在在铸铸坯坯高高温温加加热热时时，根根据据选选择择性性氧氧化化原原理理，CuCu、AsAs、SnSn富富集集于于氧氧化化铁铁皮皮下下的的基基体体中中，形形成成富富铜铜或或富富铜铜相相，使使基基体体与与表表面面之之间间结结合合变变得得松松脆脆，沿沿晶晶界界浸浸入入的的富富集集铜铜及及硫硫化化物物使使晶晶界界强强度度降降低低，破破坏坏金金属属间间的的结合，在形变过程中形成裂纹结合，在形变过程中形成裂纹55。目目前前我我厂厂高高炉炉使使用用较较多多的的国国内内矿矿，各各

14、类类有有害害的的微微量元素较多。量元素较多。 3.6 3.6 钢水中有害残余元钢水中有害残余元素素CuCu、AsAs、SnSn 福福 建建 三三 钢钢 Fujian SanSteel SANGANGSTEEL40Cr表面微裂纹控制表面微裂纹控制 四、四、40Cr40Cr生产工艺的调整措施生产工艺的调整措施 4.1 4.1 结晶器水量调整结晶器水量调整方案方案结晶器水量（结晶器水量（t） 结晶器水温差结晶器水温差调整前调整前16078调整后调整后110810 4.2 4.2 结晶器锥度调整结晶器锥度调整 铜管锥距从原来的调整为。铜管锥距从原来的调整为。福福 建建 三三 钢钢 Fujian San

15、Steel SANGANGSTEEL40Cr表面微裂纹控制表面微裂纹控制比水量从原来的降到，比水量从原来的降到，矫矫直直前前温温度度控控制制在在10001000以以上上。通通过过40Cr40Cr的的断断面面收收缩缩率率图图分分析析，铸铸坯坯矫矫直直温温度度避避开开了其脆性温度区。了其脆性温度区。 4.3 4.3 降低二冷强度，提高降低二冷强度，提高铸坯表面温度铸坯表面温度 福福 建建 三三 钢钢 Fujian SanSteel SANGANGSTEEL40Cr表面微裂纹控制表面微裂纹控制拉速从原来降至拉速从原来降至振幅从降到振幅从降到振振动动频频率率从从58V58V提提升升到到68V,68V,

16、以以减减轻轻振振痕痕深深度和减少角部裂纹。度和减少角部裂纹。 4.4 4.4 降低拉坯速度，优化振动参数降低拉坯速度，优化振动参数 福福 建建 三三 钢钢 Fujian SanSteel SANGANGSTEEL40Cr表面微裂纹控制表面微裂纹控制中中高高碳碳合合金金结结构构钢钢(40Cr、35CrMo等等)保保护护渣渣特特点点5：钢钢中中碳碳含含量量及及Mn、Cr、Mo元元素素的的共共同同作作用用，坯坯壳壳高高温温塑塑性性低低，在在结结晶晶器器下下部部传传热热不不均均匀匀和和摩摩擦擦阻阻力力较较大大时时，易易出出现现铸铸坯坯皮皮下下微微裂裂纹纹，在在二二次次冷冷却却不不恰恰当当的的情况下裂纹

17、进一步扩展加剧情况下裂纹进一步扩展加剧4。保保护护渣渣宜宜采采用用多多组组分分的的熔熔渣渣组组成成，保保证证一一定定的的碱碱度度，吸附夹杂物能力强，粘度低润滑效果好吸附夹杂物能力强，粘度低润滑效果好 4.5 4.5 结晶器保护渣的优化结晶器保护渣的优化 配方配方SiO2CaOC碱度碱度半球点半球点粘度粘度127.9720.4414.570.7310830.275234.4226.159.120.7010680.360 表表4 4 与厂家配合试验的两种保护渣配比方案与厂家配合试验的两种保护渣配比方案福福 建建 三三 钢钢 Fujian SanSteel SANGANGSTEEL40Cr表面微裂纹

