D36 龟裂的成因分析及对策

张继烈 丘文生 程晓文

( 韶钢炼钢部，广东 韶关 512123)

摘 要 韶钢 1#连铸机生产的 D36 轧制龟裂缺陷比例偏高。通过系统分析，认为该缺陷主要源于铸坯表面存在的晶界裂纹。晶界裂纹的产生与钢种成分和铸机设备状况等有密切关系。通过控制［N］和［Als］、优化铸坯冷却制度、保证关键设备的控制精度和良好的运行状况能有效减少晶界裂纹的产生。

关键词 龟裂; 微合金化; 晶界裂纹

0 引言

广东省韶关钢铁集团有限公司( 以下简称“韶钢”) 1#连铸机于 2004 年 12 月投产。配套轧机于2005 年 2 月投产。伴随着连铸机和轧机的顺产达产，生产的钢种等级不断提高。尤其是随着高强船板钢、桥梁钢、容器钢和管线钢等微合金化系列钢种的开发生产，由于轧制龟裂缺陷影响非计划改判钢板量明显增加，从 2008 年和 2009 年的统计情况来看，D36 钢的龟裂尤为突出。由于龟裂缺陷导致非计划改判或判废比例超过 10%，部分浇次铸坯轧制龟裂缺陷比例高达 30%以上，往往一个订单需要多次补轧，也多次出现龟裂判废比例过高导致已生产铸坯的压库处理，并需要重新安排冶炼生产，不仅严重影响了生产计划的按时兑现和订单的交货，同时也给公司的效益造成很大的损失，给公司的质量形象造成了一定的负面影响。为了迅速扭转被动的质量形势，降低非计划改判率，特针对 D36 钢进行了系统的分析，并结合现场的实际情况制定了针对性的措施，进而推广至其它微合金化钢种的冶炼生产控制，均取得了明显的效果，龟裂缺陷得到有效的控制。

1 缺陷特征和原因调查

1． 1 钢板表面缺陷特征

从判定龟裂缺陷的钢板表面情况跟踪发现，钢板表面存在的龟裂形态主要表现为两种: 一种是既不像横裂纹，也不像纵裂纹，而像连绵的上峰状，见图 1; 一种像烂钢似龟壳状，见图 2。该类缺陷视轧制规格不同，其表现的裂纹深度差异较大。钢板越厚，裂纹越深，钢板越薄，裂纹越浅，见图 3。

1． 2 原因调查

对钢板缺陷部位取样送北科大进行金相和电镜分析( 见图 4、图 5) 。观察发现，裂纹周围存在明显的脱碳层，基体内部组织均匀，为铁素体和珠光体组织，而在脱碳区基本看不到珠光体，在裂纹区内发现了氧化物原点，脱碳越严重，氧化物原点越多。由此推断裂纹在轧制加热前就已经出现，即铸坯表面本身存在裂纹。

为了找出铸坯表面存在的裂纹形态，针对龟裂发生率较高的钢种进行了重点跟踪。对铸坯表面质量检验时没有发现明显的异常缺陷，而在对轧制龟裂发生率较高炉次的剩余铸坯采取表面火焰扒皮( 一般清理深度在 1 ～ 3mm) ，发现铸坯存在不同程度的横向裂纹或星状裂纹，横向裂纹一般出现在振痕波谷处。取裂纹部位进行金相分析发现两种裂纹均是沿晶界开裂，均属晶界裂纹。铸坯扒皮后发现裂纹缺陷( 见图 6) 。由此判断造成钢板表面龟裂的原因是铸坯表面存在的横向裂纹或星状裂纹。

2 原因分析

2． 1 不同钢种的龟裂状况调查

在同等的冶炼和连铸条件下，针对我厂宽板坯连铸机生产的低合金类钢种，统计其龟裂发生率情况发现，不同的成分控制对应裂纹发生率存在较大的差异。表 1 是韶钢宽板坯连铸机生产的 4 种低合金类钢种的实际生产控制的平均成分情况。

统计 2008 年和 2009 年以上钢种的龟裂发生率情况表明，D36 钢最高，其次是 A36 钢，Q345B 钢最低。对比表 1 中各钢种的成分来看，龟裂发生率存在较大差异的原因主要在于铌、钒、钛、酸溶名等微合金化元素含量的不同。采用铌、酸溶铝进行合金化时龟裂发生率最高，单独采用酸溶铝进行合金化时最低，而对于加铌、钒合金化时加入适量钛能有效降低龟裂发生率。统计 4 种低合金钢的龟裂发生率情况，结果见图 7。

2． 2 铌、钒、钛微合金化钢的特性

钢的微合金化技术起源于上世纪 60 年代，因加入微量的 Nb、V、Ti 等合金元素后能显著改善钢材的综合性能，目前在世界范围内得到了广泛的应用。微合金元素的主要作用是在钢中形成细小的碳化物、氮化物或碳氮化物，其质点钉扎在晶界处，在再加热过程中阻止奥氏体晶粒的长大和再结晶控轧过程中阻止形变奥氏体的再结晶，延缓再结晶奥氏体晶粒的长大，在焊接过程中阻止焊接热影响区晶粒的粗化，从而显著改善钢材的综合性能。但同时微合金化钢的连铸裂纹倾向性较大，主要原因是钢中形成的碳化物、氮化物或碳氮化物在奥氏体晶界的析出，沉淀于铁素体基体上，增大了钢的脆性［1］。

