重鋼中厚板表面微裂紋成因和預防措施分析
2014-09-12 08:50:19
通過系統(tǒng)分析連鑄板坯軋成中厚板表面微裂紋的形成原因，查找對裂紋形成具有明顯影響的主要因素。重鋼通過采取優(yōu)化結晶器保護渣結晶性能設計，做好傳熱的控制；強化結晶器銅板倒錐度和保持寬面銅板夾緊，減少初生坯殼的凝固后受力不均勻性；加強結晶器足輥和彎曲段的對弧精度控制，防止板坯角部過度受力；強化生產調度，確保供鋼節(jié)奏；改進開澆及換水口操作，縮短板坯在低拉速下的運行時間，減少坯殼過冷；注意鋼中碳、鋁等成份控制，降低鋼的裂紋敏感性等措施后，中厚板表面裂紋得到較好控制。
連鑄板坯軋制成中厚板有一些常見質量缺陷，表面微裂紋是鋼質缺陷的最主要類型，其一旦出現(xiàn)，將導致該塊鋼板成為非計劃品甚至廢品，對應的供貨合同也無法及時兌現(xiàn)，打亂了生產秩序，嚴重影響企業(yè)的聲譽和市場競爭力。重鋼一煉鋼廠2013年供4100軋機的板坯量為1636358.079t，約占全廠產量的30%，其產品主要為中碳亞包晶鋼，在高拉速下生產具有較強的裂紋敏感性，微裂紋非計劃品達0.82%。本文就裂紋缺陷的成因及影響因素進行分析，以提出針對性強的預防措施，進一步降低鋼板表面微裂紋發(fā)生率。
1、鋼板表面微裂紋的基本情況
1.1、裂紋非計劃品按厚度和時間分布
鋼板表面微裂紋非計劃品按厚度分布情況是：40-60mm厚度的鋼板小縱裂紋率5.317%；＞60mm厚度的鋼板小縱裂紋率3.388%；＞60mm厚度的鋼板橫裂紋率1.996%，為主要缺陷；其余均低于1%。
鋼板表面微裂紋非計劃品按板坯生產時間分布情況如圖1所示。2月和7月尤其突出，9月后逐漸下降，10-12月各類裂紋得到明顯控制。
圖1：按板坯生產時間分布的鋼板表面微裂紋非計劃品率
1.2、裂紋非計劃品按鋼種和板坯斷面分布
各鋼種微裂紋非計劃品分布情況如圖2所示。Q390GJC小縱裂紋超過1200t，A鋼超過1100t，Q345B超過700t，16MnDR超過600t，A36、E40超過400t；邊部橫裂紋D36超過900t，A32超過700t，A、E40超過400t；鋼板表面橫裂紋E47超過600t。各斷面板坯所軋鋼板表面微裂紋非計劃品中，3號機生產板坯占94.90%，其余為1、2號機生產。
圖2：各類鋼種微裂紋非計劃品分布
各斷面板坯所軋鋼板表面微裂紋分布情況如圖3所示。250mm×2010mm等斷面小縱裂紋率較高，300mm×2000mm等斷面角部橫裂紋率較高，300mm×2010mm斷面橫裂紋率較高，250mm×2010mm等大倒角斷面板坯角部橫裂紋率相對較低。
圖3：各斷面板坯所軋鋼板表面微裂紋分布情況
2、厚鋼板小縱裂紋分析
取有表面疑似縱裂紋的厚鋼板試樣進行缺陷金相分析，發(fā)現(xiàn)缺陷處有氧化質點和嚴重氧化鐵，未發(fā)現(xiàn)有夾雜，厚度方向深度較淺，在0.1-0.3mm之間，判定該缺陷為裂紋。
對應的爐次取板坯進行表面酸洗和刨削，發(fā)現(xiàn)板坯表面有小縱裂紋存在，經過刨削后確認厚度約2-3mm之間，酸洗后板坯表面如圖4所示。試樣刨削后狀況如圖5所示。
圖4：對應爐號酸洗后的板坯表面縱裂紋
圖5：酸洗后的板坯表面縱裂紋刨削狀況
3、微裂紋成因
3.1、小縱裂紋
鋼水流入結晶器后，因凝固時收縮率高，彎月面下100mm內冷卻不均勻，形成的初生坯殼厚度極不一致，厚度較薄區(qū)域的凝固界面處應力集中而產生裂紋，在二冷區(qū)內縱裂紋并未迅速擴大，板坯精整時深度不超過5mm的微裂紋因氧化鐵皮覆蓋不容易發(fā)現(xiàn)而未能清理，在軋制時遺留于鋼板表面導致裂紋出現(xiàn)。
3.2、邊部縱裂紋
鋼水在結晶器內凝固過程中，寬面銅板對坯殼的夾持或窄面銅板對坯殼的支撐不良，在偏離角部附近坯殼較薄處凝固界面產生內部縱向裂紋，位于板坯表面的皮下，軋制時金屬流變后裂紋暴露出來，成為邊部縱裂紋。
3.3、角部橫裂紋
板坯經過結晶器足輥和彎曲段接弧區(qū)域、彎曲段彎曲區(qū)域、矯直段的矯直區(qū)域，角部表面溫度正好處于700-900℃的第三脆性區(qū)，鋁、鈮等元素的碳氮化物在晶界析出導致鋼的延性下降，角部橫裂紋產生。
3.4、橫裂紋
含銅、鋁、鈮鋼因拉速低，遇碳等元素綜合作用，收縮率較高，因拉速低或二冷區(qū)冷卻強度偏大，板坯弧面溫度低，處于700-900℃的第三脆性區(qū)，經過彎曲和矯直區(qū)域時，又恰好表面析出鋁、鈮等元素的碳氮化物致鋼的延性下降，橫裂紋得以形成。
4、主要影響因素剖析
4.1、保護渣結晶性能
各類裂紋對應的保護渣類別中，E保護渣產生裂紋量最多，小縱裂紋占39.96%。通過對2013年3季度250mm、300mm厚斷面的生產數(shù)據(jù)統(tǒng)計（1976.074t小縱裂紋）保護渣性能與小縱裂紋關系可知。同一臺連鑄機澆鑄中碳亞包晶鋼軋制中厚板時，E-2渣按生產爐數(shù)統(tǒng)計，平均小縱裂紋非計劃品量較多（4.823t/爐，裂紋率2.46%），D-2渣較少（0.374t/爐裂紋率0.19%），故亞包晶鋼保護渣性能按D類渣設計，而同期澆鑄含銅鋁鈮的低碳低合金鋼的E-1渣小縱裂紋非計劃品量處于二者之間（1.623t/爐，裂紋率0.83%），保護渣性能如表1所示。
