Analysis of Cracks in the Edge of High-carbon Steel with Wide and Thick Plates

Huang Yan, Yu Haiqi, Tian Yongjiu, Cui Fuxiang, Fang Enjun,Li Chao

(Bayuquan Branch of Angang Steel Co., Ltd., Yingkou 115007, Liaoning, China)

Abstract: This paper analyzes the edge cracking of high carbon steel plate in the squid ring thick caster of Anshan Iron and Steel Co., Ltd. from the perspective of continuous casting process and equipment.The causes and solutions for the edge cracking of the steel plate.Analysis of production data shows that the direct cause of edge cracking of high carbon copper is slabThere is a corner crack defect, and the corner crack of the slab is mainly due to the excessive taper of the crystallizer.If the secondary cooling intensity is too strong, the precision of the arc segment of the segment is decreased, and the function of the anti-alcoholic anti-alcohol shop is caused by the lack of Zhu, and the optimization is high.Carbon steel mold taper and secondary cooling strength, improvement of crystallizer foot roller arcing and sector arcing accuracy, high carbon steel.The edge crack problem has been completely solved.

Key words: high carbon steel, edge crack, corner crack, crystallizer, arcing precision

1、前言

2019年初，鞍鋼鲅魚圈厚板連鑄機(jī)高碳鋼鋼板邊裂缺陷大量出現(xiàn)，影響鋼板成材率和使用性能。工藝技術(shù)人員初期通過優(yōu)化二冷水曲線、減小結(jié)晶器錐度、調(diào)整保護(hù)渣成分等工藝措施，邊裂缺陷有所改善，但沒有從根本上解決問題。之后，技術(shù)人員通過與技術(shù)專家技術(shù)和設(shè)備廠家交流，發(fā)現(xiàn)寬厚板高碳鋼邊裂缺陷問題與扇形段接弧精度、合適的結(jié)晶器足輥接弧及彎曲段防剪銷有直接關(guān)系。通過厚板鑄機(jī)年修對扇形段香蕉梁重新標(biāo)定，恢復(fù)防剪銷裝置并將磨損嚴(yán)重的結(jié)晶器接弧尺重新加工使用，在保證鑄機(jī)設(shè)備精度和設(shè)備功能完整性的前提下，連鑄工藝方面采取了減錐度，優(yōu)化二冷強(qiáng)度等措施，寬厚板高碳鋼鋼板邊裂缺陷得到了解決，最終實(shí)現(xiàn)了鋼板邊裂缺陷的有效控制。

2、高碳鋼板邊裂缺陷原因分析

2.1鋼板邊裂形貌特征

高碳鋼鋼板邊裂缺陷主要出現(xiàn)在60mm以上厚度規(guī)格鋼板，沿軋制方向連續(xù)分布，鋼板邊部可見多處邊裂聚集分布。在鋼板缺陷位置及基體位置截取金相試樣，邊裂缺陷形貌如圖1所示。

圖1高碳鋼鋼板邊裂形貌

Fig 1 Hight carbon steel plate edge crack morphology

2.2邊裂金相檢驗(yàn)分析

圖2和圖3所示分別為鋼板邊部缺陷部位取樣的金相檢驗(yàn)形貌和試樣用4%硝酸酒精溶液腐蝕后形貌。截取的金相試樣磨制、拋光后置于光學(xué)顯微鏡下，觀察試樣橫截面，試樣缺陷位置開口較大，呈凹坑狀，凹坑內(nèi)可見一些裂紋及氧化現(xiàn)象，局部觀察到大量氧化圓點(diǎn)，鋼板側(cè)面觀察到垂直側(cè)面向內(nèi)擴(kuò)展的裂紋，裂紋內(nèi)觀察到氧化現(xiàn)象，裂紋尖端及兩側(cè)分布有大量氧化圓點(diǎn)；試樣表面缺陷位置側(cè)面裂紋處均觀察到明顯脫碳現(xiàn)象，局部可見完全脫碳層。圖4所示為試樣鋼板基體顯微組織形貌。由圖可見，鋼板基體組織為鐵素體+珠光體。

圖2邊裂缺陷位置拋光態(tài)形貌

Fig.2 The position and shape of the edge crack defect

圖3開裂缺陷位置顯微組織形貌

Fig 3 Microstructure of oracked defect location

圖4 試樣鋼板基體顯微組織形貌

Fig 4 Microstructure of the sample steel substrate

綜合檢驗(yàn)結(jié)果分析，鑄坯在加熱爐中經(jīng)過長時間高溫加熱，容易出現(xiàn)表面氧化、脫碳，氧氣與鑄坯表面裂紋周圍的Si、Mn、Cr等易氧化元素結(jié)合生成小顆粒狀的氧化物或化合物即氧化圓點(diǎn)；鋼板缺陷處存在大量氧化圓點(diǎn)及明顯脫碳現(xiàn)象，具有高溫氧化特征，推斷鑄坯在進(jìn)加熱爐前角部已存在裂紋，在后期軋制過程中，鑄坯角部裂紋擴(kuò)展形成宏觀開裂缺陷。由此可見，高碳鋼鋼板邊裂缺陷是由鑄坯角部裂紋所引起。

