摘要：通过对中厚板表面纵裂纹、横裂纹、龟裂、微裂纹的形态分析，对中厚板表面裂纹的产生原因和影响因素进行了综述，并就如何预防裂纹的形成和减缓裂纹的不良影响，从改善冶金工艺和轧制规程优化方面提出若干建议。

关键词：表面裂纹；中厚板；影响因素；工艺优化

1前言

    中厚板表面裂纹是指钢板表面形成的一条或多条长短不一、宽窄不等、深浅不同、形状各异的条形缝隙或裂缝。通过对中厚板表面缺陷的统计分析，发现表面裂纹缺陷约占全部缺陷的50％左右，这不仅导致不良品率升高、合格率下降，而且也是造成表面修磨量增加、降低中厚板产品质量和经济效益的重要原因。中厚板的表面裂纹缺陷，依据其形态和发生的部位可分为：表面纵裂纹、表面横裂纹、龟裂、微裂纹等。

2裂纹的形态及其影响因素

2．1表面纵裂纹

    纵裂纹一般有2种形式：一是成片出现的沿轧制方向裂开的小裂口，如图1a所示；二是有一定宽度的粗黑线状裂纹，如图1b所示。纵裂纹主要出现在碳素结构钢钢板表面，有时也出现在低合金类钢板表面，但量较少；一般钢板越厚，越易出现。多发生在钢板宽度方向上的1／2和1／4处。纵裂纹破坏了钢板的横向连续性，对铡危害很大，通常导致钢板判废的可能性很高。

    影响钢板表面纵裂纹的因素很多，其中铸坯原始纵裂纹是导致钢板纵裂的主要原因。铸坯纵裂纹主要是因铸坯在结晶器弯月面区初生坯壳厚度不均，在坯壳薄弱处产生应力集中，使其承受的力超过坯壳高温强度而萌生微裂纹，出结晶器后在二冷区继续扩展形成纵向裂纹。凡是影响初生坯壳凝固均匀性的因素对纵裂纹的产生都有影响，如碳含量、钢液成分及夹杂含量、钢液温度控制、浸入式水口设计与插入深度、结晶器保护渣性质、结晶器导热均匀性、结晶器液面波动等。

    在轧制过程中，若铸坯纵裂纹未能焊合，则沿钢板轧制方向进一步扩展成纵向开裂。其一般特征是裂纹周围存在明显脱碳层，图2是图1b所示裂纹处的显微组织。由图2可见，裂纹周围脱碳明显且密布着许多小颗粒，而这些小颗粒主要为氧化物，它们的存在加剧了裂纹的产生和扩展。

  此外，钢中大量气泡的存在或连铸坯特定部位产生的线状夹杂分布带，在加热及轧制过程中，也可能形成沿受力方向延伸的小裂纹，并在进一步扩展后形成暴露于表面的纵向裂纹。

2．2表面横裂纹

    中厚板表面横裂纹的表现形态如图3所示，横裂纹基本与钢板的轧制方向呈30⁰～90⁰夹角，分布的位置、数量、状态、大小各异，具有一定深度和长度，多位于板面或棱边处，横裂纹破坏了钢板纵向的连续性，严重的可导致钢板判废。

   中厚板表面横裂纹主要是由铸坯表面横裂纹在轧制中扩展而导致的开裂，或是不明显的铸坯纵向裂纹在钢坯横向轧制时扩展和开裂形成的。其多出现在铸坯内弧振痕的波谷处，振痕越深，横裂纹越严重。在振痕底部，一般存在S、P等元素的正偏析，还常有保护渣，降低了钢的高温塑性；另外，AlN及微合金元素的碳、氮化合物等易在此处的奥氏体晶界上沉积而产生应力集中。因此，在振痕尤其是钩状振痕的底部很易产 生横向微裂纹。当铸坯在运行中，受外力(弯  曲、鼓肚、辊子不对中及矫直等)作用，使刚好 处于低温脆性区的铸坯表面受拉伸应力时，会使振痕波谷处的微裂纹扩展成横裂纹或产生新的横裂纹。由此可见，影响其横裂纹的主要因素如下：(1)钢的化学成分。主要是指影响钢材热塑性的化学成分，如S、Al、Nb、V等，这些元素极易与钢中的C、N等元素结合，然后在奥氏体 晶界析出，阻碍奥氏体再结晶的进程并弱化晶界强度，从而降低了钢的高温塑性。

(2)振痕。振痕越深越容易出现横裂纹，有研究指出，当负滑脱时间在0．16s以上时，提高振动频率、降低振幅可降低振痕的平均深度。当结晶器液面波动范围大时，也易出现较深的振痕，所以应注意入水口的浸入位置、拉坯速度等，以保持结晶器液面的稳定。

