连铸异型坯含Nb钢表面横裂原因分析及控制措施

２ 横 裂 纹 产 生原 因
一
作者简介 ： 汤寅波（９３一） 男 ， １７ ， 马钢 第三钢 轧总厂技 术质量部 ， 高 级工程师 ， 安徽工业大学 ， 硕士研究生 。
般来 说铸 坯横 裂 纹 的产 生可 分为 三个 阶段 ：
总第 ４ 期 ９
汤寅波， 付振宇 ： 连铸 异型坯含 Ｎ ｂ钢表 面横裂原 因分析及控制措施
保 钢水 中 Ｓ 持在 尽量 低 的水平 。 保 提 高温 度命 中率 ， 使钢 水过 热度 控制 在 中间包
参 考温 度 的 中下 限 。
４ ２ 防止 吸氮 ．
３３ 铸机 弧 度和精 度 ．
结 晶器 与扇形 段 Ｉ段 ， 扇形 段 Ｉ段与 扇形段 Ⅱ
段必 须对 弧准 确 。另外 扇形 段辊 子不 转 、 形段 开 扇
镇静 钢 ， 护 渣 吸 附 钢 水 中 Ａ， 后 容 易 变 性 ， 保 ｌ 导
Ｌ 吹氩 搅拌 时 ， 理控 制 氩 气 流量 ， 格避 免 钢 Ｆ炉 合 严 水大 翻或裸 露 ； 铸 全 程 保 护 浇 注 ， 包 到 中间包 连 大
致粘度和熔点升 高， 化渣 困难 ， 响结 晶器的传热 影
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连 铸 异 型坯 含 Ｎ ｂ钢 表 面 横 裂 原 因分 析 及 控 制措 施
汤 寅 ］］付 振 宇 ［， ２ ］
（１ 马钢 股份 公 司 第三 钢 轧 总厂 ［］ （２ 安徽工业大学冶金与资 源学院 ［］ 安徽马鞍 山 ２ ３ｏ ） ４ｏｏ 安徽马鞍 山 ２ ３０ ） ４００
会加 重 。
表 １ 马钢 Ｓ ９ Ｙ Ｍ４０ Ｂ钢化学成 分控 制， ％
生率明显增高。振幅和负滑脱时间均会影 响铸坯 表 面 的振痕 深浅 ， 动 台偏 振对 铸 坯横 裂纹 影 响也 振
较大。
４ 优化措施
４ １ 成 分和 温度 控制 ．
３ ２ 二次冷 却 ．
在不 影 响轧材性 能 的前 提 下 ， 水 中 Ｎ 钢 ｂ含 量 和 Ａｓ含 量 按 下 限 控 制 ， ｂ含 量 准 确 控 制 在 ｌ Ｎ
图 １ 横 裂 纹 发 生 位 置
１ 横裂纹特征及对轧后影 响
１ １ 横 裂 纹特征 ．
横裂纹 主要发 生 在 翼 缘 斜 面上 ， 图 ｌ 示 。 如 所 横裂纹 隐藏在 铸 坯 皮 下 ， 坯 表 面 直 接 观察 不 到 ， 铸
必须经 过扒 皮或 酸洗 后裂 纹才 能显 现 出来 。
・３ ・
晶钢的成分 ， 铸坯在凝 固时 由于体积收缩大 ， 易于 产生 各种 表 面缺 陷 ； 中铝 含 量 高 时 ， 易 和钢 中 钢 容
过量 的 Ｎ反应 生 产 Ａｌ； 外 钢 中 Ｓ含 量 高 时 ， Ｉ 另 Ｎ 细 小 的硫 化 物 夹 杂 在 奥 氏体 晶界 析 出 ， 降低 晶 界 强
０ ０ ５ 一０ ０ ８ 之 间 ， ｌ 制 在 ０ ０ ６ 一 ．４ ％ ．４ ％ Ａｓ控 ．０ ％
