钢板表面微裂纹的原因分析与改进措施

钢铁冶金--中厚板生产技术

总第１０８期２００７年第４期

文章编号：１６７２－１１５２（２００７）０４－００３０－０３

山西冶金

ＳＨＡＮＸＩＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ

Ｔｏｔａｌ１０８Ｎｏ．４，

２００７

钢板表面微裂纹的原因分析与改进措施

付劲光

窦

楠

河南

安阳

（安阳钢铁集团有限责任公司，

摘

４５５００４）

要：分析了安钢二炼轧厂钢板表面微裂纹产生的原因，提出了改进措施，使钢板质量得到明显改善。

钢板

改进措施

文献标识码：Ａ

收稿日期：２００７－０４－２８

关键词：微裂纹

中图分类号：ＴＦ７０３

安阳钢铁集团有限责任公司（全文简称安钢）二炼轧厂是新建的一个集脱硫、炼钢、精炼、连铸、轧钢、精整于一体的现代化炼钢、轧钢厂，其中宽板坯连铸机于２００５年８月２９日正式投产并一次热试成功。该连铸机配备了大量先进技术和成熟工艺，包括漏钢预报、动态轻压下、质量结晶器液面自动控制、

在线判定、动态凝固模型等，是目前国际上最先进的现代化板坯连铸机之一。

连铸机主要技术参数：铸坯规格为１５０ｍｍ×（１

见图１。在钢板裂纹处取样进行电镜扫描，发现在裂纹底部存在Ｋ，Ｎａ等元素，见图２。

６００～３２５０）ｍｍ，铸机类型为直弧形，铸坯导向为０～８段，弧形半径为６．６７ｍ，铸机长度为１８．６８７ｍ，拉速范围为０．８～２．０ｍ／ｍｉｎ。

连铸机生产的钢种：碳素结构钢、低合金钢、船锅炉钢、压力容器钢、汽车大梁钢、桥梁钢、管板钢、

线钢等八大钢种

表面纵裂纹产生原因较为复杂，一般发源于结晶器。主要是由于初生坯壳厚度不均匀，在坯壳薄弱当该应力超过坯壳的抗拉强度时，在坯处应力集中。

壳表面形成裂纹。二炼轧厂生产的钢板产生裂纹的原因：

（１）钢水成分控制不好。钢种碳含量的变化对表面纵裂纹影响严重，特别是在碳含量进入裂纹敏感区后，出现裂纹的几率更大。经统计发现：ｗ（Ｃ）在０．０９％￣０．１５％之间的共有４０炉，产生表面纵裂纹的炉次共有７炉，占总炉数的１７．５％；ｗ（Ｃ）大于

１钢板表面微裂纹产生的原因

表面微裂纹形成于铸坯表面，形状细小，常常隐

藏在氧化铁皮下，肉眼无法观察到，轧制后在钢板表面显现出来，严重影响轧钢成材率。为查明钢板表面微裂纹产生的原因，二炼轧厂进行了大量的工作，包括电镜扫描、酸浸检验和数据跟踪分析等。

