第2期 2010年3月
连铸
No.2
March 2010
ContinuousCasting
钢板边部小纵裂纹控制与探讨
董光军
(济南钢铁集团公司第三炼钢厂,山东济南250101)
摘 要:采用对比试验、数据统计、电镜扫描等方法进行了富含Nb、V、Al元素钢板边部小纵裂纹的研究,总结出了控制边部小纵裂纹的措施。研究结果表明:最有效的技术措施是铸坯冷送、强化铸机设备管理、加强钢水氮的控制、提高钢水纯净度、合适的二冷制度。
关键词:边部小纵裂纹;冷送;铸机设备;氮的控制;二冷制度
中图分类号:TF777 文献标志码:A 文章编号:100524006(2010)02200442003ControlandDiscussofExiguousLongitudinalCrackat
MarginofSteelPlateDONGGuang2jun
(No.3SteelmakingPlant,JinanIronandSteelGroupCo.,Jinan250101,Shandong,China)
Abstract:ThearticleresearchesexiguouslongitudinalcrackatmarginofsteelplatewithhighalloyelementsofNb,V,Al,etc.bytakingcontrasttest,datastatistics,electronmicroscopescan,etc.andsummarizedmeasurestocontroltheaforementionedcracks.Theresultsshowedthatthemosteffectivemeasuresareslabcolddelivery,in2tensifiedcastingmachinemanagement,improvementofnitrogencontrollevel,raisingpurityofmoltensteelandap2propriatesecondcoolingcurve.
Keywords:exiguouslongitudinalcrackatmargin;colddelivers;castermachine;nitrogencontrol;secondcoolingcurve
随着品种开发的不断深入,高附加值品种钢日趋增多,钢种成分设计上加入大量的微合金元素如:Nb、V、Ti、Cr、Mo、Ni、Cu等,此类钢板在轧制过程中,出现了各种各样的裂纹,包括星裂、网裂、细小的边部纵裂纹,特别是细小的边部纵裂纹最多,占裂纹总量的70%。边部小纵裂纹的出现,造成大量钢板报废。济钢第三炼钢厂通过组织攻关、邀请专家进行学术交流,进行了大量对比试验、数据统计、电镜扫描等工作,找出了产生边部纵裂纹的原因,通过采取有效措施,使该类缺陷得到有效控制。
为实现炼钢2轧钢短流程生产线,连铸机设计成与中厚板厂紧凑式布置,连铸机出坯辊道与加热炉炉口相连,切割后的合格板坯通过辊道直接输送到加热炉进行加热后轧制。这种紧凑式布置可很好地实现铸坯的辊道热送,节省运输费用和铸坯加热的能源。
2 边部纵裂纹的形态及成因分析
边部小纵裂纹断续,但总体沿轧制方向,缺陷体较尖锐、细小,深度约0.1～210mm,力学试验不影响钢板冷弯性能。绝大部分分布在据钢板边部300mm左右,偶尔分布在钢板整个表面(图1)。取裂纹试样观察其金相照片,发现其种边部小纵裂纹和铸坯表面大纵裂不同,一般不存在脱碳现象,没有晶粒长大和氧化物原点(图2)。
该裂纹没有氧化原点,使用电镜对裂纹处进行扫描分析(图3),没有发现其保护渣成分(表1),表明该裂纹并不是在结晶器内产生的。最初怀疑该种裂纹极有可能是铸坯的皮下裂纹或铸坯在进加热炉加热及轧制过程中产生的。
1 中厚板连铸机主要设备参数和生产
组织模式
中厚板连铸机由奥钢联设计制造,于2003年3月1日投产。该铸机为连续弯曲连续矫直直弧形连铸机,铸机半径10m,冶金长度3412m,扇形段辊子为三分节辊。弧形段辊径230mm,矫直段、水平段辊径300mm。目前,主要生产断面为270mm×2100mm,钢种以低合金结构钢、船板钢、锅炉及压力容器钢为主。
),男,工程师; E作者简介:董光军(1977—2mail:Laodong973@163.com; 收稿日期:2009209211
第2期董光军:钢板边部小纵裂纹控制与探讨
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为了寻找裂纹产生的根源,现场取了很多低倍样,对应钢板出现边部小纵裂纹的炉次,对铸坯试样进行了酸洗。将铸坯试样浸泡于工业盐酸水溶液,酸洗后用钢刷将附着在铸坯表面的少量的氧化铁皮除去,清水冲洗后,用放大镜来观察铸坯表面的情况,均没有发现细小裂纹。
为了验证是否由皮下裂纹、夹杂或气泡造成的钢板表面裂纹,对酸洗后的试样进行表面铣、磨加工,沿内弧面向里1.5、310、415、715、1010mm逐层加工,并进行2次酸洗,逐层进行观察,没有发现有边部小纵裂纹、气泡、夹杂等迹象。