０００ ．１ ％之 间 。为避 开 包 晶 反 应 区 ， Ｃ含 量 不 宜 超
为避开含铌钢的脆性温度区 ， 降低内弧表面的 横裂 纹 ， 冷却上 可采 取 强冷 或弱冷 两种 方 法 。由 在
４ ３ 采用 弱冷 工艺 ． ．
含铌 钢属 裂纹 敏感 性钢 ， 次冷却 太 强或 冷却 二
对于含铝 的微合 金化钢 ， 钢水 中的 Ｎ含量要 尽量保持较低 ， Ｎ含量高时 ， 生成大量 、 ｂ Ｎ Ｎ并
不均匀， 都会使微细裂纹得到扩展 。考虑到防止漏 钢和保护设备等因素， 可以适 当采用弱冷工艺 ， 降 低二冷配水的比水量。根据铸坯温度实测 ， 采用弱 冷工艺后 ， 铸坯翼缘 内侧 的温度有所提高 ， 但仍然
，
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优化 前 马 钢 异 型 坯 在 生 产 含 铌 钢 时 拉 速 在
一
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一．
０７ ／ ｌ， ．０ ｒｎ优化后拉速提到了 ０ ７ ］ ｉ ｍｎ ．５ｍｍｎ 。拉速 提高 后 ， 铸坯 在进 入矫 直 前 的表 面 温度 提高 约 ２ ℃（ ０ 翼缘内侧仍处于脆性区） 。拉速提高后 ， 有利 于 二次冷却 的均 匀性 ， 降低 了 了坯壳 的热应 力 。由 于异型坯 Ｒ角传热 的局限性 ， Ｒ角处坯壳较薄， 提 高拉速有一定的风险 ， 这也对钢水温度的命中率提 出了更高 的要求 。
图 ２ 内 弧 翼 缘 扒 皮 和 酸 洗 后 照 片
经 过酸 洗检 验 ， 纹 主 要 集 中在 内弧 ， 弧 没 裂 外 有 裂纹 ， 图 ２ 图 ３ 见 、 。裂 纹 产 生 于 距 翼 缘 顶 端 ３ ０
１２ 横裂 纹对 轧后 影 响 ．
在轧 制 Ｈ 型钢 时 ， 由于 轧 制规 格 和翼 缘 内侧 受 力方 向不 同 ， 裂 纹 表 现 在 轧 材 上 的缺 陷也 不 横 同 。图 ４为 Ｓ ４０ Ｂ轧制 ３０Ｘ３０ｍ Ｍ ９Ｙ ０ ０ ｍ规 格 时翼 缘 内侧缺 陷 。
３ ３流异 型坯 ， １９ 年 投产 。 马钢异 型坯 主要 机 于 ９８ 生 产 的 含ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱＮ 钢 有 两 种 ： Ｍ ９ Ｙ 和 Ｑ ４ Ｄ ｂ Ｓ ４０ Ｂ ３５ ． Ｓ ４ ０ Ｂ热 轧 Ｈ 型钢 主要 应 用 于海 洋石 油 平 台 ， Ｍ ９Ｙ
其产 量较高 ， 方面性 能 要求 也较 高 。在连 铸生产 各 过程 中 ， 这两 种 钢都 容 易 产 生 表 面 横 裂 纹 ， 裂纹 横 对轧制 影 响 很 大 。 Ｓ ４０ Ｂ在 轧 制 过 程 中 ， 缘 Ｍ ９Ｙ 翼 上容 易产生 缺 陷 ， 该轧 制 缺陷 主要 来源 于铸坯 翼缘 表面 的横裂 纹 。通过 对铸 坯横 裂纹 进行 攻关 ， 改善 了铸 坯质量 ， 高 了轧 后成 材率 。 提