18、控制表面微裂纹控制钢中钢中N N含量的控制主要采取以下几方面的措施：含量的控制主要采取以下几方面的措施： 转炉工序：转炉工序：提高铁耗，采用低氮增碳剂提高铁耗，采用低氮增碳剂拉高碳出钢，减少补吹次数及时间拉高碳出钢，减少补吹次数及时间控制出钢时间，减少倒炉次数控制出钢时间，减少倒炉次数出钢全过程吹氩，控制吹氩强度出钢全过程吹氩，控制吹氩强度 LF LF炉精炼工序：炉精炼工序：1 1）采用大渣量精炼，保证埋弧效果）采用大渣量精炼，保证埋弧效果2 2）减少通电次数）减少通电次数3 3）抽风除尘采用微正压操作）抽风除尘采用微正压操作4 4）做到一次配铝操作）做到一次配铝操作. . 4.6 4.6 钢

19、中钢中N N和酸溶和酸溶AlAl的控制的控制 福福 建建 三三 钢钢 Fujian SanSteel SANGANGSTEEL40Cr表面微裂纹控制表面微裂纹控制钢中钢中N含量的控制主要采取以下几方面的措施：含量的控制主要采取以下几方面的措施： 连铸工序：连铸工序：重点做好全过程保护浇注工作。重点做好全过程保护浇注工作。 4.6 4.6 钢中钢中N N和酸溶和酸溶AlAl的控制的控制 样号样号 N（ppm） Als(ppm)1340#4224612#60267343#492091145#52225 通通过过炼炼钢钢各各道道工工序序的的优优化化与与攻攻关关，钢钢中中N含含量量逐逐步步下下降降，目

20、目前前可可稳稳定定在在60ppm以以下下，Als含含量量可可以以稳稳定定在在240ppm以以下。下。福福 建建 三三 钢钢 Fujian SanSteel SANGANGSTEEL40Cr表面微裂纹控制表面微裂纹控制对对不不同同炉炉座座的的高高炉炉铁铁水水进进行行合合理理分分配配，害害残残余余元元素素低低的的铁铁水水优优先先在在此此钢种上使用。钢种上使用。对废钢进行分类使用。对废钢进行分类使用。 4.7 4.7 控制钢中有害残余元素含量控制钢中有害残余元素含量 福福 建建 三三 钢钢 Fujian SanSteel SANGANGSTEEL40Cr表面微裂纹控制表面微裂纹控制五、实际效果五、实

21、际效果 表表6 6 试验试验5 5个批次的铸坯表面酸洗个批次的铸坯表面酸洗批次批次炉数炉数酸洗块数酸洗块数缺陷块数缺陷块数18361210242312240412241512120 试验效果明显，共取试验效果明显，共取5454个炉号个炉号128128块铸坯表面样，块铸坯表面样，其中有缺陷样其中有缺陷样4 4块，铸坯的块，铸坯的无缺陷率上升到无缺陷率上升到97%97%。达到。达到了预期的效果。了预期的效果。 跟踪统计轧钢成品的冷跟踪统计轧钢成品的冷顶锻合格率，一次顶锻合格顶锻合格率，一次顶锻合格率达到率达到95%95%以上，产品性能以上，产品性能满足用户的要求。满足用户的要求。 福福 建建 三三

22、 钢钢 Fujian SanSteel SANGANGSTEEL40Cr表面微裂纹控制表面微裂纹控制参考文献：参考文献：1 1 卢盛意卢盛意. . 连铸坯质量，北京：冶金工业出版社，连铸坯质量，北京：冶金工业出版社，199419942 2 史史寰寰兴兴. . 实实用用连连铸铸冶冶金金技技术术，北北京京：冶冶金金工工业业出出版版社社，1999 1999 3 3 韩韩志志伟伟 冯冯科科 毛毛敬敬华华 合合金金钢钢方方坯坯连连铸铸机机二二次次冷冷却却制制度度的研究的研究 铸造技术铸造技术 2009 03 2009 034 4 袁袁建建路路，李李文文兴兴，牛牛士士珍珍，冯冯捷捷 40Cr40Cr棒棒材材表表面面纵纵裂裂缺缺陷的研究陷的研究 钢铁钢铁 2006 04 2006 045 5 鲍启伟，连铸坯表面质量浅析鲍启伟，连铸坯表面质量浅析 宽厚板宽厚板 2006 06 2006 06福福 建建 三三 钢钢 Fujian SanSteel SANGANGSTEEL40Cr表面微裂纹控制表面微裂纹控制