连铸小方坯中间裂纹成因分析及改进实践--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

连铸小方坯中间裂纹成因分析及改进实践

发表时间：2020/11/11 来源：《基层建设》2020年第22期作者：万占成

[导读] 摘要：根据新疆伊犁钢铁有限责任公司炼钢厂连铸生产实践，分析连铸小方坯中间裂纹的形成原因和影响因素，针对中间裂纹产生的原因,指出完善二冷配水制度,严格规范操作和保持连铸机的状态等具体措施，并通过实施，取得了明显的效果。

        新疆伊犁钢铁有限责任公司炼钢厂新疆伊宁 835800
        摘要：根据新疆伊犁钢铁有限责任公司炼钢厂连铸生产实践，分析连铸小方坯中间裂纹的形成原因和影响因素，针对中间裂纹产生的原因,指出完善二冷配水制度,严格规范操作和保持连铸机的状态等具体措施，并通过实施，取得了明显的效果。
        关键词：连铸小方坯内部裂纹成因措施
        1前言
        伊犁钢铁有限责任公司（简称伊钢）炼钢厂，R8m5机5流小方坯连铸机于2011年9月投产，一期工程生产匹配一座80t转炉以及1座LF精炼炉。主要生产钢种有Q195、Q215、Q235、HPB300、HRB400等钢种，浇铸断面150mm×150mm。投产以来，随着产量的不断提高，在高拉速下铸坯产生内部裂纹的质量缺陷逐渐突出，尤其在冶炼HPB300、HRB400（盘螺）时表现的较为明显。铸坯内部出现中间裂纹，严重时影响轧钢生产，造成轧制时铸坯开裂，轧不合，轧钢切头多，重者则判废，严重影响公司经济效益，给工序的成本与产品的质量造成重大的影响，已成为生产中必须解决的重要问题。
        2中心裂纹的形态及行成机理
        1中心裂纹的形态分布
        1#连铸机中心裂纹在断面上是呈不连续的点状分布，有时候有2到3个点。点之间的连线往往是线状的肉眼可见的中心线裂纹，严重时贯穿整个铸坯长度方向，并且伴随着中心偏析疏松以及裂纹。裂纹在铸坯处于发红状态时不易察觉，待铸坯冷却至室温状态下时则清晰可见，给在线控制带来很大困难。
        2中心裂纹的形成机理
        连铸在生产过程中其产品内部质量主要取决于连铸坯中心致密度[1]，而影响连铸坯中心致密度的缺陷主要有各种内部裂纹、中心偏析、中心疏松以及铸坯内部的夹杂物。内部裂纹发生在凝固前沿附近的凝固壳内，晶间拉伸应力作用到凝固界面上，当拉伸应力超过其临界应力时，造成沿一次枝晶的晶界面开裂，然后富集溶质元素的钢水填充到这些裂缝中；再者铸坯导向区由于支撑辊对正不良、坯壳鼓肚等引起裂纹加剧；中心线裂纹的产生还与中心偏析和中心疏松有一定关系。总之，连铸坯裂纹是影响产品质量的一个重要缺陷，裂纹产生的原因是极其复杂的，它是外力、设备状况和工艺条件等因素综合作用的结果，对每种裂纹产生原因要具体问题具体分析。
        3铸坯中间裂纹产生的影响因素
        3.1钢水的过热度以及质量对中间裂纹的影响
        1过热度
        钢水温度高在浇铸时由于内外钢液温差大[2]，会加快柱状晶生长，增加柱状晶宽度，而柱状晶的结构能承受的外力较小，在生长过程中应力很容易使其开裂，在铸坯上就表现为中间裂纹。降低过热度可使结晶结构中的等轴晶比例增加，从而使凝固坯壳具有更高的强度。同时，温度的降低更能保证铸坯全凝固矫直。
        2钢水中S、P对中间裂纹的影响
        钢水中S与Fe行成FeS，其熔点较低（1190℃），并与Fe行成熔点更低（988℃）的共晶体；固体相与液体相共存的温度范围宽，S在ｒ相中的溶解度很小，随着钢液的凝固，S将向液体部分富集，造成硫化物偏析。在各种应力作用下，柱状晶晶界硫化物富集处就会开裂，产生内部裂纹。钢水中的P是有害元素之一，会强烈降低固相线温度，推迟铸坯塑性能力的增加，降低钢的高温塑性。
        3.2拉速的影响
        确定浇铸拉速应考虑钢水过热度的影响，在合适的过热度下选择合适的拉速，有利于铸坯质量的保证和生产效率的提高。过热度小，拉速高；过热度大，拉速低。在同一过热度下，拉速越高，在结晶器内生成的坯壳越薄，不均匀性越明显；拉速越低，铸坯在冷却区所受到的冷却强度越大，越容易发生凹陷产生内裂。
        3.3二冷区喷淋管不对中的影响
        二次冷却区喷淋管的不对中，会造成二冷水喷向铸坯时偏向一侧，造成铸坯冷却不均匀。使铸坯产生的热应力不均匀。加之由于二冷水处理不好，水中氧化铁皮等杂物多，喷嘴经常堵塞，更加剧了铸坯冷却不均匀，严重者铸坯出现菱变、鼓肚。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

