摘  要：通过对武钢第三炼钢厂3号连铸机生产窄规格连铸坯时角横裂缺陷的形成原因进行分析，从二冷制度、连铸操作和设备状况方面提出了改进措施，使该类缺陷得到了有效控制。

关键词：窄规格连铸坯；角部横裂；脆性温度

    武钢第三炼钢厂3号宽板坯高拉速连铸机(以下简称3号连铸机)是该厂最新投产的直弧形连铸机，该机通过辊道与二热轧厂加热炉相连，按设计要求，连铸坯主要采用热装轧制和直接热装轧制工艺生产热轧板，而生产高质量免清理铸坯是实现热装轧制的基本条件。

    3号连铸机生产的板坯断面宽度范围主要为1 400～2 150 mm，从2005年底到2006年一季度，因窄规格(宽度不大于1 650 mm下同)铸坯产生的角部横裂纹而引起的热轧钢卷边裂缺陷显著增多，造成的钢质改判量也明显增多，占总改判量的74．7％以上。

1  连铸板坯角横裂形成原因分析

1．1  裂纹发生的形貌及金相分析

    取连铸坯进行火焰清理后，可以清楚地看出缺陷铸坯角部横裂缺陷的存在(图1)。取角部横裂缺陷铸坯降至室温，在光学显微镜下观察，裂纹呈网络状分布，沿着原奥氏体晶界裂开，附近无非金属夹杂物出现(图2)。

    金相检验表明：连铸坯的角部裂纹不是因夹杂物而产生。

    将缺陷铸坯裂纹区域锯成3块，放人无保护气体的箱式炉内，分别在1 250、1 100和1 000℃保温30 min取出，降至室温后磨片进行金相分析，连铸坯在1 000℃及更高温度形成的裂纹附近，金相镜下可以看到明显的氧化圆点。而铸坯角横裂试样在裂纹附近没有发现氧化圆点，由此判断：裂纹是在1 000^OC以下的温度形成的，即该裂纹的形成不是在结晶器内，而是在连铸二冷段。

1．2  高温力学性能检测结果分析

    针对3号机所铸窄规格板坯的16 Mn系列钢种时有角部横裂纹发生的状况，检测了宽度为1 600 mm的包品钢种16 MnR H2钢种板坯试样的高温力学性能。

    钢水过程温度和对应时间及拉坯速度、浇铸周期、保护渣用量及二冷控制方式均正常，整体连铸工艺正常。

    截取缺陷硫印坯加工成试样，检测其高温塑性Z(断面收缩率)和高温强度R。(抗拉强度)，将测试结果与不含Nb、V的16MnR以及含Nb的15 MnNbR2个钢种相比较。3个钢种的化学成分如表1。

    测试所用Gleeble一2000热模拟试验机的温度控制精度为±1％、试样的均热区长8～10 mm、该项测试的变形速率ε=10^-3／s、拉伸温度范围：700～1 300℃。

    从图3中得出3个钢种的塑性凹槽(Z不大于60％)区域见表2。

    由此结果可见，含有微合金元素的2个钢种：15 MnNbR和16 MnR-H2具有较高的高温抗拉强度，“塑性凹槽温度区”范围较大且偏向高温区，有明显的高温脆性倾向，也称此温度区为该钢种的“脆性温度区”。

这是因为：含有微合金元素Nb和V等对以上该钢种的性能影响较大。

    (1)Nb是目前微合金化钢中使用最为广泛的元素，它可以在奥氏体晶界析出，细化晶粒；又可以在铁素体晶内析出，起到沉淀强化的作用。

    (2)结晶过程中NbCN可能沿晶界析出，阻止了动态再结晶的进行，导致低塑性的沿晶断裂的发生。由于含Nb钢的析出物很细小，且间距很小，NbCN析出物在晶界和晶体内部的钉扎作用降低了晶界的流动性，使得再结晶温度提高。由于再结晶受阻，晶界不能迁移，应力在晶界集中使得晶界处微裂纹得以长大，增加了材料沿晶断裂的可能性。

    (3)细小NbCN在晶内析出，增加了晶内的变形能力，提高了晶界区域应力，促进了晶界滑移，降低了晶问结合力，促进了晶间裂纹的形核及长大。

    (4)V也能增加钢的高温脆性。研究表明，形变前静态析出的VN要比变形过程中动态析出物对塑性的危害更大，因为它主要是在晶界上析出。

    (5)NbCN、VN在应变速率小于10^-1／s时能迅速析出，对连铸坯热塑性和横裂纹的形成有重要影响。Nb要比V能更有效地将“塑性凹槽”向高温区扩展。这是因为NbCN析出峰值温度是95⁰C，而VN为885⁰C。    、

