高強鋼板坯角裂控制研究

劉海春  李陽  張燕平  趙鐵成

（唐山不銹鋼公司）

摘  要：通過對高強鋼板坯角裂的生產現狀，對鑄坯角裂進行分析，確定了二次冷卻強度、保護渣、結晶器振動及鑄機設備狀態等因素對鑄坯角裂的影響，并采取降低二次冷卻強度，提高矯直區溫度，將保護渣堿度由1.25提高到1.38，粘度由0.13 Pa·s降至0.11 Pa·s和熔化溫度由1100℃降至1065℃，縮短負滑脫時間、降低振幅，提高振動頻率，加強鑄機設備精度、噴嘴的檢查管理等各種措施，使得高強汽車鋼種的角裂發生率由10%降至1%以下。

關鍵詞：角裂；二次冷卻；保護渣；振動；精度

Study and control on corner crack of high strength steel slab

Liu Haichun; Li Yang; Zhang Yanping; Zhao Tiecheng

(Tangshan Stainless Steel Plant)

Abstract：Through the production status of high strength steel slab corner crack, and corner crack of slab were analyzed. Then second cooling water, mold flux, oscillation and device status of caster on the influence of the slab corner crack was determined.  According to this, reducing the second cooling water, improving straightening zone temperature, and increasing the mold flux basicity from 1.25 to 1.38, viscosity from 0.13 Pa·s to 0.11 Pa·s, also the melting temperature from 1100 ℃ to 1065 ℃, shortening the time of negative slip, reducing the amplitude, improving the vibration frequency, and also improving precision casting machine equipment and nozzle check management, such as a series of measures were taken in order to reduce casting billet corner crack. In the end the incidence of corner crack in high strength steel were decreased from 10% to less than 1%.

Key words：corner crack; second cooling water; mold flux; oscillation; accuracy

1 引言

唐山不銹鋼公司生產高強汽車鋼出現邊部翹皮情況，經過對熱軋板卷所用的連鑄坯酸侵蝕檢查后發現，在鑄坯的內外弧四個角部都存在大量角裂缺陷。尤其含鈮、釩、鈦等微合金化鋼鑄坯角橫裂發生率高于其它成分鋼種。為保證鑄坯合格率需對鑄坯角部進行火焰清理，該方法不僅需要投入大量人力和生產成本，而且降低了生產作業率。本文針對高強汽車鋼種角裂成因和預防措施進行分析研究，控制角裂發生率。

2 生產現狀

2.1連鑄機工藝參數

唐山不銹鋼有限責任公司高強汽車鋼生產的主要工藝路線為（鐵水預處理）-轉爐- RH（LF）-板坯連鑄機，板坯連鑄機為一機一流連續彎曲連續矯直弧型，于2014年8月進行投產改造，引進奧鋼聯板坯技術，增加了結晶器在線調寬裝置、動態配水裝置、液面自動控制系統、結晶器專家系統、漏鋼預報模型、動態輕壓下、動態配水、工藝優化模型、質量專家系統、切割優化模型等，主要工藝參數如表1所示。

表1  連鑄機的主要工作參數

2.2 生產情況

高強汽車鋼角裂通常位于角部，在寬面及窄面有一定的延伸長度，部分在振痕底部，與振痕共生，部分角裂深度約5~10 mm；在寬窄面延伸長度約15~45 mm，此外內外弧都有不同程度的出現，如圖1所示。

有些隱藏在皮下，裂紋處覆蓋著氧化鐵，不容易用肉眼觀察到，將鑄坯切角泡酸進行酸洗以后看到蜿蜒的裂紋，如圖2所示。

3 角裂影響因素

3.1 矯直溫度對角裂的影響

鋼液在降溫凝固過程中存在三個脆性溫度區，即接近凝固溫度的第I脆性溫度區、1200 ℃附近的第II脆性溫度區和950~700 ℃區間的第III脆性溫度區。

二次冷卻強度是保證鑄坯質量的關鍵，采用合適的冷卻強度能夠改善鑄坯的角部質量。若二冷整體冷卻強度過大，因角部區域是二維冷卻，同時中心部位的冷卻水沿表面向邊部流動，將加速鑄坯角部過冷，使得角部區域的溫度在矯直時處于第III脆性區，加上鑄坯矯直過程內弧承受拉應力的作用，直接造成鑄坯角部裂紋的產生。

3.2 保護渣對角裂影響

保護渣性能對鑄坯角裂也有重要的影響，粘度過高則影響保護渣的鋪展性和熔化性，致使角部振痕加深，產生角裂；熔化均勻性差，保護渣傳熱過強或流入不均，凝固坯殼極易出現較大橫向熱梯度，易產生應力集中，成為角裂的起源點。

3.3 振痕對角裂的影響

結晶器振動的主要作用是產生負滑脫，使鑄坯脫模，但振動也使鑄坯表面產生振痕[1]。 YASUMO TO等人所認為，角裂不會在光滑的鋼坯表面上產生，它總是伴隨著板坯表面的缺陷如褶皺凹陷等類似于振痕的缺陷處產生。深的振痕會使角裂加重，角裂產生幾率隨振痕深度的增加而增加[2]。且負滑脫時間越長，振痕越深，則越容易在鑄坯的表面和角部產生橫裂紋[3]。