表1：結晶器保護渣物理性能
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E-1
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E-2
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D-2
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R
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1.28
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1.62
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1.78
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Al2O3，%
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4.48
|
5.83
|
2.28
|
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粘度，Pa·S
|
0.113
|
0.063
|
0.038
|
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轉折溫度，℃
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1169
|
1167
|
1169
|
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析晶比例（粗晶），%
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20
|
20-30
|
100
|
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半球點溫度，℃
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1098
|
1202
|
1083
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4.2、班組操作差異
各班組操作對微裂紋的影響如表2所示。從表可見，丁班小縱裂紋較多，乙班較少；乙班邊部橫裂紋較多；甲班和乙班橫裂紋較多，丁班較少；甲班邊部縱裂紋較多。
表2：各班組裂紋非計劃品分布
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各班組在各類裂紋非計劃品中
所占比例，%
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出現(xiàn)裂紋爐次各爐平
均非計劃品重量，t/爐
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||||||
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班別
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甲
|
乙
|
丙
|
丁
|
甲
|
乙
|
丙
|
丁
|
|
邊部縱裂紋
|
36.63
|
22.32
|
28.17
|
12.87
|
5.729
|
4.747
|
4.832
|
4.888
|
|
橫裂紋
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35.83
|
40.46
|
12.73
|
10.99
|
22.181
|
21.037
|
10.341
|
9.521
|
|
邊部橫裂紋
|
19.71
|
31.56
|
25.39
|
23.34
|
5.667
|
7.787
|
5.971
|
6.309
|
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小縱裂紋
|
20.81
|
18.18
|
28.71
|
32.30
|
18.934
|
13.846
|
19.921
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25.147