3、高碳鋼鑄坯角部裂紋影響因素分析

3.1結(jié)晶器錐度的影響

結(jié)晶器窄面錐度過大時，由于結(jié)晶器與鑄坯之間存在摩擦力，坯殼在出結(jié)晶器時受到結(jié)晶器窄面銅板的壓力，同時鑄坯在驅(qū)動輥的作用力條件下下，受到拉力作用，則在此處產(chǎn)生雙重應(yīng)力，從而導(dǎo)致邊部裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展^【1】。所以，現(xiàn)場實(shí)際結(jié)晶器錐度應(yīng)調(diào)整至一個最佳值，并通過澆次前精確測量和停澆后標(biāo)定錐度，保證結(jié)晶器錐度偏差范圍控制在±0.02mm范圍內(nèi)，以有效控制鑄坯角部裂紋缺陷。

3.2二次冷卻強(qiáng)度的影響

二次冷卻工藝對減少和擴(kuò)展角部裂紋起著很重要的作用，鑄坯角部在二冷區(qū)受到寬度、厚度兩個方向的冷卻，二維傳熱在角部疊加，使得鑄坯角部冷卻強(qiáng)度大于其它區(qū)域，且這一現(xiàn)象隨板坯寬度的增加趨勢明顯^【2】。當(dāng)鑄坯角部溫度比表面溫度低很多時，角部溫度處于低溫脆性區(qū)（900~700℃），鋼的延展性較差，受到矯直應(yīng)力時角部易產(chǎn)生裂紋缺陷。在生產(chǎn)斷面為250*2200mm的高碳鋼上，正常穩(wěn)定工藝澆鑄條件下，拉速恒定1.05m/min，對扇形段內(nèi)矯直區(qū)域鑄坯表面溫度進(jìn)行測量研究。測量結(jié)果顯示，鑄坯矯直開始時的角部平均溫度為790℃，矯直結(jié)束時的平均溫度為780℃。由此可見，鑄坯角部溫度處于第三脆性溫度區(qū)間，鑄坯角部容易形成裂紋。

3.3扇形段接弧精度的影響

扇形段接弧對鑄坯表面、內(nèi)部質(zhì)量有著重要的影響。如果接弧精度狀態(tài)差，在拉鋼過程中，鑄坯會承受額外的機(jī)械應(yīng)力，定會造成和擴(kuò)大邊部裂紋缺陷。通過對厚板鑄機(jī)扇形段香蕉梁精度從新標(biāo)定，確定扇形段接弧精度偏差是否由于香蕉梁基礎(chǔ)變形導(dǎo)致。使用激光跟蹤儀、DINI 高精度水準(zhǔn)儀等測量設(shè)備，將設(shè)備參考基準(zhǔn)測量點(diǎn)在三維空間坐標(biāo)系中進(jìn)行定位，如圖5所示。對連鑄機(jī)設(shè)備各部位進(jìn)行坐標(biāo)精準(zhǔn)定位測量與設(shè)備的理論圖紙尺寸對比計(jì)算出相應(yīng)差值，后續(xù)對香蕉梁精度進(jìn)行重新調(diào)整，以達(dá)到扇形段輥?zhàn)幽妇�在規(guī)定理想弧線的誤差＜0.2mm，結(jié)晶器銅板外弧面和各扇形段輥?zhàn)禹敳康膶?shí)際包絡(luò)線與理論包絡(luò)線之間的誤差＜0.2mm，從而提高扇形段接弧精度合格率。

圖5弧形段測量基準(zhǔn)定位點(diǎn)

Fig 5 Arc measurement section

3.4結(jié)晶器足輥接弧精度的影響

連鑄坯出結(jié)晶器后窄側(cè)只有其窄側(cè)下口4排足輥進(jìn)行支撐，既防止板坯窄側(cè)鼓肚變形，又保證鑄坯窄側(cè)表面及內(nèi)部質(zhì)量，所以結(jié)晶器窄側(cè)足輥的接弧至關(guān)重要。結(jié)晶器足輥在結(jié)晶器整備時需用專業(yè)接弧尺按給定的接弧標(biāo)準(zhǔn)來調(diào)整�，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，結(jié)晶器足輥接弧尺因長時間使用已磨損嚴(yán)重如圖6所示，保證不了接弧精度在0.10mm~0.12mm范圍內(nèi)，造成結(jié)晶器窄側(cè)足輥接弧精度偏差大，對鑄坯角部質(zhì)量有較大影響。