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小方坯连铸生产SWRH82B工艺实践探讨

孔祥涛1，周德1，陈宏2，孙齐松1，王立峰1

(1．首钢技术研究院，北京100043；2．首钢第二炼钢厂，北京100041)

摘 要：首钢大规格高强度SWRH82B盘条用户在加工过程中脆断严重，跟铸坯低倍角裂和皮下裂纹和盘条网状组织有关。经调查发现季节气温差异，导致铸机结晶器和二冷冷却强度相对较强。通过调整结晶器冷却水水量、二冷水比水量、更换性能合适的保护渣，产品质量达到大方坯工艺同等产品的质量要求。

关 键 词：大规格高强度SWRH82B；脆断；铸坯角裂；二冷冷却

首钢采用160mm×160mm小方坯连铸工艺生产直径14．0～16．0mm、抗拉强度大于1200MPa级别SWRH82B热轧高碳钢盘条。2008年6月增加铸机末端电磁搅拌设备，来改善高碳钢铸坯中心碳偏析问题。采用“三高”路线：高过热度、高强冷、高拉速[1]，促进柱状晶生长，以消除中心偏析。二冷采用1．2L／kg比水量，拉速由原来1．6m／min提高到1．8m／min。经过一段时间运行后，碳偏析指数平均值由原来的1．14以上降到1．08以下，铸坯缩孔评级得以改善，对应盘条的面缩率也有所改善[2]。天津用户反映首钢2010年冬季生产Φ15mm规格SWRH82B盘条在酸洗后放线、拉拔、刻痕过程均有不同程度的脆断现象，尤其在放线和刻痕过程断丝严重，要求赔偿经济损失。经调查发现季节气温差异，导致铸机结晶器和二冷冷却强度相对较强，导致铸坯反复温升，多次发生相变导致铸坯低倍裂纹产生。通过调整结晶器冷却水水量、二冷水比水量、更换性能合适的保护渣，产品质量达到大方坯工艺同等产品的质量要求。

1 铸机主要设备参数

铸机主要设备和工艺参数见表1、2。

2 问题的提出

用户反应2009年11月至2010年1月期间生产SWRH82B—1SG盘条断丝特别严重，要求经济赔偿。SWRH82B盘条经过酸洗—磷化—拉拔—刻痕—稳定化处理—成盘工序制作成Φ10．0mm规格1570MPa级别刻痕螺旋类预应力钢棒，应用于中国正在兴建的350公里／小时高速铁路CRTS(China Rail Transit System)Ⅱ型无砟轨道板预应力结构件，是高速铁路无砟轨道系统荷载耐疲劳寿命的最关键结构部件之一。用户对盘条抗拉强度不仅要求高，而且对断丝率要求非常苛刻。抽查部分炉次的铸坯低倍检发现：铸坯出现角部裂纹和皮下裂纹评级。

对部分炉次的铸坯进行了低倍检验，并对铸坯出现的角部裂纹和皮下裂纹进行了评级。铸坯低倍评级和典型形貌见表3和图1所示：2010年11月份抽查炉次出现0．5级角裂评级；

2010年12月份与2011年1月份普遍出现0．5～2．0级的角部裂纹评级和0．5级的皮下裂纹评级。

3 铸坯裂纹成因分析

钢水过热度、拉速、二冷水量都会影响铸坯低倍缺陷，它们对中心缺陷具有互补性。在设备已定的情况下，根据所浇钢种优化3种工艺参数使其得到铸坯中心缺陷最小，这是工艺控制要解决的问题。用小方坯生产高碳钢，铸坯的中心缩孔和偏析状况对轧制线材产品质量有重要影响。要减轻或消除方坯内部缺陷，关键是控制铸坯柱状晶与等轴晶比例。从工艺上有两种截然不同的方法：

1)传统方法：抑制柱状晶生长，扩大中心等轴晶区，采用“三低”的路线：低过热度、低拉速、低水量。二冷不要太强，弱冷或中等冷却强度。拉速不要太高。

2)新工艺：促进柱状晶生长，使铸坯完全形成柱状晶结构，以消除中心偏析，采用的“三高”路线：高过热度、高强冷、高拉速[3]。

二炼钢160mm×160mm小方坯连铸机的二冷区最大设计能力为1．55L／kg，走新工艺路线：高过热度、高强冷、高拉速路线，铸坯可能带液芯矫直，增大铸坯产生皮下裂纹和中心裂纹的危险，这条工艺显然行不通。如果走传统方法工艺路线：低过热度、低拉速、低水量工艺路线，铸机拉速又没有办法降下来。而是决定采取既不同于强冷(二冷比水量1．7～2．5L／kg)，又不同于弱冷(二冷比水量0．3～0．5L／kg)，而是采取1．2L／kg的二冷比水量，拉速按照1．8m／min进行控制。

