宽厚板高碳钢边部裂纹缺陷分析

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，鞍钢鲅鱼圈厚板连铸机高碳钢钢板边裂缺陷大量出现，影响钢板成材率和使用性能。工艺技术人员初期通过优化二冷水曲线、减小结晶器锥度、调整保护渣成分等工艺措施，边裂缺陷有所改善，但没有从根本上解决问题。之后，技术人员通过与技术专家技术和设备厂家交流，发现宽厚板高碳钢边裂缺陷问题与扇形段接弧精度、合适的结晶器足辊接弧及弯曲段防剪销有直接关系。通过厚板铸机年修对扇形段香蕉梁重新标定，恢复防剪销装置并将磨损严重的结晶器接弧尺重新加工使用，在保证铸机设备精度和设备功能完整性的前提下，连铸工艺方面采取了减锥度，优化二冷强度等措施，宽厚板高碳钢钢板边裂缺陷得到了解决，最终实现了钢板边裂缺陷的有效控制。

2、高碳钢板边裂缺陷原因分析

2.1钢板边裂形貌特征

高碳钢钢板边裂缺陷主要出现在60mm以上厚度规格钢板，沿轧制方向连续分布，钢板边部可见多处边裂聚集分布。在钢板缺陷位置及基体位置截取金相试样，边裂缺陷形貌如图1所示。

图1高碳钢钢板边裂形貌

Fig 1 Hight carbon steel plate edge crack morphology

2.2边裂金相检验分析

图2和图3所示分别为钢板边部缺陷部位取样的金相检验形貌和试样用4%硝酸酒精溶液腐蚀后形貌。截取的金相试样磨制、抛光后置于光学显微镜下，观察试样横截面，试样缺陷位置开口较大，呈凹坑状，凹坑内可见一些裂纹及氧化现象，局部观察到大量氧化圆点，钢板侧面观察到垂直侧面向内扩展的裂纹，裂纹内观察到氧化现象，裂纹尖端及两侧分布有大量氧化圆点；试样表面缺陷位置侧面裂纹处均观察到明显脱碳现象，局部可见完全脱碳层。图4所示为试样钢板基体显微组织形貌。由图可见，钢板基体组织为铁素体+珠光体。

图2边裂缺陷位置抛光态形貌

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

图3开裂缺陷位置显微组织形貌

Fig 3 Microstructure of oracked defect location

图4 试样钢板基体显微组织形貌

Fig 4 Microstructure of the sample steel substrate

综合检验结果分析，铸坯在加热炉中经过长时间高温加热，容易出现表面氧化、脱碳，氧气与铸坯表面裂纹周围的Si、Mn、Cr等易氧化元素结合生成小颗粒状的氧化物或化合物即氧化圆点；钢板缺陷处存在大量氧化圆点及明显脱碳现象，具有高温氧化特征，推断铸坯在进加热炉前角部已存在裂纹，在后期轧制过程中，铸坯角部裂纹扩展形成宏观开裂缺陷。由此可见，高碳钢钢板边裂缺陷是由铸坯角部裂纹所引起。

3、高碳钢铸坯角部裂纹影响因素分析

3.1结晶器锥度的影响

结晶器窄面锥度过大时，由于结晶器与铸坯之间存在摩擦力，坯壳在出结晶器时受到结晶器窄面铜板的压力，同时铸坯在驱动辊的作用力条件下下，受到拉力作用，则在此处产生双重应力，从而导致边部裂纹的产生和扩展^【1】。所以，现场实际结晶器锥度应调整至一个最佳值，并通过浇次前精确测量和停浇后标定锥度，保证结晶器锥度偏差范围控制在±0.02mm范围内，以有效控制铸坯角部裂纹缺陷。

3.2二次冷却强度的影响

二次冷却工艺对减少和扩展角部裂纹起着很重要的作用，铸坯角部在二冷区受到宽度、厚度两个方向的冷却，二维传热在角部叠加，使得铸坯角部冷却强度大于其它区域，且这一现象随板坯宽度的增加趋势明显^【2】。当铸坯角部温度比表面温度低很多时，角部温度处于低温脆性区（900~700℃），钢的延展性较差，受到矫直应力时角部易产生裂纹缺陷。在生产断面为250*2200mm的高碳钢上，正常稳定工艺浇铸条件下，拉速恒定1.05m/min，对扇形段内矫直区域铸坯表面温度进行测量研究。测量结果显示，铸坯矫直开始时的角部平均温度为790℃，矫直结束时的平均温度为780℃。由此可见，铸坯角部温度处于第三脆性温度区间，铸坯角部容易形成裂纹。

3.3扇形段接弧精度的影响

扇形段接弧对铸坯表面、内部质量有着重要的影响。如果接弧精度状态差，在拉钢过程中，铸坯会承受额外的机械应力，定会造成和扩大边部裂纹缺陷。通过对厚板铸机扇形段香蕉梁精度从新标定，确定扇形段接弧精度偏差是否由于香蕉梁基础变形导致。使用激光跟踪仪、DINI 高精度水准仪等测量设备，将设备参考基准测量点在三维空间坐标系中进行定位，如图5所示。对连铸机设备各部位进行坐标精准定位测量与设备的理论图纸尺寸对比计算出相应差值，后续对香蕉梁精度进行重新调整，以达到扇形段辊子母线在规定理想弧线的误差＜0.2mm，结晶器铜板外弧面和各扇形段辊子顶部的实际包络线与理论包络线之间的误差＜0.2mm，从而提高扇形段接弧精度合格率。

图5弧形段测量基准定位点

Fig 5 Arc measurement section

3.4结晶器足辊接弧精度的影响

连铸坯出结晶器后窄侧只有其窄侧下口4排足辊进行支撑，既防止板坯窄侧鼓肚变形，又保证铸坯窄侧表面及内部质量，所以结晶器窄侧足辊的接弧至关重要。结晶器足辊在结晶器整备时需用专业接弧尺按给定的接弧标准来调整。现场检查发现，结晶器足辊接弧尺因长时间使用已磨损严重如图6所示，保证不了接弧精度在0.10mm~0.12mm范围内，造成结晶器窄侧足辊接弧精度偏差大，对铸坯角部质量有较大影响。