浅析连铸板坯表面裂纹的影响因素及防止措施

浅析连铸板坯表面裂纹的影响因素及防止措施
房建明
（湖南省湘潭市湘潭钢铁集团公司，湖南湘潭
411101）
摘
要：连铸板坯表面裂纹主要包含纵裂纹和横裂纹，为了提高连铸板坯质量，对板坯表面纵裂纹产生缺陷的
原因和影响因素进行跟踪和分析，通过调整工艺操作与设备系统参数，提出改善钢水和耐材质量，改善设施设备条件等控制板坯表面纵裂纹的措施，避免连铸板坯表面纵裂纹的产生。

关键词：连铸板坯；纵裂纹；影响因素；防止措施
作者简介：房建明（1984-），男，湖南宁远人，大学本科，助理工程师，主要从事与钢铁冶金相关的工艺，技术管理工作。

Metallurgy and materials
表面裂纹是影响板坯质量的主要缺陷，对板坯质量和后续成品板材表面质量影响很大，产生裂纹的原因也较为复杂，也会为其轧制的板材带来对应缺陷，造成很多产品表面清理和降级处理，严重时大量报废，造成公司很大的经济损失。

因此，对形成原因要认真分析，便于及时采取措施防止裂纹产生。

1表面纵裂纹特征
顺着拉坯方向在铸坯表面产生的裂纹就是连铸板
坯表面纵裂纹，于结晶器内部形成，与表面纵向收缩同一时间出现，在铸坯宽面的中心部位或靠边棱角部位处发生较多。

一般表面纵裂纹分为两种：一、细小纵裂纹，宽度<1mm ，深度<2mm ，长度3~25mm ，一般很难观察到；二、粗大纵裂纹，宽度1~10mm ，深度2~70mm ，长度30~25m 。

纵裂纹的具体特征：①纵裂纹表面伴有凹陷，表面凹陷越大，纵裂纹越严重，反之亦然；②沿柱状晶边界方向，裂纹会逐渐扩展；③裂纹内部夹杂硅、钙、铝等元素；④裂纹周围具有P 、S 、Mn 的偏析；⑤形成裂纹的边缘产生脱碳层，说明高温导致扩展的。

通常纵裂纹长度在10mm 以内时，深度会<0.7
mm 。

在轧制铸坯前，加热过程表面需氧化1mm 左右。

所以，裂纹长度在10mm 以下，就不会形成板材缺陷。

热装轧制工艺中，轧制前，加热时间缩短，表面氧化层厚度减小，使用铸坯冷壮轧制工艺中，才不会形成表面微细纵裂纹的缺陷，但是在热装轧制中，可能会形成表面裂纹缺陷。

2
表面纵裂纹的形成原因
2.1
微裂纹形成
在结晶器内部，钢水凝固的过程中，会形成热应力，这种力形成于内外和上下的温度差，坯壳在热应力、钢水静压力和坯壳与结晶器铜板壁的摩擦力影响，以及
气隙板坯宽面收缩受到窄面制约所承受的应力影响，结晶器的初生坯壳厚度不均匀，坯壳经受这些力的作用下，一旦应力超过钢的高温允许强度时，就会在坯壳较为薄弱的地方产生微裂纹。

2.2微裂纹扩展
进入二冷区后，铸坯在二次冷却水流量较大造成强
冷时扩大，在结晶器内部形成裂纹，在二冷区内会变大。

铸坯凝固后，组织会发生奥氏体分解相变，铸坯体积会收缩和线收缩，应力就在外形尺寸的变化上产生。

在二冷区内，液态钢水会重熔坯壳，坯壳变薄后在钢水静压力的作用下，发生鼓起变形，加剧应力集中。

在扇形段发生弯曲和矫直的过程中，铸坯承受较大的机械应力，导致微裂纹扩展变大，从而形成裂纹。

3
表面纵裂纹产生的影响因素
3.1钢水条件
钢水中［C ］在0.10%~0.18%时和钢水中［S ］>0.015%
时，导致纵裂纹产生的敏感性增加。

［C ］>0.55%时，会减少纵裂纹的发生。

在沿着柱状晶边界，表面纵裂纹会延伸展开，钢水中硫含量较高时，就会由于硫在柱状晶界的偏析，减慢晶界处的凝固。

凝固后，会因为硫含量较高而减缓晶界处延续性，导致裂纹产生的可能性增加。

如果Mn/S >30时，残余元素［Cu ］、［As ］、［Zn ］控制<0.1%，裂纹产生的敏感性就会降低。

3.2钢水过热度
结晶器内高温钢水流动时，会随钢水过热度提高每
10℃就被吃掉凝固壳大约2mm 。

因此，初生凝固壳的正常生长会受到钢水过热度影响。

钢水过热度过高，初生坯壳变薄，受到热应力较大，容易形成表面纵裂纹；钢水过热度过低，保护渣熔化不好，弯月面的冷却就会不均匀，表面纵裂纹发生的可能性增大。

因此，在浇注时，要严格控制钢水过热度，保持在合理范围，以此有
167
冶金与材料第39卷
（上接第166页）个小的机械零部件加工组装完成，因此机械零部件的生产制造过程中，应用新型金属材料，充分发挥其性能优势，提高零件的性能，对于机械生产制造至关重要。

