980DP系列雙相鋼板坯縱裂成因分析及改進措施

劉慶崗 李獻峰

（河北鋼鐵集團邯鋼公司邯寶煉鋼廠，河北邯鄲 056015）

摘  要：介紹了以980DP為代表的雙相鋼板坯縱裂缺陷形成機理及其影響因素, 結合邯寶煉鋼廠板坯連鑄機生產過程中產生的縱裂情況，從鋼水成分、過熱度、結晶器水流量、拉速、保護渣等影響因素進行原因分析，提出相應的解決措施，980DP系列雙相鋼的板坯縱裂率由80% 降低為8.9%，取得顯著效果。

關鍵詞: 板坯，保護渣，縱裂，包晶鋼

Reason analysis and improvement measures for slab longitudinal crack of 980DP series dual phase steel

Liu Qinggang Li Xianfeng

(Hanbao Steelmaking Plant Hebei Iron and SteelCo.,Ltd. Hebei Handan 056015)

Abstract：The formation mechanism and influencing factors of longitudinal crack defects of dual phase steel slab represented by 980DP are introduced.

Combined with the longitudinal cracks in slab continuous caster production in Hanbao steelmaking plant, reasons are analyzed by the composition of the molten steel, the superheat, the flow of the crystallizer, the speed, the mold powder and so on. And put forward the corresponding solutions. The longitudinal crack rate of 980DP series dual phase steel decreased from 80% to 8.9%, and achieved remarkable results.

Key words: slab；mold powder；longitudinal crack；peritectic steel

連鑄坯表面縱裂紋是生產無缺陷鑄坯的重要障礙，生產包晶鋼時，板坯縱裂紋尤為嚴重[4]。輕微的縱裂需經過精整處理后才能軋制，嚴重的縱裂可能會導致判廢，甚至會造成漏鋼事故。2017年第四季度以來，邯鋼開發以980DP系列為代表的高強汽車鋼逐步量產，該類鋼種C含量不僅處在包晶范圍內，而且Si含量較高，結晶器傳熱慢容易造成坯殼不均勻，使用傳統包晶鋼生產工藝生產后發現板坯縱裂率較高，高達80%以上，給精整處理及合同交付帶來較大影響。為此，邯寶煉鋼廠針對縱裂的各種成因，結合鑄機實際狀況及工藝技術參數，采取了一系列的技術改進措施，使板坯縱裂率得以大幅下降。

1 研究條件

1.1 生產工藝流程

鐵水預處理—260t轉爐冶煉—LF爐精煉—RH爐精煉—CC板坯連鑄

1.2 連鑄機主要技術參數

表1 連鑄機主要工藝技術參數

Table1 Main technical parameters of slab continuous caster

1.3 研究鋼種化學成分

表2 研究鋼種化學成分/%

Table2 The chemical compositions of studied steel/%

1.4板坯縱裂宏觀形貌

板坯縱裂主要分布在寬度方向的中部位置,內外弧都存在，裂紋寬度約為1 ～ 5 mm，深度在5 mm 以內，長度從幾厘米到幾米不等，有的甚至貫穿整個定尺鑄坯長度，縱裂周圍伴有凹陷存在。

2 影響板坯縱裂紋的因素及控制措施

2.1 碳含量影響

鋼中碳含量在0.09% ～ 0. 16%的鋼稱為亞包晶鋼[6]，碳含量處于這個范圍的鋼凝固時處于包晶反應區，發生δ→γ轉變， 收縮較大, 導致坯殼與結晶器壁過早形成氣隙，降低了凝固坯殼向結晶器壁的傳熱速率，而結晶器內的氣隙是不均勻的，導致凝固坯殼的傳熱不均勻和生長不均勻在坯殼薄弱的地方在表面會形成凹陷, 凹陷部位冷卻和凝固速度比其他部位慢, 組織粗化，對裂紋敏感, 在熱應力及鋼水靜壓力作用下, 在凹陷薄弱處造成應力集中而極易形成裂紋[1]。

A鋼種某澆次成分控制如表3所示，碳含量基本控制在0. 087% ～ 0. 10% 的范圍之內，該澆次共生產板坯82 塊，對板坯正反面逐塊進行冷檢共出現縱裂板坯31塊，縱裂率37.8%。

表3 A鋼種某澆次化學成分控制情況/%

Table3 The chemical composition of A steel some cast-in-place

對整個澆次各爐根據C含量與縱裂塊數統計發現，C含量低于0.09%的4爐鋼縱裂共出現11塊，縱裂率26.8%；C含量在0.09-0.10%的4爐鋼縱裂共出現20塊，縱裂率48.78%，遠高于C含量小于0.09%爐次�？紤]該類鋼種性能特點和成本控制，完全避開包晶范圍控制不太可能，為此邯寶煉鋼廠對成品碳含量提出了更為嚴格的要求，對每批合金使用前化驗成分中C含量，提高精準控C水平，要求成品碳含量按內控下限控制即C含量控制在0. 085% ～0.092%之間，減少因為包晶反應導致鑄坯收縮大。

2.2 冷卻強度影響

板坯表面縱裂一般發生在結晶器彎月面區，彎月面熱流不均勻使坯殼生長厚度的不均勻，易產生縱裂紋。彎月面應保持較低的傳熱速率，推遲坯殼δ→γ 的相變收縮。為防止包晶鋼縱裂紋，結晶器應采用弱冷的原則。所以合適的結晶器冷卻強度是消除板坯表面縱裂紋的關鍵。結晶器冷卻水流量的大小及變化直接影響到結晶器傳導熱流的大小及變化。減弱結晶器冷卻水量，提高結晶器進出水溫度差，有利于形成厚度均勻的坯殼[4]。