特别是二冷段二段、三段喷嘴堵塞，冷却水量不均且减少，加剧了铸坯的在二三段冷却时的回温，产生更大热应力，导致铸坯产生中间裂纹。铸坯在二冷段冷却不均匀，铸坯脱方鼓肚及回温大，造成铸坯冷却时热应力过大不均匀，在矫直时导致中间裂纹加剧。
        3.4二冷配水的影响
        连铸过程中，在矫直点的铸坯表面温度应大于900℃。凝固坯壳的传导热流是由喷射到铸坯表面的水滴带走，这样会保持铸坯表面温度不产生回温现象。此外，由于坯壳厚度随拉坯进行逐渐增厚，传热阻力也逐渐增加，铸坯表面不会产生过大的冷却，也不会使坯壳厚度呈比例增加；相反会带来表面温度急剧下降、温度梯度增加，坯壳应力相应增加，从而造成铸坯裂纹。铸坯表面冷却不足，则铸坯表面回温过高，使凝固前沿产生热应力，产生内部裂纹，当冷却水强度过大时，铸坯经过喷水段的强冷后进入辐射冷却区，铸坯中心热量易向外传递，由于液芯温度高，坯壳温度较液芯温度低，使坯壳产生温度回升，引起坯壳膨胀，凝固前沿引起张力应变，当某一局部位置的张力应变超过该处的极限应变时，就会沿着柱状晶开裂，从而形成内裂。
        4铸坯中间裂纹控制措施
        4.1控制钢水过热度
        控制中间包过热度，降低中包过热度。铸坯柱状晶发达时呈各相异性，裂纹容易扩展，且易出现“搭桥”现象。因此必须抑制柱状晶生长，扩大中心等轴晶区。柱状晶与等轴晶区的大小取决于浇注温度。温度高，钢水中气体、夹杂也高，铸坯收缩量大，相同冷却强度时坯壳薄、高温力学强度低。实行低过热度浇铸，过热度降低，铸坯在冷却时收缩量变小，相应产生的热应力也减小，铸坯产生中间裂纹的倾向也减小。因此本厂将过热度由原先的20-40℃降低至10-25℃，降低高过热度对铸坯中间裂纹倾向的影响。
        4.2控制钢水S、P含量以及锰硫比
        磷是裂纹敏感性元素，磷含量增加将显著增加磷在枝晶间的富集，枝晶间的偏析增加，容易产生裂纹；硫易形成低熔点FeS，分布在晶界，引起晶间脆性，成为裂纹扩展的路径。而锰硫比高时，有足够的锰与硫结合，形成MnS，以棒状形式分布在奥氏体基体中，而不易形成裂纹。因此必须控制钢水中硫磷含量并提高锰硫比，有利于减小铸坯中间裂纹。
        4.3控制和稳定拉速
        连铸机拉速的高低以及变化速率对铸坯的凝固厚度、凝固末端位置、凝固组织的构成和铸坯的高温力学强度都有着很大的影响。拉速频繁变化，也会引起凝固末端位置的频繁变化，凝固末端附近凝固前沿“搭桥”的概率会增加，最终诱发中心裂纹。因此制定恒拉速并全力推广“恒速浇注”，能有效的降低拉速对铸坯中间裂纹倾向的影响。
        4.4控制二冷区喷淋管的对中
        铸坯质量对二冷水状况十分敏感，铸坯过冷将导致柱状晶发达，降低钢的高温强度，铸坯冷却不足，坯壳过薄易产生鼓肚。加强二冷室的管理，使喷淋管对正铸坯，保证喷嘴到铸坯的间距一致，我厂严格控制在120mm±5mm之间，保证铸坯在二冷段的冷却均匀性。加强对喷嘴的检查，对有问题的喷嘴及时更换，防止喷嘴堵塞，减少铸坯的菱变脱方及鼓肚，降低铸坯冷却回温，减少铸坯冷却时的热应力，铸坯中间裂纹倾向明显降低。
        4.5优化冷却系统提高冷却效果
        伊钢公司连铸车间整个二冷段采用自动配水系统。主要从以下两个方面调整二次冷却制度：1调整二冷配方;2优化喷嘴型号.
        5结语
        1.中间裂纹的形成与二冷制度不完善、连铸机状况不佳有关；中心裂纹则是由于过热度、拉速的控制不当及二冷强度不合理形成的。
        2.通过完善二冷设施，优化配水工艺，规范工艺操作，保持连铸机状况良好。
        3.采取了以上措施后，铸坯表面回温现象得到了很大的改善，中间裂纹以及中心线裂纹均在可控范围内，减少了铸坯废品，满足了轧钢生产需要，提高了经济效益。
        参考文献：
        [1]蔡开科.连铸坯质量控制.北京：冶金工业出版社，2010
        [2]蔡开科.连铸铸钢500问.北京：冶金工业出版社，2002