宝钢2300mm宽厚连铸板坯三角区裂纹改善的研究

杨学富

（上海宝钢分公司制造部  200941）

摘要：宝钢2300mm宽厚板连铸机主要为5m宽厚轧机配套，自04年12月15日投产生产以来，产品主要以船板为主，也生产管线钢及高强结构钢，主要生产的产品规格主要为2300X300mm板坯，由于生产的规格较厚，在生产过程中板坯易产生内部质量缺陷．2005年2月自向厚板轧机供坯以来，板坯三角区裂纹频繁发生，三角区裂纹缺陷不但使板坯降级大大增加，更严重的是一些肉眼无法发现的板坯经过轧制后，导致厚规格钢板边部组织异常，产品致密性差，更有甚者使产品冲击韧性，产品强度，Z向性能大大降低，严重影响了生产的顺行和合同的按时完成．因此，如何降低甚至基本消灭板坯三角区裂纹的发生是摆在厚板连铸机生产面前的一个迫切解决的大问题．本文通过对宝钢厚板连铸机生产实绩和低倍数据等导致三角区裂纹的因素分析，基本摸清了板坯三角区裂纹的影响因素，在此基础上，得出控制三角区裂纹的方法，即控制Mn/S比大于150、中间包过热度小于20℃、浇注速度稳定在1.0m/min、优化二冷系统，进行喂钙处理．自以上措施实施以来，三角区裂纹大幅度减少。

关键词： 宽厚板连铸机、三角区裂纹、二冷、喂钙处理

一、概述

宝钢新建投产的3＃连铸机是专为5m宽厚板轧机配套的连铸机，也称厚板连铸机．该连铸机机型为立弯式二流，其弯曲半径10m,冶金长度34m，可生产220，250，300等3种厚度规格，板坯宽度在1200～2300mm可调，年设计产厚板用连铸板坯184.5万t.

众所周知，板坯越宽越厚在生产时越容易产生内部质量缺陷，三角区裂纹缺陷是宽厚板经常见到的一种内部质量缺陷，自2005年2月正常生产以来，三角区裂纹频繁发生，为了弄清厚板连铸机三角区裂纹的产生机理，我们特成立了质量攻关团队，以达到减少和基本消灭三角区裂纹质量缺陷的目的。

本文在统计分析连铸板坯低倍数据的基础上，结合生产实际，基本掌握了三角区裂纹的影响因素，提出了相应的改进措施和方法．经过近半年的努力，取得了满意的效果，截止2006年3月，厚板连铸板坯的三角区裂纹缺陷得到了大幅降低．

二、三角区裂纹评级方法和缺陷分布

1　三角区裂纹评级方法

在线切取“70mmX1/2宽X全厚”的板坯试样，经过机械加工，在80℃的热酸溶液（31％盐酸和水按1：1体积混合）中浸蚀45min,然后采用曼联斯曼标准图谱进行评级。评选结果分为10级～50级，分别表示裂纹严重程度依次递增．例如：10级表示无裂纹，20级表示有轻微裂纹，40级为严重裂纹。

2　三角区裂纹位置和分布

厚板连铸坯三角区裂纹形貌如图1所示．裂纹基本分两种类型：一种比较常见的出现在板坯厚度中心线附近，从距离板坯窄面30～80mm处开始产生，裂纹基本平行于厚度中心线,如图1（a）所示；另一种出现在靠近角部附近区域，形状不规则，常伴随板坯窄面凹陷，如图1（b）所示.两种类型裂纹均呈非连续分布，长度和开口度各不相同．长度一般为20～40mm,开口度在1mm左右；严重的长度达70mm，开口度达2mm.厚板连铸坯三角区裂纹以第一种为主．

3　三角区裂纹发生状况

以厚板常见的A/B级船板为例（化学成分如下表1），2005年3月至8月，三角区裂纹评价合格率仅为77％．

表1　A/B级船板钢化学成分

本文以A/B级船板钢为重点研究对象，三角区裂纹缺陷均按曼联斯曼标准图谱进行评级．

三、三角区裂纹的影响因素

1　钢水质量和化学成分

钢水质量的优劣，对三角区裂纹将产生明显的影响^［2］如果夹杂物含量较高，作为裂纹源将严重影响板坯组织的连续性，在各种应力作用下．使板坯产生裂纹．

宝钢厚板连铸钢种C含量在0.10％～0.25％，在凝固过程中存在δ→r相变体积收缩，因此它们具有较强的裂纹敏感性．C含量越高，则枝状晶显微偏析加剧，这样促进了三角区裂纹的发生．

2        化学成分的影响

2.1　成分S的影响

成分S的影响。S含量偏高时，易生成低熔点［FeS］,一般认为Mn/S比大于40与一般铸机而言是可以达到降低裂纹敏感性的目的的，由于宝钢3＃连铸机是宽厚板连铸机，这样的Mn/S比显然不适合，经过摸索宝钢2300mm宽厚板Mn/S比大于150比较理想，由于宝钢采用预处理铁水，S的控制一般也不作为主要控制重点进行控制，宝钢的船板钢Mn/S比均大于150以上。