雖然板坯縱裂初生在結晶器內，但二次冷卻強度過大會使得裂紋擴展，增加縱裂的嚴重程度，因為二次冷卻強度過大會造成的鑄坯表面溫降快、斷面內溫度梯度增大、熱應力提高使坯殼薄處熱應力集中超過極限所產生的裂紋，或原有微裂紋在過大的冷卻強度下擴展成明顯裂紋。

2018年3月邯寶煉鋼廠通過理論計算和生產實際中結晶器閉路水溫的變化，在保證結晶器水流速不低于6m/s的前提下，將結晶器寬面冷卻水流量減小了7.5％，結晶器水溫差比調整前提高了約5℃。二冷比水量減少了15%。具體優化參數如表4:

表4 冷卻制度的優化參數對比

Table4 Optimal parameters comparison of cooling institution

2.3 保護渣性能影響

保護渣最重要的兩個性能是潤滑和傳熱[5]。如果鑄坯潤滑不好，摩擦力增大，易導致縱裂的產生。結晶器傳熱過快，坯殼生長不均勻，同樣易產生縱裂紋。保護渣渣黏度太大或太小，都會造成渣膜的厚度過薄或過厚，使潤滑、傳熱不良[3]。通過提高保護渣堿度，提高保護渣析晶溫度，使保護渣渣膜固相層中結晶相增多，減緩結晶器傳熱，可有效防止傳熱過大而造成縱裂產生[5]。

表5 試驗保護渣的化學成分及理化指標

Table5 Chemical composition and physicochemical indexes of mold power

Fig.2  The longitudinal crack rate of slab with mold power

邯鋼邯寶煉鋼廠采用5個澆次40爐同斷面為1450mm，拉速控制在1.1m/min穩定生產情況下試驗數據，逐塊對板坯進行冷檢來對應三類包晶鋼保護渣縱裂情況，使用效果如圖2所示，使用保護渣C縱裂率最低，縱裂率為8.9%，同時保護渣液渣層厚度10-11mm，渣耗0.48kg/t能夠滿足生產要求。

2.4 鋼水澆鑄溫度影響

澆鑄溫度也是影響裂紋的一個重要的因素。鋼水過熱度過高或過低對板坯表面縱裂均不利，鋼水過熱度影響初生凝殼正常生長。鋼水過熱度每提高10 ℃，在結晶器內高溫鋼水流動會吃掉凝殼約2mm[2]。過熱度高，生成的坯殼薄且熱應力大，易產生表面裂紋；過熱度低，保護渣溶化不良，導致彎月面冷卻不均勻，也易產生表面縱裂紋。

表6 澆注溫度與縱裂率對應表

Table6 Corresponding table of pouring temperature and longitudinal crack rate

通過對4個澆次生產跟蹤來看，過熱度高于30℃后縱裂率明顯高于同澆次過熱度控制在20-30℃爐次，因此嚴格執行低溫澆注對控制縱裂非常關鍵。據此次試驗證明，澆鑄過熱度控制在20-27℃效果最佳。

2.5 拉速頻繁變化影響

拉速頻繁波動也極易產生縱裂。拉速波動會導致結晶器液面波動，并導致保護渣的液渣層厚度和渣膜厚度的變化。而渣膜厚度直接影響結晶器的傳熱效果，因此在拉速變化后很長一段時間內結晶器的熱流一直處于變化當中，這就導致坯殼產生厚度不均勻性。

通過生產跟蹤分析發現，同一個澆次中拉速變化對應鑄坯縱裂率遠大于同澆澆次縱裂率，說明頻繁變換拉速對縱裂產生影響較大，因此保恒拉速澆注對控制縱裂產生的至關重要。

3 實施效果

通過板坯表面縱裂紋產生的機理分析，對C含量控制、降低鋼水澆鑄溫度、保護渣成分性能優化、冷卻強度優化和恒拉速澆注等工藝參數進行了優化。采用

相應措施后，980DP系列雙相鋼的板坯縱裂率由80% 降低為8.9%，取得顯著效果。

4 結論

1）結晶器水流量對板坯縱裂的產生影響較大，在保證生產安全的前提下，減少結晶器水流量，使用弱冷原則。

2）使用高堿度、粘度適中的包晶保護渣是減少980DP系列雙相鋼產生縱裂的重要因素，保護渣C類型效果最佳。

3）成品C含量嚴格按內控下限控制，盡可能避開0.09~0.17%包晶反應區。

4）嚴格執行低溫澆注對控制縱裂非常關鍵，澆鑄過熱度控制在20-27℃效果最佳。拉速頻繁波動會破壞穩定的液渣層和渣膜厚度而導致對應區間坯殼不均勻，縱裂幾率增加，必須嚴格執行恒拉速澆注制度。

參考文獻

[1] 翟宏偉，劉建坤. 降低板坯縱裂廢品生產實踐[J]。馬鋼職工大學學報，2002,12（4）：9

[2] 劉云良尹嘉鈞。連鑄板坯表面縱裂的成因分析及控制措施[J]。天津冶金，2011,3：7-8

[3] 李廣田，陳敏，杜成武. 鋼鐵冶金輔助材料[M].北京：化學工業出版社，2010.

[4] 干明、張濤等。首鋼遷鋼板坯縱裂紋成因分析及控制措施[J]，礦冶，2013,12（22）：51-54

[5] 李殿明,邵明天,楊憲禮,習承民.連鑄結晶器保護渣應用技術[M],冶金工業出版社,2008

[6] 蔡開科.連鑄坯質量控制[M],北京,冶金工業出版社,2010