在连铸过程中，铸坯所受到的各种应力更易集中于沿晶界析出的铁素体带，从而使裂纹沿晶界萌生并扩展。

2． 3 现场条件对比分析

针对2008 年和2009 年生产的 D36 钢查找各炉钢的冶炼生产的现场条件和轧制龟裂情况，通过对比分析发现龟裂的发生率与现场生产条件的差异密切相关，主要体现在以下几个方面:

( 1) 成分差异。在相同的冶炼和连铸条件下，按低碳成分生产的铸坯质量要好于按中碳成分模式生产的铸坯，而加入一定量的［Ti］有利于降低裂纹发生率。含铌钢中由于应变诱导 Nb( C、N) 沿铸态粗大奥氏体晶界析出，使得裂纹沿晶界扩展［2］。而加入一定量的钛后，由于钛优先与氮结合，减少 Nb( C、N) 在晶界的析出，同时加钛还能降低钢的脆性

温度，从而降低裂纹发生率。

( 2) ［N］和［Als］的差异。从各炉次的轧制情况来看，［N］或［Als］偏高炉次的龟裂发生率明显高于较低炉次，而且在［N］或［Als］达到一定含量后，其龟裂发生率显著增加。有关资料表明，裂纹的形成与钢中［Als］·［N］有密切关系［3］，在排除存在明显工艺和设备异常的炉次后，对其余炉次的轧制龟裂情况与钢水中［Als］·［N］做统计分析发现，在［Als］·［N］大于 0． 012 × 10－ 6后，裂纹发生率随着［Als］·［N］的增加而快速增加。图 8 为不同［Als］·［N］下龟裂发生率散点分布图。

( 3) 铸机设备状况的差异。跟踪发现铌、钒微合金化钢种在连铸机扇形段内弧侧存在明显漏水的情况下，铸坯轧制龟裂发生率较高，而龟裂缺陷一般对应出现在漏水部位。对应部位铸坯扒皮发现存在星状裂纹，主要是由于漏水造成铸坯表面局部冷却过强、温度偏低，在矫直过程中出现应力集中导致晶界开裂。另外，扇形段对弧精度偏差或动态软压下控制压下位置偏差较大时，铸坯轧制龟裂发生率也较高，一般龟裂缺陷在板面分布不规律，铸坯表面扒皮发现存在横向裂纹。

( 4) 工艺异常。从各炉次轧制情况对应查找工艺情况发现，部分出现龟裂缺陷的炉号存在工艺异常，主要有中间包钢水温度高、级差大，拉速变化大等。

3 龟裂的控制

3． 1 控制措施

( 1) 钢种成分的优化。由中碳成分模式改为低碳成分模式，同时加入钛铁，使钢中保持一定量的［Ti］。

( 2) 工艺流程的调整。要求 D36 钢必须过 RH真空处理，钢水成分和温度更加均匀，［H］显著减少，同时［N］也略有降低。

( 3) 严格控制［N］。主要是调整转炉冶炼底吹氮气和氩气的转换时间，尽量避免在出钢、精炼和连铸过程使用水分含量偏高的原材料。优化冶炼出钢脱氧工艺，强化精炼操作，严格连铸过程的保护浇注，中间包内使用氩气吹扫。

( 4) 提高［Als］的控制水平。优化脱氧工艺和钢中［Als］的控制方式，到站采用铝粒脱氧，精炼过程钢中保持一定量的［Als］，在出站前视钢中［Als］情况适当补喂铝线，确保成品［Als］满足钢种要求。

( 5) 加强设备的点检和维修。工艺技术人员参与离线维修设备的验收。对于关键设备如振动台、结晶器和扇形段等实施有效的监控和检测，不符合工艺要求的及时检修更换，确保良好的设备状况。

( 6) 优化铸机的冷却制度，提高铸坯的矫直温度，避开矫直低塑区。主要是降低结晶器冷却水量和二次冷却强度，优化二次冷却模型，同时加强二冷喷嘴的检查和维护，确保二冷区的均匀冷却。

( 7) 开展典拉竞赛，努力实现连铸过程的恒速浇注，保证结晶器液面稳定，热流稳定。

( 8) 加强铸坯质量的检验把关。对工艺、设备、成分异常的及头、尾炉铸坯进行扒皮抽检。

3． 2 控制措施实施后产生的效果

2010 年 全 年 D36 钢 板 的 龟 裂 发 生 率 降 至2． 0% ，2011 年 1 月到 5 月龟裂发生率进一步降至1． 24% ，龟裂缺陷得到了有效控制。

4 结束语

( 1) D36 钢轧制出现大量龟裂缺陷是由于连铸坯上存在的横向裂纹和星状裂纹造成。

( 2) 严格控制［N］和［Als］，保证结晶器振动满足工艺要求，保持良好的设备状况和合适的冷却制度等能有效减少铸坯表面的横向裂纹和星状裂纹的产生。

( 3) 碳控避开包晶区，铸坯的裂纹缺陷明显降低。

参 考 文 献

［1］ 韩孝永． 铌、钒、钛在微合金钢中的作用［J］． 宽厚板，2006，( 2) ．

［2］ 浦绍康． 钢中杂质元素与微合金化［J］． 钢铁研究，1990，( 5) ．

［3］ D． NCrowther． 微合金化元素对连铸裂纹的影响［J］． 钢铁钒钛，2002，3( 1) ．