 (3)矫直温度。连铸机矫直温度对铸坯表面横向裂纹的影响至关重要。当铸坯在700～900℃热脆温度区矫直时，铸坯在低塑性状态下，受矫直机机械力的作用，铸坯表面容易在拉应力作用下产生横裂纹。为避免其形成，可采用平稳的弱冷却，使矫直时铸坯的表面温度高于质点沉淀温度或高于γ／α转变温度，避开低塑性区。

2．3表面龟裂

龟裂一般多产生在高碳钢和合金钢等大截面产品的表面，裂纹呈龟背状，一般长度较短，多呈弧型、人字型，方向各异。龟裂常伴随或衍生出其他形态的裂纹，其深度基本超过钢板的厚度负偏差之半，严重时产品会在堆垛中被压断，因此被判废的可能性较高。

  形成龟裂的主要原因有：

  (1)钢坯在加热过程中若加热温度或加热速度控制不当时，会造成钢坯局部过热，过热部分将出现一定深度的脱碳层，使钢的塑性降低，在轧制中因表面延伸产生的张力作用而导致开裂。

    (2)含碳量高的坯料在较低温度进行火焰清理时，表面温度骤然升高引起热应力或在清理后的冷却过程中产生组织应力，从而使坯料表面炸裂。

    (3)含吼钢中的吼易向表面扩散，在钢表面及氧化铁皮下富集一薄层熔点低于l100℃的富Cu合金，其在l100℃以上熔化并侵蚀钢表面晶界，在轧制时钢板表面会沿晶界发生热脆开裂。

    (4)铸坯表面原有的网状裂纹或星形裂纹在轧制中进一步扩展而导致开裂。

2．4表面微裂纹

    在钢板表面的不同部位出现一些不易辨别的、形状不规则、缝隙细小、长度不连续、形态零乱的裂纹，这种裂纹有的分散，有的成簇分布，有时会布满钢板表面，有时沿钢板横向分布，有时与其他形态的裂纹或缺陷伴随，其典型特征如图4所示。如果钢板表面存有未清理的微裂纹，在成型加工中很容易在工件的外侧面出现显著的裂纹甚至开裂。

    单纯的微裂纹，通常清理后深度小于钢板厚度负偏差之半，对钢板质量性能影响较小；而与其他形态的裂纹或缺陷伴随出现的微裂纹对钢板质量性能的影响，多取决于缺陷的严重程度。

    微裂纹产生的原因是多方面的，大多数与其他形态的裂纹或缺陷伴随出现，基本上是其他形态裂纹或缺陷的衍生形态，其成因与相关联的裂纹或缺陷相同；其单独出现时，主要原因是：

    (1)连铸机的一冷、二冷、拉速工艺制度不合理，或保护渣选用不合理、受潮，都会使铸坯表面出现许多微裂纹，在轧制中进一步暴露和扩展，导致钢板表面形成细小裂纹。

    (2)有些钢种因加热速度和加热温度不当，钢坯表面会出现热裂纹或少量脱碳，使塑性降低，在轧制过程中沿钢板表面形成细小裂纹。

    (3)钢坯中存在的皮下气泡、皮下夹杂在轧制中暴露，形成微小裂纹。

    (4)在蓝脆区(250～300℃)剪切钢材时，由于钢材塑性变差，因而当钢板表面受拉应力作用时，也会产生微裂纹。

3结语

    中厚板表面裂纹的形态多种多样，其产生的主要原因如下：

    (1)因炼钢、连铸工序操作不当，而在铸锭表面出现的横裂纹、纵裂纹、结疤或皮下气泡等缺陷，在进一步轧制中会演变成裂纹。

    (2)当坯料加热制度不合理，钢坯过热或过烧，表面出现脱碳等现象时，会使坯料塑性变差，在轧制时易出现裂纹。

    (3)当坯料加热不均、温度过低时，轧制时轧件各部分的延伸和宽展不一致，应力不均时易产生裂纹。

    (4)在低温脆性区矫直或剪切时易产生裂纹。

    为预防裂纹的形成和减缓裂纹的不良影响，在生产管理中应注意以下几点：一是控制好钢的化学成分，减少铸坯的各种表面缺陷；二是严格检查铸坯质量，不合格时不投产；三是严格原料的加热操作制度，控制好加热速度、加热温度并保证均匀加热；四是完善轧制制度，制定合理的轧制温度、压下量和翻钢道次，防止低温轧制；五是防止在低温脆性区矫直、剪切。

                                                                  (1．东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室2．济南钢铁集团公司)