2.2　成分AL的影响

一般认为AL在钢中第三脆性区温度范围内易以ALN形式在奥氏体晶界析出，析出时产生的应力容易导致微裂纹的形成、晶界的脆化；同时，ALN阻碍了晶界迁移，易通过晶界滑移形成微孔，宝钢Al一般控制在0.02～0.05％。

2.3　成分N的影响

成分N的影响。氮与铝结合生成AIN在奥氏体晶界析出，起着降低凝固壳塑性的作用，氮越高，析出平衡越往右移，析出物就越多，裂纹敏感性就越强，中心裂纹，三角区裂纹就越容易产生，宝钢一般采用高铁水比、低氮冶炼技术，冶炼过程避免钢水过氧化，一般认为成品［N］应该≤60PPm宝钢转炉氮一般控制在不大于45PPm，因此，宝钢一般不着重考虑N的作用问题。

3　中间包钢水过热度的影响

合理的过热度、浇注速度、二冷方式将有利于铸坯的内外部质量控制，低过热度、合适的拉速、合适的二冷方式对船板钢三角区裂纹控制是非常有利的。

宝钢宽厚板连铸机过热度控制在15℃以下，裂纹评级小于20级；过热度大于35℃时，裂纹评级大于40级，显然随着中间包过热度的增加，三角区裂纹缺陷呈恶化趋势．

4　浇注速度的影响

由于厚板连铸机断面较宽，因此对浇注速度要求非常严格，一般控制在0.8～1.2m/min之间，最大速度不得超过1.3m/min，以中间包过热度30℃，板坯宽度大于1800mm为例，当浇注速度为0.8m/min，三角区裂纹基本在20级，当浇注速度为0.9m/min，

出现了少量的大于40级的三角区裂纹，当浇注速度为1.1m/min，三角区裂纹趋于严重，基本为40～50级．

5　板坯宽度和厚度的影响

一般而言，随着板坯断面宽度的增加，三角区裂纹缺陷呈明显上升趋势，并且缺陷趋于严重．宝钢宽厚板连铸机有三个厚度规格：分别是220，250，300．实践表面，三角区裂纹与板坯厚度没有明显的对应关系．

宝钢厚板连铸机采用无级喷淋设计，通过喷嘴升降来调节宽度，实现不同板坯宽度都有相应的喷淋宽度，从而实现板坯全宽度方向的均匀冷却，但在浇注较宽断面板坯时，由于喷嘴离板坯宽面距离增加，喷嘴位置控制难度较大．当喷嘴位置出现偏差时，部分冷却水喷向连铸棍，出现板坯窄面冷却水量较少甚至无水的状况，造成窄面冷却强度偏小甚至没有冷却的状况，从而造成窄面坯壳受到不均匀热应力的影响，形成三角区裂纹．因此，必须优化喷嘴喷淋精度，使窄面冷却均匀，从而达到均匀受力的目的．

6　二冷方式的影响

研究表明^［3］当二冷水分配不均或者局部冷却不均匀，均会导致三角区裂纹的发生．为了适应板坯规格又宽又厚的特点，宝钢宽厚板连铸机二冷水采用了热跟踪系统，由于对该系统的掌握需要不断摸索，目前对该系统的运用还处在初始阶段（即没有真正发挥作用），宝钢的厚板钢种多用微合金处理600～1000℃为第三脆性区域，在此区域应该避开矫直段，因此在二冷的足棍（foot roll）和零段（segment）保持相对弱冷，但窄面弱冷并不利于消除三角区裂纹的发生，通过对比试验，我们发现窄面强冷将有利于消除三角区裂纹的发生．

7　铸机精度的影响

由于宝钢厚板连铸机扇形段采用液压控制，利用位移传感器进行开口度的调节．受各种因素的影响，液压传感器精度得不到有效的保障，极易导致浇注过程中开口度突变，相对而言不如机械的来得稳定．因此，在CAST间隙，必须加强对开口度进行测量校正，使开口度保持相对稳定，精度控制在＜0.5mm以内．

8　取得的效果

采取上述措施及对策后，厚板连铸机三角区裂纹得到明显改善和有效的控制，板坯合格率提高了18％．

四、结论

（1）         钢水纯净度和成分对三角区裂纹影响显著．提高钢水纯净度，控制［Mn］/[S]大于150，含碳量按内控下限进行控制，有助于减少三角区裂纹的发生．

（2）         改进喷嘴设备的喷水精度，减少二冷前区冷却强度，增加窄面冷却强度，对减少三角区裂纹有主要贡献．

（3）         控制中间包钢水过热度在25℃以下、浇注速度稳定在1.0m/min左右，保持“恒速浇注”可以减少三角区裂纹的发生率．

（4）         保持开口度精度控制在＜0.5mm以内，是减少三角区裂纹的重要举措．