含铌、钒、钛微合金钢连铸坯角部横裂纹现状

针对微合金钢连铸生产过程中铸坯出现的角部横裂纹缺陷,从其产生原因、影响因素及解决方法等方面进行阐述。介绍了角横裂产生于结晶器内,并进一步扩展于二冷区。分析了连铸过程中的应力、热塑性、结晶器锥度和二次冷却模式等因素对微合金钢连铸坯角横裂的影响。总结了目前解决角横裂的几种方法。重点介绍了连铸微合金钢的脆化机制、微观组织和微合金元素对连铸坯热塑性的影响。最后对微合金钢连铸坯角横裂新的解决方法进行了展望。

在连铸过程中，钢液由盛钢桶经中间包连续不断地注入一个或一组水冷铜制结晶器。注入结晶器的钢液受到强烈冷却后，迅速形成一定形状和坯壳厚度的铸坯。同时结晶器振动引起弯月面钢水周期性流动，使坯壳发生折叠，形成振痕。横裂一般产生于结晶器内，与振痕共生。振痕能产生缺口效应，造成应力集中。

在连铸过程中，钢液由盛钢桶经中间包连续不断地注入一个或一组水冷铜制结晶器。注入结晶器的钢液受到强烈冷却后，迅速形成一定形状和坯壳厚度的铸坯。同时结晶器振动引起弯月面钢水周期性流动，使坯壳发生折叠，形成振痕。横裂一般产生于结晶器内，与振痕共生。振痕能产生缺口效应，造成应力集中。

在微合金钢的连铸生产中，铸坯出现的主要表面质量问题是角横裂，裂纹的产生位置不稳定，在靠近外弧及内弧面都有可能出现，迄今没有得到稳定控制。微合金元素的添加使得钢水碳当量发生变化，增大了钢在凝固初期进入包晶反应区的倾向，裂纹敏感性相应提高，此外还会引起更多种类的碳化物、氮化物或碳氮化物在更高温度下的析出，从而降低了铸坯的高温延展性，在连铸过程各种应力的作用下，包括弯曲应力、热应力、相变应力、矫盲廊力等．

在铸机内运行过程中，坯壳受到的应力作用是产生裂纹的外部因素。浇入结晶器的钢水因冷却而生成坯壳，铸坯逐渐收缩，其收缩过程分为过热度消失的液态收缩、凝固时的体积收缩和凝固后的线收缩及相变收缩等。结晶器凝固坯壳的收缩使坯壳与钢板形成较大的气隙，热阻相应也较大。由于传热不均匀，凝固速度不同，凝固坯壳厚度也不均匀。

在铸机内运行过程中，坯壳受到的应力作用是产生裂纹的外部因素。浇入结晶器的钢水因冷却而生成坯壳，铸坯逐渐收缩，其收缩过程分为过热度消失的液态收缩、凝固时的体积收缩和凝固后的线收缩及相变收缩等。结晶器凝固坯壳的收缩使坯壳与钢板形成较大的气隙，热阻相应也较大。由于传热不均匀，凝固速度不同，凝固坯壳厚度也不均匀。

对板坯角横裂纹在轧后钢板边部的延展行为进行了实验室和工业试验研究。得出:随着钢板轧制厚度的增加,铸坯角部横裂纹沿宽度方向延展有加重的趋势;轧制规格相对较薄的钢板的裂纹极微小,有被"撵平"的趋势;毛边钢板的安全切边量为35mm。

山西新临钢钢铁有限公司在浇注含铌微合金化钢中出现角部横向裂纹,成为连铸亟待解决的问题。研究表明:关键要系统地测量研究铸坯表面温度。临钢在q460c钢生产过程中将铸坯表面温度提到1020℃以上,有效地控制了铸坯角部裂纹的出现。

热轧之后发生角裂是微合金钢的一种典型缺陷,这种角裂会在结晶器中出现,并在随后的连铸过程,特别是矫直过程中扩展。在铸坯表面温度下,当铸坯表面经受了比材料固有强度大的热应变、机械应变或相变应变时,就会出现这种裂纹。在某些热轧坯中也会出现这种裂纹,这些裂纹形成的机理大致如下:在晶界处第二相的沉淀硬化,它可能会使热延性恶化。

通过对含铌、钒、钛微合金化钢连铸板坯的硫印数据进行统计分析,得出了角横裂纹的影响因素,提出了角横裂纹的控制措施,即硫含量应控制在0.004%以下,锰含量为上限,磷含量为0.007%~0.018%,过热度为10~30℃,拉速控制为1.1m/min,开发合适的二冷配水制度,提高铸机设备精度。

