Q460C鋼表面星狀裂紋產(chǎn)生原因探析

楊建洲

(山西新臨鋼鐵有限公司煉鋼廠，山西臨汾041000)

摘 要：鋼板表面裂紋是影響中厚板質(zhì)量的主要缺陷，星狀裂紋是Q460C鋼板主要的裂紋類(lèi)型，通過(guò)調(diào)查分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，摸清了裂紋的產(chǎn)生機(jī)理。經(jīng)過(guò)采取相應(yīng)措施，使裂紋得到有效控制。

關(guān)鍵詞：板坯連鑄；Q460C鋼；表面質(zhì)量；星狀裂紋

中圖分類(lèi)號(hào)：TF777．1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1005—4006(2009)02—0035—03

近年來(lái)，隨著煤炭產(chǎn)能的劇增，低合金、高強(qiáng)度礦用結(jié)構(gòu)鋼的用量也大幅增加，太鋼集團(tuán)新臨鋼鐵公司立足實(shí)際星狀裂紋需求，把以Q460C為代表的礦用結(jié)構(gòu)鋼作為開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)的重點(diǎn)品種。自2007年以來(lái)，鋼板表面星狀裂紋缺陷嚴(yán)重，最高月份星狀裂紋率高達(dá)9．82％，嚴(yán)重影響了該鋼種的批量生產(chǎn)。因此，公司在2008年4月份成立專(zhuān)項(xiàng)攻關(guān)組，對(duì)該類(lèi)缺陷開(kāi)展攻關(guān)，通過(guò)對(duì)大量現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的分析和多種措施的對(duì)比驗(yàn)證，目前，星狀裂紋率已基本控制在0．5％以下，取得了較好的效果。

1 工藝流程

高爐煉鐵→轉(zhuǎn)爐冶煉→LF爐精煉→板坯連鑄→加熱爐加熱→粗軋→精軋→精整。

2 裂紋概況

2．1裂紋的宏觀特征

從裂紋分布形態(tài)看，多類(lèi)似于簇狀或不閉環(huán)多邊形，分布規(guī)律性不強(qiáng)、深淺不一(圖1)。

2．2金相檢驗(yàn)

通過(guò)對(duì)裂紋觀察，主要有兩種形態(tài)：一種是沿晶界脆裂，另一種是折疊缺陷(圖2)。

3星狀裂紋產(chǎn)生原因

Q460C鋼是含鈮、鈦鋼，鋼中加入了0．015％～0．060％的鈮和0．02％～0．20％的鈦，這兩種元素在鋼中生成碳氮化物，在鋼的加熱和冷卻過(guò)程中通過(guò)溶解、析出行為對(duì)鋼的力學(xué)性能發(fā)揮作用。一種理論認(rèn)為：鋼板表面的裂紋主要是由于連鑄坯表面裂紋引起的。連鑄坯裂紋的產(chǎn)生受原料、設(shè)備、工藝、操作等多種外部因素的影響。而就其實(shí)質(zhì)來(lái)講，裂紋產(chǎn)生的內(nèi)在因素是鋼的高溫力學(xué)性能。連鑄坯殼一旦形成，在結(jié)晶前沿就會(huì)有成分偏析，在坯殼內(nèi)就會(huì)有各種析出物沉淀，當(dāng)坯殼所受外部應(yīng)力應(yīng)變超過(guò)鋼的允許應(yīng)變與極限強(qiáng)度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生裂紋。

鑄坯裂紋在加熱爐中加熱時(shí)會(huì)發(fā)生氧化，而且裂紋內(nèi)部往往有析出和夾雜存在，在隨后的軋制過(guò)程中，氧化、析出物和夾雜物的存在阻止了裂紋在軋制過(guò)程中的愈合，并有促進(jìn)裂紋擴(kuò)展延伸的趨勢(shì)。因此，夾雜物控制和加熱爐工藝控制也是重要的研究方面。為此，筆者進(jìn)行了大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析。

3．1鋼水成分、成品成分對(duì)星狀裂紋的影響

根據(jù)資料介紹：含碳0．09％～0．14％的鋼，由于非均勻凝固特性(深振痕、形成凹坑)，再加上較高錳含量的鋼在特殊的含碳范圍內(nèi)晶粒粗化增加，特別容易產(chǎn)生橫裂紋。當(dāng)鋼中碳含量在0．08％～0．20％，Mn≥1．20％時(shí)，初生坯殼形成強(qiáng)度好，易在彎月面下產(chǎn)生氣隙，坯殼得不到較好冷卻，加之錳是γ_Fe擴(kuò)大元素，故低合金鋼坯殼在結(jié)晶器下部至鑄坯矯直時(shí)，表面易形成粗大的奧氏體晶粒，在振痕波谷處晶粒粗大以及鋼中的A1、Nb、N等含量較高時(shí)，一旦鑄坯溫度控制不當(dāng)，A1N、NbCN大量析出，鑄坯矯直時(shí)更容易產(chǎn)生橫裂紋。實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果列于表1。

從表1看出：沒(méi)有出現(xiàn)星狀裂紋爐次在成品成分控制上與出現(xiàn)星狀裂紋爐次沒(méi)有明顯區(qū)別，這說(shuō)明成分控制比較穩(wěn)定，成品成分與星狀裂紋關(guān)系相關(guān)性不明顯。

3．2 中間包鋼水過(guò)熱度和拉速對(duì)星狀裂紋的影響

中間包鋼水過(guò)熱和拉速對(duì)星狀裂紋的影響表2。

現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：中間包溫度與拉速控制比較穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)星狀裂紋爐次與出現(xiàn)星狀裂紋爐次無(wú)明顯區(qū)別，這兩個(gè)因素與星狀裂紋相關(guān)性不強(qiáng)。

