连铸坯表面裂纹产生原因分析

[摘 要]铸坯表面质量的好坏直接影响最终轧制产品，针对包钢CSP所生产的Q345B热轧板坯出现的裂纹缺陷，阐述了影响铸坯表面纵裂纹、横裂纹形成的原因及防止表面裂纹产生的技术措施。

[关键词]连铸坯；裂纹缺陷；技术措施

中图分类号：E932.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）35-0037-02

Cause Analysis for Surface Crack of Continuous Casting

Wang Chong 1，2

1. Mechanical Engineering School in Inner Mongolia University of Science and Technology， Baotou， Inner Mongolia 014010； 2. International Economic & Trade Company， Ltd. in Baotou （Group） Iron & Steel Company ，Baotou， Inner Mongolia 014010）

[Abstract]The quality of Slab surface directly defect on final rolling product， Aiming at the crack defect of Q345B hot rolled plate at Baotou CSP， Reasons effecting on forming vertical crack and transversal crack on surface of continuous casting slab are simply discussed and technological measures to prevent surface crack are expound.

[Key words]Continuous casting slab； Crack defect； Technological measure

随着市场竞争的日趋激烈，客户对产品质量的要求也日益提高，因连铸坯缺陷而引发的质量异议和质量纠纷逐渐增多，对企业的信誉和经济造成一定损失。在如今这个竞争激烈的市场环境下，提高铸坯质量以满足市场需求，解决企业面临的实际困难，对企业而言显得尤为重要和紧迫。

本论文针对包钢CSP生产Q345B钢的热轧板卷表面出现的裂纹进行分析，找出热轧板卷出现裂纹的原因、影响因素、形成机理，并提出相应的技术改进措施，从根本上消除热轧板卷的裂纹问题。

1.工艺流程

炼钢---LF钢包精炼炉---CSP二机二流铸机---摆式剪---辊底式加热炉---除鳞机---CSP轧机（F1-F7）--层流冷却（超快冷）---卷曲机。

图1 工艺流程图

Fig.1 Technological flow chart

2.实验材料和方法

实验用材料取自某钢CSP生产的Q345B钢连铸坯，从出现裂纹的Q345B的连铸板坯上取50*50mm的试样，其化学成分如表1所示。

表1 Q345B钢化学成分

Table 1 Chemical composition of Q345B steel %

2.实验结果及讨论

2.1 铸坯表面纵裂纹形成原因及分析

（1）碳元素的影响

Q345B钢的碳含量范围在0.13～0.2%之间，该范围正好处于亚包晶钢（C含量0.08%～0.18%）内，由于亚包晶成分钢在连铸过程伴随δγ+L包晶转变，使体积发生0.38%的收缩[1]，体积收缩的同时伴随振痕导致铸坯与结晶器壁之间产生气隙，降低了凝固坯壳向结晶器的传热速率。结晶器内气隙的产生是非均匀的，造成坯壳向结晶器的传热不均匀和凝固坯壳内的温度梯度的不均匀分布，这些都使坯壳厚度和坯壳内部热应力分布的不均匀。在热应力、摩擦力、钢水静压力等作用下，坯壳的薄弱处易发生裂纹的形核和发展，后经二冷段纵裂进一步伸长，最终产生纵裂缺陷，如图2.1.1所示，图2.1.2是碳含量与铸坯表面裂纹的关系图，从图中可以看出Q345B钢的含碳含量正好处于容易发生裂纹的敏感区域，所以我们应将碳含量控制在0.17%左右。

图2.1.1 板坯表面纵裂纹

Fig.2.1.1 vertical crack on sursface of slab

图2.1.2 碳含量和表面纵裂的关系

Fig.2.1.2 The relation of carbon content and vertical crack

（2）硫元素影响

从图2.1.3中可以看出随硫含量的增加，板坯表面纵裂指数也随之增大。当硫含量超过0.1%时，纵裂指数明显增大。所以在浇铸Q345B钢板坯时，应尽量控制钢中硫含量，硫含量越低，板坯出现纵裂的可能性越小。

由于硫在钢中的宏观偏析，较大地降低了钢的零塑性温度（ZDT）[2]，在碳含量不变的情况下，硫含量增加则板坯纵裂的可能性增加。随钢中硫含量的增加，塑性低谷宽度加大，谷底变深。这是由于硫在晶界的偏析及（Mn，Fe）S在奥氏体晶界析出所致，硫偏析降低了比表面能，析出物与基体的结合力因硫的偏析而下降，促进了晶界滑移。晶界的应力集中使得（Mn，Fe）S与晶界间形成孔隙，导致更大的应力集中，扩展成为晶界裂纹（如图2.1.4所示），晶界微孔的形成与长大过程也因硫的偏析而加速，最终导致微裂纹的形成。