3.4 設備精度對角裂的影響

 連鑄設備功能精度是鑄坯質量的保證，鑄機不對中以及過大的矯直應力均會導致角橫裂紋的產生。連鑄生產過程中兩個重要的設備參數就是鑄機扇形段的對弧合格率和結晶器錐度。鑄機對弧和輥縫合格率低，各個點之間高低不平偏差量大，就會造成板坯在扇形段內受力不均，在冷卻變形過程中板坯角部的振痕谷底容易出現熱應力和外應力集中現象，從而導致板坯角裂的產生[4]。而同時生產過程中若出現結晶器跑錐的話，也會導致出結晶器坯殼鼓肚變形量發生變化，產生批量的角裂。

4 角裂措施控制

通過對影響高強汽車鋼角裂的影響因素分析，角裂的防止措施有以下幾方面：

4.1二冷區的邊部冷卻控制

為防止角裂的發生，國內外常用的方法是提高矯直區鑄坯角部的溫度，使角部溫度高于該鋼種第III脆性溫度區間的上限溫度。因此，為控制角裂，對矯直溫度進行優化，使其高于第三脆性區。優化后的高強汽車鋼種的矯直區表面溫度提高至950 ℃以上，如圖3所示。而鑄坯邊部溫度較中部低40~50 ℃，故實際鑄坯角部溫度在900 ℃以上，正好避開第二高溫脆性區，防止角裂發生。

4.2 優化結晶器保護渣性能

對裂紋敏感性鋼來說，控制彎月面處液面均勻且弱的熱傳導可以提高坯殼表面的韌性，因此采用低熱傳導的結晶器保護渣是減少裂紋產生的重要措施。用合適的結晶器保護渣有利于改善鑄坯角裂缺陷，保護渣性能優良，則在結晶器內具有良好的鋪展性和流動性，能夠改善坯殼和結晶器壁之間的潤滑和傳熱，使坯殼生長均勻，減小應力。在穩定澆鑄過程中，結晶器內液面較為穩定，渣面活躍，從而減輕鑄坯角部橫裂紋缺陷。

因此，在實際生產中所使用的保護渣進行了優化，將保護渣堿度由1.25提高到1.38，粘度由0.13 Pa·s降至0.11 Pa·s和熔化溫度由1 100 ℃降至1 065 ℃，保證在鋼液面形成合適的液渣層厚度，并均勻穩定流入結晶器壁與坯殼間隙，減小振痕深度，避免在振痕底部坯殼薄弱部位產生應力集中，成為角裂的起源點。

4.3 優化振動參數

結晶器振動采用高頻、小振幅的方式。振動頻率高，有利于鑄坯脫模；小振幅有利于結晶器液面穩定、降低鑄坯振痕深度和減輕鑄坯表面缺陷。通過減少負滑脫時間減少振痕深度可以降低因橫裂引起的產品報廢率和表面清理率。生產中，對振動參數進行優化設計，如表1所示。

表1 結晶器振動參數

經過現場生產試驗發現，方案2縮短了負滑脫時間、降低了振幅，提高了振動頻率，鑄坯振痕清晰，無雜亂現象，鑄坯角部質量良好，試驗效果最佳。

4.4 設備精度保證

連鑄設備功能精度是減少角裂的前提條件，特別對連鑄機的開口度、對弧精度、扇形段開口度要加強控制管理，各扇形段的標高必須達標，因此鑄機設備精度控制提出如下要求：

1）每次更換彎曲段后對彎曲段下掛點精度進行檢測，以保證更換彎曲段后的精度符合要求；

2）增加彎曲段下掛點精度檢測頻次，由1次/月增加為1次/周，以保證生產過程中的彎曲段下掛點精度符合要求；

3）加強對二冷噴嘴的檢查維護力度，確保冷卻均勻，鑄坯表面溫度均勻分布，減少鑄坯寬度方向溫度差。

4.5 改進效果

通過對生產工藝的優化控制，各種措施的實施成效顯著，易發生角裂的包晶鋼、包晶合金鋼、中碳鋼、中碳合金鋼等高強汽車鋼種的角裂發生率由10%降至1%以下，所有板坯無需修磨，均可直接送至軋鋼進行軋制。

5 結語

高強汽車鋼角裂主要發生在振痕的谷底，主要是矯直區鑄坯角部的溫度位于該鋼種第III脆性溫度區間內，設備精度不符、振動參數、冷卻水量和保護渣等因素導致；通過對二次冷卻強度、保護渣理化性能、結晶器振動參數等的優化，并加強鑄機設備精度、噴嘴等的檢查管理，使得高強汽車鋼的角裂得到有效控制。

參考文獻

[1] 許孟春, 李德軍, 張寧. 連鑄板坯角部橫裂紋產生原因與控制[J]. 鞍鋼技術, 2015, 392(2): 9-14.

[2] 梅鋼高強汽車鋼板坯角裂的形成機理和控制措施[J]. 黃海, 吳德潤. 現代冶金, 2009, 37(1): 38-42.

[3] 于學森, 彭其春, 童志博, 等. 減少A36含硼鋼板坯角部橫裂紋的工藝實踐[J]. 特殊鋼, 2012, 33(6): 29-31.

[4] 蔡開科. 連鑄坯質量控制[M]. 冶金工業出版社, 2010.