3．3保護(hù)渣性能對(duì)星狀裂紋的影響

在一段時(shí)間內(nèi)使用了0409841和070727A兩批保護(hù)渣，使用0409841保護(hù)渣的星狀裂紋率相對(duì)較高，但在接下來(lái)澆鑄的350爐鋼中，全部使用了產(chǎn)生星狀裂紋較低的070727A保護(hù)渣，星狀裂紋率沒(méi)有明顯變化。

3．4入爐溫度對(duì)星狀裂紋的影響

根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，低合金鋼在冷卻過(guò)程中，冷卻到大約1080℃以下時(shí)，形成部分比較粗大的星形析出物，為微合金元素碳／氮化物或碳氮化物。這種星狀析出物隨著鑄坯冷卻將會(huì)一直保留在鋼中，它們對(duì)抑制奧氏體晶粒長(zhǎng)大不起作用，也不會(huì)產(chǎn)生沉淀強(qiáng)化效果。這種星狀析出物不僅在含鈮鋼中存在，在V—Nb Ti鋼中也存在。當(dāng)熱送板坯重新送入加熱爐中加熱和保溫到1 200～1250℃時(shí)，星狀析出物會(huì)溶解到奧氏體中，在隨后的軋制過(guò)程中沉淀析出，既可細(xì)化相變后的晶粒，又可起到沉淀強(qiáng)化作用。但當(dāng)熱送板坯進(jìn)入加熱爐，加熱溫度低時(shí)(一般在1150℃左右)，在鑄坯中將形成粗大的星狀析出物，在隨后的軋制過(guò)程中將無(wú)法消除，一直保留到鋼板中。如果將鑄坯先冷卻到室溫，發(fā)生一次γ→α相變，使晶粒細(xì)化，一段時(shí)問(wèn)后冷坯送入加熱爐中再加熱，再經(jīng)歷α→γ相變，但由于微合金元素析出物對(duì)奧氏體晶界的釘扎作用，奧氏體晶粒粗化不明顯，可降低星狀裂紋風(fēng)險(xiǎn)。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：入爐溫度在600～700℃，星狀裂紋比例偏高。同時(shí)，對(duì)比冷送坯與熱送坯的星狀裂紋率發(fā)現(xiàn)，冷送坯星狀裂紋率明顯低于熱送坯。

3．5加熱時(shí)間、加熱溫度對(duì)星狀裂紋的影響

根據(jù)資料介紹：鑄坯在加熱爐內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間過(guò)燒條件下，鑄坯鑄態(tài)組織發(fā)生變化，鈮沿奧氏體偏聚，阻礙鐵素體在三又晶界析出生長(zhǎng)，容易形成網(wǎng)狀鐵素體。700～1 000℃是鈮鋼的第三脆性溫度區(qū)間，除產(chǎn)生網(wǎng)狀鐵素體外，還有鈮的碳氮化物沿晶界或相界析出形成星狀裂紋根源。統(tǒng)計(jì)顯示：加熱時(shí)間超過(guò)4 h后，星狀裂紋率明顯上升。

3．6軋制溫度對(duì)星狀裂紋的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，含鈮0．028％的鋼其熱延性在800～850℃時(shí)最低，連鑄或軋制溫度在鈮鋼的低塑性“口袋區(qū)”內(nèi)時(shí)，為星狀裂紋產(chǎn)生創(chuàng)造了外在條件。

統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：開(kāi)軋溫度在820～860℃范圍內(nèi)，星狀裂紋比例最高；終軋溫度在780～820℃范圍內(nèi)，星狀裂紋比例最高。

3．7對(duì)裂紋的研究分析

裂紋的形成主要與上貝氏體的形成和微裂紋有關(guān)。上貝氏體形成溫度較高，鐵素體晶粒和碳化物顆粒較粗大，碳化物呈短桿狀平行分布在鐵素體板條之間，鐵素體和碳化物分布有明顯的方向性，這種組織狀態(tài)使鐵素體條間易產(chǎn)生脆斷，鐵素體條本身也可能成為裂紋擴(kuò)展的路徑，上貝氏體不但使鋼的硬度低，而且使其沖擊韌性也顯著下降，這種情況容易造成在鑄坯受軋制力作用時(shí)產(chǎn)生脆裂，而微裂紋的形成也可能和這種脆裂有關(guān)，在隨后的軋制過(guò)程中，微裂紋擴(kuò)展就會(huì)造成鋼板開(kāi)裂。

另外，粗大的原始晶粒或大小不均的組織，如果在隨后的加熱和軋制過(guò)程中沒(méi)有得到改善，遇到激冷時(shí)向晶內(nèi)生長(zhǎng)的上貝氏體、鐵素體晶粒不能得到抑制，也就比較粗大，使脆性提高，所以熱送熱裝加劇了裂紋的產(chǎn)生。

4 采取措施及效果

(1)加強(qiáng)煉鋼、軋制工序在鋼水過(guò)熱度、拉速、加熱溫度、軋制溫度等工藝參數(shù)的控制。

(2)采取以冷裝為主的生產(chǎn)模式。

采取以上措施及冷裝方式后，星狀裂紋率均降至0．5％以下。

5 結(jié)論

(1)Q460C鋼表面星狀裂紋的產(chǎn)生涉及因素較為復(fù)雜，冶煉、連鑄、加熱、軋制均有一定影響。

(2)采取嚴(yán)格的工藝控制和冷裝方式，可有效降低表面星狀裂紋率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 煉鋼一連鑄新技術(shù)800問(wèn)編輯委員會(huì)．煉鋼連鑄新技術(shù)800問(wèn)[M]．北京：冶金工業(yè)出版社，2003．