1．3  铸坯测温结果及角部横裂原因的判定

在确定了易产生缺陷钢种的高温脆性倾向及塑性凹槽范围之后，用红外线测温仪对3号连铸机其中一流的铸坯温度进行了测量，结果见表3。

从表3可以看出，铸坯在二冷段的角部温度范围为790至892℃，与表1对照，可以得出铸坯角部温度处于该钢种的高温“脆性温度区”内，有很高的裂纹倾向。

    因此可以将窄规格连铸板坯角部横裂缺陷发生的原因归结如下：    。

(1)由于钢种中存在Nb和V等微合金元素，致使其铸坯角部温度处于该钢种的“脆性温度区”温度范围内，因此具有较强的裂纹倾向，在拉坯矫直过程中，在张力作用下，角部沿振痕拉开形成角横裂缺陷。

    (2)由表1知，钢水成分中叫(AIs)为0．044％。有研究表明：当钢水中叫(A1s)大于O．030％时，A1N容易在振痕波谷处富集，虽然在连铸过程中不会产生较明显的质量问题，但是热轧加热过程容易导致其在晶界聚集的加剧，增加轧制过程裂纹产生的可能性。

    (3)连铸设备状况对铸坯质量也有一定影响，比如铸机开口度合格率、对弧的准确性、水口的垂直度等。

    (4)工艺操作的影响：试验表明，拉速降低、液面波动小时发生裂纹缺陷的几率明显降低。

2  减少窄规格铸坯角部横裂纹的试验

2．1  试验方案

    根据检测结果和分析得出的结论，技术中心和三炼钢共同提出预防3号机窄规格板坯角部横裂纹的措施。

    (1)对铸机的二冷段进行优化改造：与原喷水设计相比，降低喷水量，采用弱的二冷制度，以提高板坯边角部的温度，使其在矫直过程避开该钢种的脆性温度区，3号连铸机二次冷却区的原设计中中间和边部水量相等，本方案在减少二冷总水量为原水量75％的同时，继续减小边部喷水量使其小于中间喷水量，以再次提高铸坯角部温度，具体改进措施见表4。

    (2)严格控制工艺操作，定期检测设备，提高铸机开口度合格率、对弧合格率，保证没备的平稳运行；控制中间包塞棒的氩气流强度，保证结晶器液面控制系统正常工作，当液面波动大于3 mm时改为人工控制，减小液面波动，保证结晶器流场的正常。

    (3)调整缺陷钢种成分，控制钢中w(Als)，尽量使其降至钢种成分的下限或O．3％以下的安全范围之内，以降低缺陷发生的几率。

2．2  试验效果

    在进行了二冷区改造之后，进行了数轮次的生产试验。

    (1)利用红外线测温仪测定了铸坯在二冷段的温度状况，以确定铸坯的升温效果，结果见表5。

    考虑到在测温过程中，铸坯表面有蒸汽的存在，红外线测温仪所显示的数据将低于实际温度，根据有关的研究结果，可以有+20～30。C的矫正值，则在二冷段的7段人口和7、8段之间，所测量铸坯的角部温度位于937～951℃，可以认为铸坯的角部温度避开了钢种的脆性温度区。

    (2)3号连铸机实测2006年8月开口度合格率95．01％，大于93％的合格率目标要求，铸机接弧合格率96．42％，也满足生产标准。

    (3)随机抽取的钢水样中未见有Als明显偏高的情况出现。

    (4)钢质改判量的统计结果表明，二冷制度改造后的1个月改判率较前3个季度平均值下降了34．7％，同时窄规格铸坯的缺陷发生率明显下降，与较宽规格铸坯相当。可见采取的措施对提高铸坯质量作用相当明显。

3  结  语

    (1)窄规格连铸板坯角部横裂纹发生的原因是铸坯在矫直过程中，其角部温度处于钢种的脆性温度范围内所致。采用优化后的弱二次冷却制度、改进边部喷水设置使其喷水量小于中问喷水量之后，铸坯的角部温度的得到有效提高，避开了钢种的脆性温度区，减少了角部横裂纹的发生。

    (2)连铸板坯裂纹缺陷的形成与连铸操作有密切关系，在保证铸机开口度合格率，并加强设备检查和操作管理的基础上，裂纹的发生率可以有效控制。

    (3)在保证钢种成分的前提下，尽量控制Als含量到其含量的下限或处于不大于O．3％的范围内，以防止因A1s过高而引起的质量缺陷。