为了降低硫含量对纵裂纹的影响，现在大多数钢铁生产企业都有专门的脱硫装置以保证相对较低的硫含量水平。要想控制包钢CSP生产的Q345B板坯纵裂纹的发生率就必须降低其钢水硫含量。建议在LF炉[3]进行脱硫处理，把钢水中S控制在0.1%以下。

图2.1.3硫含量对纵裂指数的影响

Fig.2.1.3 Effect of Sulfur conten on vertical crack index

图2.1.4成分偏析处晶界裂纹

Fig. 2.1.4 The grain boundary crack in the Composition segregation

2.2 铸坯表面横裂纹形成原因及分

结晶器振动会使铸坯的表面产生振痕，铸坯振痕的深度很大程度上影响着铸坯的质量。在振痕比较深的情况下，在矫直时会产生横向裂纹，而铸坯横裂纹产生于振动痕迹的波谷处（如图2.2.1所示），从图2.2.2振痕深度对横向裂纹影响关系曲线中可以看出，振痕越深，横裂纹产生的几率越大，裂纹越严重。

图2.2.1 铸坯表面横向裂纹

Fig.2.1.1 transversal crack on sursface of slab

图2.2.2 振痕深度对横向裂纹影响

Fig.2.2.2 Effect of oscillating mark depth on transversal crack

要想有效控制振痕形态，可以通过控制结晶器负滑脱时间长短的方法来减轻振痕。目前，较低负滑脱时间模式是结晶器振动参数的普遍选择，通过下面的公式寻找包钢CSP连铸坯正弦振动方式下如何减轻振痕，进而减少裂纹发生的几率。

通常说的结晶器振动中愈合的时间就是负滑脱时间，由公式2.1[4]可知

（2.1）

式中 tN―负滑脱时间，秒；

f―振动频率，次/分；

Vc―拉坯速度，米/分；

h―振动行程，毫米。

设

则有：

当z取一定值时负滑脱时间由结晶器振动的频率决定。当z取不同值时可以得出负滑脱时间随结晶器振动频率变化的一族曲线，其变化趋势如图2.2.3所示。

图2.2.3负滑脱时间曲线

Fig.2.2.3 The curve of negative strip time

图2.2.4 振动频率与振痕深度关系

Fig2.2.4 The relation of vibration frequency and oscillating mark depth

由图2.2.3可以看出，减小tNd的方法有两种，一种方法是在设备允许的情况下，尽量减小振幅，以达到减少负滑脱时间的目的；另一种方法是增加振动频率（50-450cpm），通过图2.2.4可知第二种途径效果更明显且更有效，这样可以达到改善振痕的目的，提高铸坯质量，减少裂纹产生。

在实际生产时间中因为拉速是随着钢种的变化而变化的，所以要想负滑脱时间恒定，那么就必须实现在线调节振动频率和振幅，以满足负滑脱时间为定值的硬性指标。把不同的拉速对应的频率和振幅存入工业机中，在生产中根据不同的拉速选择不同的频率和振幅，以达到提高铸坯质量的要求。

3.结论

（1）Q345B钢对表面纵裂纹的影响主要反映在碳、硫含量上，含碳在0.08%～0.18%钢种的板坯表面裂纹最多，其中含碳在0.13% 时最为突出。针对亚包晶反应钢，为减少铸坯表面裂纹，我们应该避开这一容易出现裂纹的峰值，碳含量尽量控制在0.17%左右，硫元素应控制 在0.1%以下。

（2）振痕是决定铸坯表面横裂纹的关键因素，振痕深度实际上是由负滑动时间的长短控制的，增加振动频率和减小振幅可以显著的提高铸坯表面质量，减少横裂纹发生的几率。

参考文献

[1]倪有金.酒钢CSP热轧板卷表面纵裂纹研究[D].北京：北京科技大学冶金与生态工程学院，2009：39-40.

[2]罗森，朱苗勇.钢连铸过程的溶质微观偏析模型[J].钢铁，2010，45（6）：33.

[3]姜周华，张贺艳.LF炉冶炼超低硫钢的工艺条件[J].东北大学学报（自然科学版），2002，2（10）：952-955.

[4]蔡开科.连铸坯表面裂纹的控制[J].鞍钢技术，2004，3：1-3.