在科学技术突飞猛进的新时代，新型金属材料的发展日新月异，科研人员不断研发出大量的性质优良、应用性出色的新型金属材料。

新型金属材料在机械零部件制造中的应用，尤其是高性能、高精度要求的零件中，其经济性、良好的抗压性、高疲劳极限等优点得到了更全面的发挥。

3.2冲压模具制造过程中新型金属材料的应用
在机械制造过程中，冲压模具制造时要根据工作条件、产品性能要求等方面的差异，选取适宜的冲压模具材料。

机械制造中冲压模具材料主要有冲裁模材料、冷挤压模材料、拉伸膜材料等，新型金属材料由于其相对传统材料更加优良的性能，更加适用于冲压模具制造。

冲压模具制造过程中，应用的材料要有抗压性、抗冲击性、高强度、强拉伸性、耐高温等多种性能，条件较为严苛。

当前阶段，机械制造行业在进行冲压模具制造的过程中，大多选取钢材进行加工生产。

虽然钢材有较好的塑性和延展性，相对来说性价比较高，但是钢材承载能
力较差，不适用于冲压模具零部件。

3.3严苛生产环境下新型金属材料的应用
新时期，为了更大限度地提高机械设备的质量，机械制造过程中有时会制造严苛的生产环境以保证机械零部件最好的性能，例如高温环境、高强度环境等。

严苛的生产条件下，对机械生产材料的性能要求更高。

4结语
综上所述，机械制造领域的发展，离不开科学技术的支持，更离不开依靠先进科技发展起来的新型金属材料的应用。

新型金属材料的应用对机械制造行业的生产和发展至关重要。

应用新型金属材料的同时，机械制造领域的相关技术人员要积极提高自己的专业素质和技术水平，致力研发高端的结构材料，促进机械制造行业的可持续发展。

参考文献
［1］陈长科.铝基稀土新材料在机械产品中的应用研究［J］.世界有色金属，2018，（5）：66-67.
［2］徐生龙，崔玉萍.金属复合材料在机械制造中的应用研究［J］.世界有色金属，2017，（16）：88+90.
效降低表面纵裂纹产生的可能性。

3.3拉速
表面纵裂纹的发生还随拉速的波动而影响。

在生产过程中，拉速波动会受到钢水成分、温度以及换包换水口等因素影响，影响到坯壳厚度，导致裂纹产生的可能性。

实践证明，在拉速波动控制在0.1m/min时，不会对表面纵裂纹产生多大影响；但是超出0.1m/min时，就会造成波动范围变大，裂纹的发生率增大。

因此，保持拉速稳定，有利于降低裂纹产生的可能性。

3.4保护渣
保护渣在结晶器内部熔化，可以帮助润滑和改善填充气隙传热。

若液渣层的厚度太薄，会造成不充分熔化，流动性也不好，阻碍了润滑和传热，让初生坯壳薄厚不均。

因此，务必要挑选性能好的保护渣，且要兼具一定的液渣层厚度，最好在10mm以上，熔化充分，流动性好。

低碳钢，就要选择熔点低、碳度低、结晶温度低、粘度适度及熔化速度快的保护渣；中高碳钢系列，保护渣要求凝固温度低、结晶温度低、粘度适度和熔化速度快；包晶钢系列，保护渣要求结晶温度高、碱度高、粘度适度；中碳低合金钢，保护渣主要保证润滑、适当降低传热强度。

4防止纵裂纹产生的有效策略
在生产过程中，防止产生纵裂纹的有效策略主要有以下几方面：①钢水中［S］<0.02%，保持［Mn］/［S］>20；
②促进协调生产，将中包钢水过热度合理控制在15~25℃；③尽量维持拉速稳定；④尽量使用结晶器液面自动控制，降低结晶器液位波动，若液面自动控制不稳定，及时采取手动压钢，将波动区间维持在士3mm以内；⑤使用性能良好的保护渣；⑥调整适当的中包吹氩制度，改善钢水纯净度，促进非金属夹杂物上浮；⑦让浸入式水口的出口倾角和插入深度维持合适，对中安装；⑧对二冷区气雾冷却系统加强监控，采用弱冷制度，根据钢种不同和铸机拉速等，选择恰当的二冷水制度，便于控制好冷却水量的分部，让铸坯表面冷却均匀，当表面温度回升小于100℃/min，热应力减小，铸坯矫直的表面温度>900℃；⑨加强操作，特别是开浇和换水口时并防止塞棒严重抖动。

5结语
在很多原因综合作用的结果下，造成了板坯表面纵裂纹的产生。

我们要提高板坯质量，控制纵裂纹产生，应保证合适的钢水成分、拉速、结晶器液面温度等。

通过采取科学的防止措施，会大大降低板坯表面纵裂纹的产生。

参考文献
［1］许庆太，魏伯，赵小飞，等.连铸板坯表面纵向裂纹的检验和分析［J］.物理测试，2007，25（1）：45.
［2］王雅贞，张岩.连续铸钢工艺及设备（第2版）［M］.北京：冶金工业出版社，2007.
［3］巨建涛，张朝晖，折媛，等.板坯表面纵裂的成因分析及控制措施［J］.铸造技术，2007，28（8）：1126-1129.
168。