口 度不合适 ， 喷嘴堵塞等都会增加铸坯的摩擦力或 鼓肚 变形 力 ， 致铸 坯裂 纹 的产 生 。 导
３ ４ 结 晶器保 护渣 ．
随着钢 中氮含 量 的增加 ， 铌钢 的裂 纹 敏感性 含
增加 ， 铸坯发生横裂纹的几率相应增加 ， 实践表明， 钢 中氮含 量一 般在 ４ ｐ ０ｐｍ左 右 。为 了降低 钢 水 中
４ ５ 稳定 结 晶器 钢液 面 ．
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废品量 ｋｈ ｇ
修磨量 ｋ ／ ｇ ｔ
由于种 种 原 因 ， 钢 异 型 坯 在 引 锭 杆 过 拉 矫 马
时 ， 晶器 钢液 面波 动 比较大 ， 果 此 时在 结 晶器 结 如
图 ８ 优化前后含铌钢的轧后废 品对 比
６ 结论
（） １含铌 钢 由于 Ｎ ｂ的存 在 ， 坯 裂 纹 敏 感性 铸 强 ， 性高 ， 脆 矫直 温度处 于脆性 温度 区 ， 在矫 直 时铸
自动液位控 制状态 下 ， 由于钢 液面 的波动导致 拉速 的瞬 间波动 最 大可 超 过 ０ １ｍｍｉ。液 面波 动 大 ， ． ／ ｎ 直接 导致结 晶器 内热 流不 稳定 ， 同时 由于拉速 的大
响二次冷却的均匀性 ， 导致铸 坯热应力增加 ， 裂纹
扩展。
３ ７ 结 晶器振 动 系统 ．
通 过对 马钢 异 型坯横 裂纹 取样 进 行分 析 ， 横裂 纹 大多 发生 在振 痕 波 谷 处 ， 痕 较 深 时 ， 裂 纹 发 振 横
度； 随着钢水 中 Ｎ含量的增高 ， 含铌钢的裂纹倾向
幅波动造成铸坯冷却不均匀∞ ∞ Ｏ ， 容易使铸坯产生横裂 ∞ ∞ 田 纹。为改善这一状况 ， 要求坯头过拉矫前 ， 采用手 动控制模 式 ， 而且 可 以保 证 拉 速 的恒 定 ， 引锭 头 当
完全过 完 ４台拉 矫机 后 ， 切换到 自动液位 控制 模 再
式。 ４ ６ 加 强设 备检修 ， ． 保证 设备精 度
摘 要 ： 于含Ｎ 钢裂纹敏感性强， 由 ｂ 铸坯表面容易 横裂 通过对马钢第 产生 纹， 三钢轧总 厂异型坯含Ｎ 钢连铸工艺 ｂ 进行分
析， 通过采取措施使异型坯的表 面横裂纹得到 了有 效控制 ， 降低 了轧后废品率。
关键词 ： 异型坯； 含铌钢； 横裂纹； 优化 工艺
中 图分 类号 ： ７ ：Ｇ 文 献标 识码 ： 文章 编号 ：６２—９９ （０００ 哪 ７Ｔ １ Ａ １７ ９４ ２１ ）３—００ — ４ ０ １ ０ 微合金 化元 素 Ｎ 、 Ｔ 通 过 晶 粒 细化 提 高 钢 ｂ Ｖ、ｉ 的强 度和 韧性 ， 中 Ｎ 其 ｂ的作 用 最 为 显 著 。但 由于 为裂 纹敏 感性元 素 ， Ｎ 钢 铸坯 横裂 纹发 生 率 含 ｂ 远远 高于其 它 低 合 金钢 和普 碳 钢 。 马 钢异 型 坯 为
的氮 含量 ， 炼钢一 精 练一 连铸 的每 一个 工序 环节 从
