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板坯表面纵裂的原因分析及采取的措施

作者：李颖

来源：《读写算》2012年第12期

【摘要】 介绍了中厚板连铸坯目前的表面质量情况, 对存在的表面纵裂纹和横裂纹缺陷产生的原因进行了分析, 结合连铸坯生产工艺和设备的实际情况, 对有利于消除表面裂纹的防止措施进行了探讨并提出了建议。 【关键词】 中厚板 横裂纹 纵裂纹

针对炼钢厂板坯1#连铸机表面质量缺陷的成因，分析了板坯表面缺陷的类型、数量和分布，并通过实际生产，研究了钢水质量、结晶器液面状况、结晶器保护渣、结晶器流场、浸入水口插入深度、钢中夹杂物和设备检修等对板坯表面质量的影响。并提出了控制板坯表面质量的有效措施，对纵裂情况进行有效控制，减少了板坯纵裂的发生，铸坯合格率显著得到提高，取得了较大的经济效益。

1 北营炼钢厂板坯生产工艺流程及铸机性能 1.1 生产工艺流程

北营炼钢厂有三座120t顶底复吹转炉，2座LF精炼炉，与其相配套的板坯连铸机为1机1流直弧形板坯连铸机。

主要生产工艺流程为：120t转炉 板坯连铸工序的生产流程为：

钢包回转台中间包结晶器弯曲段扇形段（1～6）矫直段（7～8）水平段（9～13）火焰切割打印机推钢机/垛板台下线堆冷（或下线清理堆冷） 1.2 铸机主要技术参数

铸机主要技术参数如表1所示。 表1 板坯连铸机主要技术参数表 2 表面纵向裂纹的形成机理

外销

板坯连铸机。

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表面纵裂起因于结晶器弯月面初生坯壳厚度的不均匀性，作用于坯壳上的拉应力和热应力超过高温坯壳的允许强度，在坯壳薄弱处产生应力集中沿树枝晶间或奥氏体晶界产生断裂。一般来说，裂纹在结晶器弯月面刚形成时是很微小的，只有进入二冷区才不断加深、加宽和加长，即使二冷区冷却均匀，这种裂纹进入二冷区也要扩展，若二冷区冷却不均匀，裂纹扩展更加严重。

2.1 表面纵向裂纹的形成原因

北营第二炼钢厂板坯连铸机所浇钢种绝大多数是含碳在0.10%～0.18%范围的亚包晶钢。亚包晶钢与δ单相凝固钢或过包晶钢相比，该类型钢浇注板坯容易出现表面纵裂，这是由于亚包晶钢初生凝固坯壳收缩大、生长不均匀造成。从铸坯发生的纵裂情况来看，大部分集中在铸坯的内弧中部，长度不等，有时贯串整支铸坯为大纵裂纹，深度约（10～15）mm；部分断断续续，或是间断性纵裂纹或间断性凹陷。

由于种种原因使得二炼钢板坯表面原始合格率一直处于较低的水平，铸坯表面清理量大，制约了铸机生产能力的提高。为了提高二炼钢板坯表面质量，采用现场跟踪对比试验的方法，从连铸钢水质量（钢中有害元素、锰硫比、碳含量）、结晶器液面状况（冲棒、结晶器液面波动、塞棒水口吹氩及吸气状况等）、结晶器保护渣和冷却制度等方面对板坯表面质量的影响进行了研究，得出了板坯表面缺陷的类型、数量和分布特点和影响二钢板坯表面质量的主要因素及控制措施。

2.2 二炼钢板坯表面缺陷类型及分布特点

现场调查了500炉不同断面（200mm×1250mm，200mm×1550mm）铸坯的表面缺陷，统计结果如图1所示。由图1可见，铸坯表面缺陷95%是表面纵裂纹，其它缺陷只占5%左右，而表面纵裂又分为表面沟纵裂和表面平纵裂两种。所谓表面沟纵裂纹是指表面带有沟槽状的纵裂纹，裂纹较粗、较长，里面一般充满渣；而平纵裂纹是指裂纹较直、细、短，且表面平整的纵裂纹。

