摘要：铸坯上的横裂纹是连铸板坯上较严重的缺陷之一，对铸坯质量影响较大。含铌钢由于含有铌等裂纹敏感性元素，其铸坯横裂纹发生率远远大于其它钢种。分析了含铌钢铸坯横裂纹的影响因素，并提出控制措施，取得良好效果。

关键词：含铌钢；铸坯；横裂纹

        连铸板坯的横裂纹是影响铸坯质量常见的缺陷之一。2004年下半年，武汉钢铁(集团)公司第二炼钢厂(以下简称武钢二炼钢)在浇铸含铌钢时，铸坯横裂纹的出现较为频繁，一度废品率曾高达5 %～10％。经过对含铌钢横裂纹的产生原因进行调研、分析，并采取相应措施后，取得了良好的效果。

1含铌钢的成分组成及其横裂纹的特征

      含铌钢铸坯横裂纹发生率显著高于普碳钢铸坯，和普碳钢相比，其化学成分(见表1)除了碳在包晶反应区外，还含有铌、镍等裂纹敏感性元素。根据铁碳合金相图可知，在1 495℃有δ(铁素体)+L(液相)一γ(奥氏体)的包晶反应，伴随包晶反应有较大的体积变化和线收缩，凝固收缩和钢水静压力的不均衡作用以及结晶器的振动使薄的坯壳的形成不均匀，在热应力和钢水鼓胀力的作用下，坯壳凹陷处应力集中产生微裂纹。若有过大附加的外界机械应力作用在坯壳上，会加剧微裂纹的扩大。而钢水中铌、镍、铝等元素的存在，由于细微碳(氮)化物的析出，使铸坯的脆性提高，加剧了裂纹发生的趋势。

    铸坯横裂纹隐藏在铸坯的皮下，直接观察不到。对铸坯酸洗(见图1)或剥皮清理后，可以看出横裂纹位于铸坯内弧面振痕波谷处，长度20～50 mm不等，在离铸坯侧面200～400 mm处密集分布，其它地方也有零星横裂纹。铸坯在轧钢厂轧制后，根据的轧制方向不同表现为形状不同的裂纹缺陷。轧制方向和铸坯振痕方向平行的，轧制后裂纹的表现形式与钢板长度方向平行，是钢板上的纵裂(如图2)；轧制方向和铸坯振痕方向垂直时，轧制后裂纹的表现形式为山峰状(如图3)。

    在钢板上切取了1个横向裂纹试样，制成金相样后在光学显微镜下观察，试样中的各个裂纹尾端处都有明显的氧化圆点(见图4)，有些氧化圆点沿着裂纹方向扩展得较远。将试样进行腐蚀后再在光学显微镜下观察(见图5)，在裂纹附近存在明显的脱碳现象。对裂纹附近的氧化产物进行了分析，可以看出，在裂缝中产生的氧化物是氧化铁，裂纹尾端氧化产物均为硅酸盐。

2铸坯横裂纹的影响因素及对策

2．1  二次冷却条件

    含铌钢铸坯横裂纹多发生在内弧，这与矫直工艺有很大的影响。如果铸坯温度位于钢种的高温脆化区，矫直时铸坯振痕波谷处易产生横裂纹。为避开含铌钢的脆化温度区，可采用加大二冷水强度和降低二冷水强度二种方法。加大二冷水强度，使铸坯的温度控制在800℃以下，从低温区避开脆性温度区域；降低二冷水强度，则从高温区避开脆性温度区域。由于加大二冷强度对铸坯纵裂纹有一定影响，因此我们选择从高温区对二冷模式进行改动。含铌钢含有铌、镍、铝等元素，其高温脆化区和一般钢相比温度有所提高。原来含铌钢和不含铌钢都采用同样的冷却模型，矫直点温度在900℃左右，后来根据含铌钢的特点，开发了含铌钢动态二冷模型，将铸坯矫直点温度由900℃提高到950℃以上(见图6)，含铌钢横裂纹废品率下降明显(见图7)。提高含铌钢铸坯矫直点温度，对改善含铌钢横裂纹起了关键性的作用。

2．2  结晶器保护渣

    保护渣性能对铸坯表面质量有一定的影响，使用粘度和碱度适当的保护渣能够获得良好的润滑效果，减轻铸坯横裂纹。在实际生产中，对比使用两种不同性能的保护渣(见表2)，发现使用B渣横裂纹发生率比使用A渣低20％。

2．3结晶器振动系统

  实践证明，振幅越大，振痕越深；负滑脱时间越长，振痕越深；振动频率越低，振痕越深。采用高振频低振幅的振动模式浇铸含铌钢，可以改善铸坯表面质量，减少横裂纹发生率。2003年铸机改造后，采用液压振动，振幅由7．0 mrn减少到5．5 mm，振频由90次／min提高到150次／min，铸坯振痕明显变浅，横裂纹废品率比未改造前降低了10％。

2．4铸机扇形段精度

  铸机开口度的控制出现严重偏差，使坯壳交替鼓肚和再压缩而引起弯曲变形，促使横向裂纹的形成。铸机对弧不好，造成摩擦力增加，超过铸坯应变力。采用辊缝测量仪，定期检查铸机的状况，保证铸机的开口度控制在±1 mm，含铌钢横裂纹废品量由每月的425 t下降到387 t。

2．5浸入式水口

  浸入式水口在结晶器内的插入深度和对中情况将直接影响到结晶器内钢水的流场分布，从而影响到结晶器内坯壳生长的均匀性。有关研究表明，水口插入太深，水口侧孔钢流带到钢液面的热量不足，保护渣不能均匀溶化，影响初生坯壳的均匀性；水口插入太浅，容易造成凝固前沿裹渣，裹渣处微裂纹集中。经过对比不同水口插入深度的横裂纹废品率情况(见图8)，发现水口的最佳插入深度在1 10～130 mm之间。

2．6  其它因素的影响

    结晶器内液面波动、钢水偏流等情况会造成初生坯壳的不均匀，在拉坯力的作用下，增加横裂纹发生的几率。结晶器液面控制由手动改为自动控制，横裂纹废品率减少。全过程保护浇铸，减少钢水中的夹杂物，改善钢水的偏流情况，对控制铸坯横裂纹有好处。另外钢水碳含量避开ω(C)=0．09％～0．15 %的包晶反应区、结晶器冷却采用弱冷控制、拉坯速度保持平稳、较低的过热度，都可以减少横裂纹的发生。

3  结  论

    (1)含铌钢铸坯横裂纹的形成是由于在包晶反应中坯壳凹陷处应力集中产生微裂纹。由于铌、镍、铝等元素的存在，使铸坯的脆性提高，附加外界应力和在脆性温度区矫直会加剧微裂纹的扩展。

    (2)含铌钢中含有铌、镍、铝等元素，其高温脆化区温度比普碳钢高，因此将含铌钢的矫直点温度提高到950℃以上，避开在含铌钢的高温脆化区矫直，对改善铸坯的横裂纹有显著的作用。

    (3)应用合理的振动系统，减少铸坯振痕深度；使用性能良好的结晶器保护渣，使坯壳润滑得到保证；铸机精度的确保以及钢水质量的改善、结晶器液面平稳等都是控制铸坯横裂纹的措施。

    (4)通过对含铌钢横裂纹的分析，采取上述有效的措施，含铌钢横裂纹废品率由5．17％下降到1．86％，效果明显。