小方坯角部裂纹是在结晶器弯月面以下250mm以内产生，裂纹首先在固液交界面形成然后扩展。铸坯的角度为二维传热，凝固最快收缩最早，生产气隙，传热减慢坯壳较薄，在鼓肚或菱变造成的拉应力作用下用于坯壳薄弱处而产生裂纹。铸坯的皮下裂纹是由于铸坯表面温度反复回升所发生多次相变，裂纹沿两种组织交界面扩展而形成的。北京冬季环境温度保持在﹣10～﹣20℃，相对于夏季炼钢车间环境温度30～40℃温度，外界温度相差40～50℃。这些环境温度差因素会对铸机结晶器冷却水量冷却效果有很大影响。

图2为夏冬季结晶器进出口水温差温度记录，从温差记录来看，冬季温度差要高于夏季，这说明冬季结晶器冷却强度相对要大些。加上冬季水温较冷，相同冷却水量的冷却效果造成结晶器相对强冷，造成首钢冬季生产SWRH82B出现轻微评级的铸坯低倍角部裂纹评级出现。

同样道理，在二冷区各段水雾效果在冬季要明显强于在夏季时期的冷却效果，造成铸坯表面冷却不均，反复温升温降发生多次相变，导致铸坯皮下裂纹产生。不论是铸坯的角部裂纹和皮下裂纹都纵贯于整个铸坯，长短不定，在轧制过程中很难完全愈合，会对铸坯质量造成很大影响。

4 后续改进措施

4．1 调整结晶器冷却水流量

为了消除铸坯角部裂纹和皮下裂纹评级，在兼顾铸坯坯壳有合适厚度同时，把结晶器水流量做适当调整，使之保持结晶器冷却水入口水温与进口温差保持在10～12℃以内，保持结晶器相对“弱冷”，以改善结晶器弯月面下60mm处钢液的导热情况，减少气隙厚度，改善结晶器铜板与坯壳之间导热均匀性。

4．2 更换性能合适的保护渣

高碳钢SWRH82B使用的FRK—45型保护渣属于低熔点、低粘度、低碱度类型保护渣，随着末端电磁搅拌使用，拉速提高，铸坯出现了皱皮、结疤等缺陷，这与结晶器传热效果不佳有关系。为提高铸坯质量，更换了新型的保护渣，由原来的FRK—45改换成GFH—204B，其理化指标变化如下。

与FRK—45类型保护渣相比，GFH—204B具有较高熔点、粘度、碱度，文献认为高熔点、高粘度保护渣能够降低结晶器的热流，起到弱冷的作用，对消除铸坯内部裂纹有益处[4]。

4．3 调整二冷比水量

调整二冷比水量由原来强冷(1．2L／kg)变为中等强度比水量(0．83L／kg)，使得铸坯凝固坯壳获得适合的温度场，铸坯产生最小热应力，避免了角裂和皮下裂纹的产生。

连铸坯低倍检验，角部裂纹和皮下裂纹评级消失。铸坯中心偏析检验表明无加重的趋势。

5 结语

经过工艺整改后，高强度大规格SWRH82B的产品质量有了很大的提高。2010年6月份用户试用首钢SWRH82B盘条600t，盘条酸洗、放线无脆断现象。盘条加工过程共发生断丝3次，盘条断丝率由原来的6～8次／百t，降为0．5次／百t，达到走真空、大方坯工艺同等产品的质量水平，2010年累计产量达到20000t，占全国市场份额30％。

1)大规格高强度SWRH82B盘条断丝率偏高，冬季环境低温导致铸机结晶器冷却和二冷水冷却水强度相对偏高，造成铸坯低倍出现角裂和皮下裂纹评级。在充分发挥铸机末端电磁搅拌降低铸坯中心偏析作用的同时，应充分考虑不同地域环境温度对铸机二冷区冷却效果的影响。

2)通过调整结晶器冷却水水量，控制合适冷却水温差；更换性能合适的保护渣；调整合适的二冷水比水量等措施，铸坯低倍裂纹评级消失，铸坯中心偏析无加重趋势，产品百吨断丝率达到大方坯工艺同等产品质量水平。

参 考 文 献：

[1]   蔡开科．连铸坯中心缺陷的控制．现代连铸技术进展．北京：冶金工艺出版社，2003：73～100．

[2]   汪洪峰，陈乃良，邹俊苏．梅山1号连铸机二次配水工艺优化．现代连铸技术进展．北京：冶金工艺出版社，2003：24．

[3]   H．G．Suzuki，S．Nishimura，J．Imanura et al．Trans．ISIJ，1984，24：54．

[4]   李殿明，邵明天，杨宪礼．连铸结晶器保护渣应用技术[M]．北京：冶金工业出版社2008：99～100．