图1板坯表面缺陷类型

在水口区域，统计结果如图2所示，即铸坯宽面中心区域表面纵裂纹占整个铸坯表面裂纹的59%；在铸坯四分之一区域，表面纵裂纹分别为16%和15%，平均为15.5%；在铸坯的两边区域，表面纵裂纹分别为4%和6%，平均为5.5%。三个区域表面纵裂纹比例为，宽面中心区域∶四分之一区域∶铸坯两边区域＝11∶3∶1。从内弧、外弧分别统计来看，内弧纵裂纹占74%，外弧纵裂纹占26%，内弧表面纵裂纹比例明显高于外弧表面纵裂纹的比例。内弧裂纹类型是平裂纹占1%，而沟裂纹占96%；外弧裂纹类型则是平裂纹占17%，沟裂纹占82%。 图2板坯表面纵裂纹分布

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调查结果表明，二炼钢板坯表面缺陷主要是表面纵裂纹，位置集中在铸坯宽面中心区域，即水口附近区域；从内弧、外弧裂纹类型分布来看，内弧、外弧裂纹主要是沟裂纹，但外弧平裂纹较内弧平裂纹比例大。

2.3 影响板坯表面质量的主要因素及控制措施 ① 钢水质量：

（1）钢中有害元素：钢中有害元素包括S，P。钢水中P元素对铸坯质量的影响，P对纵裂敏感性大,P使钢的塑性下降而变脆。纵裂的根源也在于显微偏析。由于显微偏析,在钢凝固过程中，由于设备或操作上总难以避免少量的鼓肚和菱变，在鼓肚和菱变下，横向拉应力,而使在晶界上微裂纹，到二冷区后，微裂纹扩展成纵裂而造成表面缺陷，一般认为P的含量应控制在

图3钢中∑(P＋S)对表面裂纹的影响 A＜0.030%B≥0.030%

（2）Mn/S对铸坯表面质量的影响:钢水中P元素对铸坯质量的影响，①Mn的提高，使有更多的Mn与S结合成MnS（熔点1620℃）。因为Mn与S的亲合力远大于Fe与S的亲合力，形成的MnS以线状形式分布于奥氏体，而使裂纹形成率下降，因为钢中S的控制毕竟是有限的，而且较困难，需付出其它代价。而通过加Mn来控制S对钢的裂纹影响就比较简单而有效了。一般认为Mn/S比应大于24［1］，此时所引起的危害几乎消失，所以对钢中S 元素衡量标准有两个，一是S的绝对含量，另一个是Mn/S值。

其次Mn可以形成碳化物，但大部分和铁形成固熔体，提高钢中铁素体奥氏体的强度和硬度。为此,要抑制碳素钢裂纹的发生，在钢水成分方面尽量要使C≠0.10%～0.22%,，Mn/S>24，P

图4锰硫比对铸坯表面裂纹的影响

（3）钢中碳含量对铸坯表面裂纹的影响:钢中碳含量对铸坯纵裂的影响见图5，由图五可见，钢中碳含量在0.10%～0.14%的钢容易产生表面（指宽面）纵裂，铸坯表面原始合格率很低，这是由于含碳量在此范围内时，在结晶器弯月面形成的初生凝固坯壳收缩最大，且收缩不均匀，从而引起传热不均匀。从图5可以看出，碳含量在0.12%时，铸坯表面产生的裂纹数量最多，对应的铸坯表面原始合格率为零，主要表面缺陷就是出现大量的纵裂纹。但随着碳含量的增加，达到0.15%以上的钢，钢水凝固过程中的两相区加宽，使得表面纵裂纹大大减少，铸坯表面原始合格率显著提高，平均能达70%以上。