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3號機同系列鋼種小縱裂紋與班別的差異如表3所示。從表可見，丁班小縱裂紋較多（無論是穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)），乙班較少。通過深入分析某段時間生產的上千噸的50mm厚鋼板表面小縱裂紋非計劃品的原因發(fā)現(xiàn)，供鋼節(jié)奏、鋼水成份保證和生產時鑄機狀態(tài)及連鑄澆鋼操作對小縱裂紋的形成也有較大影響。
表3：3季度班組小縱裂紋分布情況
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甲
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乙
|
丙
|
丁
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合計
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穩(wěn)態(tài)產生小縱裂紋所占比例，%
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17.88
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2.12
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3.18
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25.04
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48.22
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非穩(wěn)態(tài)產生小縱裂紋所占比例，%
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4.13
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4.35
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14.62
|
28.67
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51.78
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生產爐小縱裂紋發(fā)生率，t/爐
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2.033
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0.549
|
0.983
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3.674
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1.820
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4.3、連鑄設備精度
對某些澆次生產板坯精整抽查板坯角部附近皮下裂紋時，發(fā)現(xiàn)多數(shù)板坯角部附近皮下存在邊部縱裂紋，倒查結晶器狀況，發(fā)現(xiàn)其窄銅板倒錐度在使用過程中已經出現(xiàn)從1.23%/m變?yōu)榱?/span>1.00%/m，下降了0.23%/m。
從使用后的彎曲段夾輥磨損痕跡變化發(fā)現(xiàn)，離結晶器越遠，板坯外弧角部與夾輥接觸越明顯，抽查板坯外弧質量時常發(fā)現(xiàn)角部橫裂紋，說明結晶器足輥與彎曲對弧及彎曲垂直度均存在問題。
5、措施與效果
8月下旬開始強制推行保護渣事前檢測的制度，供軋制厚板的板坯生產時所用結晶器保護渣，必須進行事前檢測結晶率等理化性能，確保保護渣堿度、轉折溫度和結晶率在標準允許范圍內，合格后方能使用，自此以后，小縱裂紋得到較好控制。
為解決200mm厚板坯的角部橫裂紋，從6月開始修正對弧方法，8月完成，9月后完全按照新的要求落實了結晶器與彎曲段對弧和垂直度的正確檢測方法，邊部橫裂紋明顯降低。
解決含銅、鋁、鈮鋼厚板的表面微裂紋，從7月開始狠抓供鋼節(jié)奏控制，提高恒速澆鑄率，減少化學成份超標率，優(yōu)化二次冷卻強度，確保操作到位，9月后基本實現(xiàn)該類鋼種的微裂紋控制。
2013年10月至2014年2月供4100軋機的鋼板微裂紋非計劃品率0.36%，與2013年1月至9月的0.90%比較，下降幅度達60.00%。
6、結語
通過采用1.70以上堿度保護渣，同時強化保護渣性能事前檢測、供鋼節(jié)奏和化學成份控制，優(yōu)化低拉速下二冷強度，對結晶器與彎曲段的對弧方法修正，設備精度得到有效保證，重鋼鋼板表面微裂紋得到有效控制，取得了明顯的經濟和社會效益。
收稿時間：2014年9月
來源：重鋼