入手 ， 炉减 少后 吹操作 ， 少 钢水过 氧化 和 吸氮 ； 转 减
保护渣 性 能对铸 坯 表面质 量 影响非 常 大 ， 浇 在 注含铌 钢时 ， 须 选 用粘 度 和碱 度适 当 的保 护 渣 ， 必
以改善结晶器 的传 热和润滑。另外含铌钢多为铝
和润 滑 ， 以异 型坯含 铌 钢 的保 护 渣既要 能 吸附钢 所
水 中的 Ａ２ ３ 同时必 须具 有抗 变性 能力 。 ｌ）， （
３ ５ 保 护 浇注 ．
使用铝碳套管 ＋ 氩封保护浇注 ， 中包钢液面使用碱 性 覆 盖剂 覆盖 ， 中间包 到结 晶器使 用 铝碳 浸入式 水
口进 行保 护浇 注 。
第２ 第 ３ ０卷 期
２１ ｏ ０年 ７月
安 徽 冶 金 科 技 职 业 学 院 学 报
Ｊｕｎｌｏ ｌｌ ｃ ｔ ｎｌＣ ｌ ｇ ｔｌ ｒｙａ ｄＴ ｃｎ ｌｇ ｏ ｒａ ｆ ｝ｌＶｏａ ｏａ ｏ ｅｅｏ Ｍｅ ｌ ｇ ｎ ｅ ｈ ｏｏｙ ｌｉ ｉ ｌ ｆ ａｕ
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ｍ ｍ一１５ｒ ｌ 围内， 中表 现在距翼缘 顶端 ６ ２ ｌ 范 ｆ ｌ Ｔ 集 ５ ｕ 一１５ｎｎ范 ｔｎ ０ １ 围 内。裂 纹 长 短 不 等 ，５ｎＹ一３ ｒ Ｉ ２ ｌｌ ５ ｔ
ｍｆ 的裂纹 占多数 ， 纹 深度 可达 １ １ 以上 。 ｒ长 ｌ 裂 ０１ ｉ － １ ｈ
收 稿 日期 ：ｏＯ一０ —２ ２ｌ ４ ｌ
于异 型坯翼 缘顶 端 冷 却 效 果 最好 ， 取 强冷 时 ， 采 翼
缘 顶端 温度太 低 ， 直 时 容 易 裂 开 ， 矫 同时 强冷 工艺 对 钢厂 节能 降耗 不利 。 因此可采 取 弱冷工 艺 ， 高 从 温 区避 开脆性 区域 。但 对 马钢异 型坯 含铌 钢来讲 ， 即使 采用 弱冷 工艺 ， 缘 内侧 斜 面也无 法避 开其 性 翼
无 法 从高 温 区避开其 脆 性 区。但 在弱 冷下 ， 铸坯 的
在奥氏体晶界析出 ， 使铸坯表面横裂纹增加。这就 要求连铸工序要做好保护浇注 ， 防止钢水吸氮。
３ ６ 结晶器 液面 和拉 速 的波 动 ．
结 晶器 液面波 动会 造成 初 生坯壳 生 成不 均匀 ，
在应力作用下， 铸坯横裂纹增加 。拉速波动主要影
冷却更加均匀 ， 铸坯表面温度波动较小。通过多炉 钢的跟 踪 ， 坯 的 内部质 量 也 得 到 了提 高 ， 铸 中心 线
・
４・
安 徽 冶 金 科 技 职 业 学 院 学 报
２ １ 第 ３期 ００年
裂 纹和 中间裂 纹较优 化前有 很大 改善 。
４ ４ 提 高拉速 ．
＊
。 一
区。
过 ０ １％ 。当碳含 量 高时 ， ．１ 降低 钢水 中 Ｍ ｎ含量 以 降低 钢 的碳 当量 ， 证 钢 水 质 量 。生 产 含 铌 钢 时 ， 保 转 炉入 炉铁 水选 用条件 较 好 的铁水 ， 并铁 水 预处 理
深脱硫 ， 保证成品中 ｓ 含量控制在 ０００ ．１％左右 ， 确