据有关资料介绍[1],现有连铸-冷却-再加热工艺中,当冷却到600～800℃范围,发生奥氏体向铁素体的转变,同时晶粒体积发生变化,碳氮化物容易在晶界析出并降低了晶界结合力。受到机械应力、热应力、轧制应力后容易产生裂纹。当热装温度
),此时奥氏体还来不及向铁大于Ar3值(约800℃
素体转变,氮化物不会在晶界析出,不容易产生裂纹。冷送时入炉温度始终低于Ar1,因为长时间的高温加热,氮化物重新全部溶解,轧制后的钢板没有问题。
3 边部纵裂纹的解决过程
3.1 送坯制度的影响
根据Nb、V、Al钢种的上述特点,进行了冷热送对比试验,结果见表2。
表2 冷热送对比表
Table2 Contrastofcolddeliveryandhotdelivery红送/炉红送裂纹率/%
耐候钢桥梁钢高强钢船板钢
42688
96.2024.9027.8233.45
冷送/炉
5838
冷送裂纹率/%
4.303.844.302.30
表1 不同点成分含量(质量分数)
Table1 Componentscontentatdifferentpoints位置
点1点2点3点4最大最小
O7.84.629.5244.67.86
0.610.61
1.161.381.431.16
Ca0.61
Mn1.43
Fe90.1055.4069.3298.6298.6255.4
%
合计
100.00100.00100.00100.00
其中船板钢采用了铸坯单数热送,偶数冷送的对比试验,对比结果十分明显。因此认为,送坯制度不合适是造成边部纵裂纹的主要原因。以后对微合金量大,裂纹敏感性强的钢种修改了送坯制度。
直接热装过程中,有一种方法可以有效控制碳氮化物的析出,即确保铸坯在连铸到热轧输送的过程中,其表面温度始终高于Ar3值或者始终低于Ar1,实际生产中很难达到热送温度始终高于Ar3值。为了避免上述现象的发生,外方专家介绍采用表面淬火是避免热送产生边部小纵裂纹的有效措
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施。经过表面淬火后,铸坯表面的温度可以冷却到
300℃以下。铸坯在加热后,会形成细小的晶粒尺寸,而且在晶粒边界仅有少量的碳氮化物析出。从而避免了在热轧过程中,由于碳氮化物析出所造成的奥氏体晶粒边界延展性的显著降低。3.2 设备精度的影响
中氮含量,即降低了碳氮化物总量,有利于预防边部
纵裂纹的产生。实践和经验认为,氮的质量分数最好控制在50×10-6以下。生产中主要依靠缩短LF加热时间、吹氩避免裸露钢液面和提高连铸保护浇铸效果来控制钢水氮含量。
有的炉次为回炉钢水冶炼,该部分发生边部小纵裂纹的概率极高。钢水氧化物多,来不及上浮,在钢水凝固的过程中,低熔点氧化物被包裹在坯壳中,形成坯壳中的薄弱点,受到过大的机械应力也容易产生钢板边部小纵裂纹。3.4 二冷制度的影响尽管冷送,平均近4%的边部纵裂纹率仍然偏
高,该部纹极有可能铸坯原始携带而来的。事实上也有可能存在铸坯表面或皮下存在边部纵裂纹,但酸洗、扒皮没能发现的现象,为此对连铸作了一些探索和实验。根据Nb、V、Al钢种脆性转变鼻点温度930～950℃,尝试提高矫直温度,来降低边部纵裂纹率,但效果收效甚微。经过一段时间的统计分析,发现铸坯内部质量和钢板表面边部纵裂纹有一个近似正比规律,为此把提高铸机的设备精度作为解决边部纵裂纹的着手点。
一般铸机当生产断面较宽时,辊子中间往往出现开口度变大的现象,铸坯在扇形段内也相应出现大肚子现象。铸坯出结晶器后,宽面长度为一固定值,随后发生线收缩,当扇形段出现大肚子后,铸坯产生鼓肚,宽度方向被拉长。在高温状态下,900～1200℃为大多数钢种的一个脆化区,此时如变形量大于坯壳其允许的变形量,就会被拉裂,形成晶间裂纹。
为此,通过强化扇形段的整备、维护和及时更换,重点维护好扇形段开口度,解决了扇形段的大肚子问题。钢板边部小纵裂纹比率也逐步降低。3.3 钢中氮含量及钢水纯净度的影响
在生产过程中,经常会发生边部小纵裂纹集中在某一炉次的现象,经过调查分析认为钢中氮含量高或钢水纯净度低所致。
钢中微合金元素Nb、V、Al与钢中的C、N结合,形成碳氮化物,容易在晶间析出。为此降低钢水
大量资料表明,降低微合金化钢种的裂纹率,应采用弱冷,即把其矫直点温度提高到其鼻点温度930℃以上。但实际生产中,未必能收到预期的效果。假如裂纹在矫直过程中产生的,不管二冷水如何调整,总是很难解决铸坯边角过冷的问题。实践表明适当增加二冷水强度,增加坯壳厚度,抵抗铸坯鼓度力,减少铸坯变形力,对减少铸坯边部纵裂纹有很大的好处。
4 结语
1)将送坯温度降至500℃以下,最好采用冷
送。
2)加强铸机设备的管理,严格扇形段开口度、对弧值标准,特别是不能忽视铸机基础框架的偏差。
3)强化钢水质量控制,降低钢水氮含量、控制钢中Als含量、提高钢水纯净度。4)选用合适的二冷制度。
参考文献:
[1] 孙彦辉,赵长亮,蔡开科,等.连铸板坯表层网状裂纹的成因研
究[J].中国冶金,2008,18(4):15.