根据低碳含铌钢表面微裂纹形成的机理原因,分析出裂纹形成的主要影响因素,从而采取对应措施,有效控制了微裂纹的发生率。

为减少太钢含钛船板钢板坯角部横裂纹，本文研究了化学成分对其板坯角部横裂纹产生的影响，并介绍了该钢种成分优化的措施及效果。

本文采用理论分析的方法计算了不同铌、碳含量条件下，铌微合金在管线钢中的溶解析出温度，结合理论计算结果，采用实验室冶炼不同成分管线钢并进行试验检测，确定了不同铌微合金在管线钢中的赋存形式，结果表明，铌微合金溶解析出行为与钢种碳含量和铌含量关系密切，管线钢中添加过多的碳和铌，将导致加热过程中铌不能充分溶解，最终严重影响管线钢的韧性。最终，提出管线钢中合理的碳含量和铌含量设计方案。

通过gleeble-2000试验机研究了q345c钢连铸坯的高温热塑性。利用扫描电镜、金相显微镜、透射电镜观察了第ⅰ、ⅲ脆性温度区内拉伸试样断口部位的显微组织及形貌,分析了动态再结晶、相变、析出物等对微合金化钢高温延塑性的影响。结果表明:在1×10-3/s应变速率下,q345c钢存在两个脆性温度区,即第ⅰ脆性区(1200～1300℃)和第ⅲ脆性区(600～875℃),无第ⅱ脆性区出现;最高塑性出现在1050℃左右,断面收缩率(z)达到85.8%;在第ⅲ脆性区,沿奥氏体晶界析出膜状铁素体抗拉能力较低,晶界处存在夹杂物以及微合金元素的析出物,是钢的热塑性降低的主要原因。

采用金相显微镜和扫描电镜分析了含铌微合金化钢铸坯角部横裂纹的形成原因。发现矫直区铸坯角部温度位于该钢种第ⅲ脆性温度区间内;拉速波动导致角部温度变化较大;二冷喷嘴状况不好导致两边角部温度相差较大。采用提高拉速、矫直区铸坯角部喷嘴遮挡等“热行”方法后,铸坯角部温度明显提高,铸坯的角横裂纹的发生率大大降低,但铸坯中心偏析恶化。采用增加角部喷嘴的“冷行”方法后,铸坯角部温度明显降低,铸坯的角横裂纹和中心偏析大大改善。

马钢成功开发铌微合金钢

合金钢方坯连铸液压对角剪断机

针对某钢厂eh36钢300mm厚连铸板坯的角部横裂问题,应用gleeble—3800热模拟试验机研究了eh36钢的缺口试样在结晶器与二冷矫直区分别产生裂纹的差异.研究表明,结晶器产生的裂纹特征与二冷矫直区产生的裂纹特征在氧化程度上有着显著差异,据此可以判定eh36钢300mm厚连铸板坯的角部横裂产生位置,为调整工艺参数提供参考.

通过对含铌、钛微合金船板钢酸洗表面形貌、拉伸断口形貌、试样表面及心部显微组织观察,结果表明,含铌、钛船板钢心部裂纹的产生主要是由于p、s、o等杂质元素以及nb、ti元素在心部的偏析,生成的硫化物、氧化物以及nb(c,n)、ti(c,n)引起应力集中现象。再加上钢坯连铸过程中h向表面和心部扩散,导致心部h含量较高产生氢脆,加剧裂纹的产生。

兴澄特钢300mm×320mm低碳钢铸坯酸洗后,可观察到铸坯角部振痕波谷处的横向裂纹,其长度为10～30mm,最大宽度达2mm。生产实践表明,当sa-210系列锅炉钢(%:0.13～0.25c、0.45～1.10mn)的[alt]从0.009%增加至0.021%时,铸坯角部横裂纹指数从0.03增加到2.64。因微量钛能改善钢在较低变形速率下的热成型性,钢中加微量钛,可以明显减少铸坯角部横裂纹的产生。通过控制加al量使[alt]≤0.010%,加ti使[ti]≈0.02%,同时采用提高钢水流动性和铸坯矫直温度≥900℃等措施,避免了sa-210c钢的铸坯角部横裂纹的产生。

对含铌、钛微合金船板钢酸洗表面形貌、拉伸断口形貌、试样表面及心部显微组织观察结果表明,含铌、钛船板钢心部裂纹的产生主要是由于p、s、o等杂质元素以及nb、ti元素在心部的偏析,生成的硫化物、氧化物以及nb(c,n)、t(ic,n)引起应力集中现象。再加上钢坯连铸过程中h向表面和心部扩散,导致心部h含量较高产生氢脆,加剧裂纹的产生。

用金相显微镜、扫描电镜和能谱仪分析了某钢厂q345b钢板坯角部横裂纹的特征和成因。结果表明:裂纹是由沿奥氏体晶界析出的mns复合析出物和先共析铁素体膜造成的。铸坯凝固过程中,微细硫化锰沿奥氏体晶界析出,当铸坯表面温度降低到奥氏体向铁素体转变温度范围时,微细硫化物促进膜状先共析铁素体的形成,受到矫直应力作用时,应力主要集中在膜状铁素体相上,并在硫化物周围形成微孔,微孔聚合导致裂纹的形成。