钢板表面的微裂纹形态各异，分布位置也不尽相同。经过跟踪调查和分析，发现钢板表面微裂纹主要分为三类：表面纵裂纹、表面横裂纹、表面龟裂纹。

０．１５％的共有１９２８炉，产生表面纵裂纹的炉次为

４１炉，占总炉数的２．１３％。可以看出ｗ（Ｃ）为０．０９％￣０．１５％时的炉次裂纹几率远远大于ｗ（Ｃ）大于０．１５％

时的炉次。

（２）钢水中夹杂物较多。钢水中夹杂物对保护渣的性能起到了恶化的作用，导致初生坯壳在结晶器中的冷却强度不均匀，因而形成了表面纵裂纹。

跟踪发现，在同样的浇注（３）保护渣性能不同。

条件下，使用不同的保护渣对铸坯质量有不同的影响，产生裂纹的几率有所不同。

１．１表面纵裂纹

钢板表面纵裂纹位于钢板中间部位，一般长度

在１￣１０ｃｍ之间，而有的甚至更短、更细（如发丝），

第一作者简介：付劲光，男，１９７７年生，现在安钢策划部投资规划科工作，助理工程师。Ｔｅｌ：０３７２－３１２０７８９，Ｅ－ｍａｉｌ：

ｆｊｇ１９９７＠１６３．ｃｏｍ

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期付劲光，等：钢板表面微裂纹的原因分析与改进措施

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１．２表面横裂纹

表面横裂纹在钢板表面呈鸡爪状，其分布没有

２减少铸坯表面微裂纹的措施

为了改善铸坯质量，减少铸坯表面各种形式的

规律，见图３。对于该类裂纹，取出现裂纹炉次的板坯取样后进行酸浸，充分侵蚀掉表层氧化铁皮后，在铸坯表面发现了横向裂纹，见图４。

微裂纹，在总结了大量的数据，多次进行现场跟踪和模拟试验后，针对裂纹产生的原因采取以下几个方面的措施。

２．１优化炼钢操作２．１．１严格出钢挡渣

在出钢过程中，有部分转炉高氧化性终渣流入钢包，影响了钢水的最终质量，对连铸也产生了较大为此严格控制转炉出钢过程，采用挡渣棒进的影响。

行挡渣，钢包中的终渣厚度不得超过５０ｍｍ，对于特殊钢种终渣厚度不得超过３０ｍｍ。通过采取这些措施大大提高了钢水纯净度，减少钢渣对连铸生产和

表面横裂纹主要是在微合金钢浇铸过程中出现的。在浇铸Ｎｂ，Ｖ，Ａｌ等微合金元素含量较高的钢种，如Ｑ３４５Ｃ／Ｄ／Ｅ，Ｑ３９０，Ｑ４２０和ＡＨ６０时，微合金元素与钢中的Ｃ，Ｎ结合，在奥氏体晶界析出大量

质量的影响。

２．１．２控制钢水碳含量

当钢水中ｗ（Ｃ）在０．１０％左右时发生包晶反应，

坯壳经历了δ→γ相变并伴随有最大的线收缩（０．３８％），引起局部气隙而减小了传热速率，使坯壳厚度生长不均匀；当钢水中ｗ（Ｃ）大于０．１５％时，更多的液体直接转变为γ相。由包晶反应产生的线收缩不太显著，线收缩减轻，气隙减小，传热均匀，坯壳厚

［２］

度生长就均匀。为了减少裂纹，提高铸坯质量，严格

ＡｌＮ，Ｎｂ（Ｃ）Ｎ，ＶＮ等质点，这些质点弥散分布于奥

氏体晶界，降低了晶界强度，诱发横裂纹的产生。在铸坯表面温度较低时，这种析出行为加剧，进入矫直区，由于矫直应力的作用，在振痕波谷处应力集中，

［

更易产生横裂纹

１］

。

１．３表面龟裂纹

表面龟裂在钢板表面大致呈纵向裂纹带分布，

控制炼钢工序钢中碳含量，确保避开敏感区域（ｗ（Ｃ）为０．０９％￣０．１５％），同时上下炉次钢中ｗ（Ｃ）偏差不超过０．０２％，浇次间ｗ（Ｃ）偏差不超过０．０３％。

尺寸细小，发叉，只有轧制后才能在钢板表面观察到，见图５。经取样电镜分析后，发现裂纹处铜含量较高，见图６。

２．１．３确保软搅拌时间

由于精炼炉用铝作为脱氧剂，同时二炼轧厂炼

钢工序要求控制钢中酸溶铝含量。为了减少钢中夹杂物，提高钢水纯净度，避免由于钢水中夹杂物的存在导致保护渣变性，恶化结晶器内的传热条件，造成铸坯表面裂纹的产生，规定精炼工序需确保精炼炉软搅拌时间，每炉钢水的软搅拌时间不得少于１０

ｍｉｎ，确保脱氧过程中产生的Ａｌ２Ｏ３能够尽可能从钢

水中上浮。

通过对钢板表面裂纹和结晶器状况的观察，发现钢板表面裂纹带位置与镀层剥落位置基本一致，因此，确定铸坯表面龟裂主要是由于结晶器渗铜引起的。浇注过程中铸坯与结晶器铜板发生摩擦，一段时间以后，结晶器铜板表面Ｎｉ－Ｆｅ镀层会逐渐出现剥落，铜板直接与高温坯壳接触，铜被高温坯壳所吸收，变成液体，

［１］

再沿奥氏体晶界渗透，从而形成表面龟裂纹。

２．２优化保护渣性能

２．２．１调整保护渣参数

保护渣性能的优劣直接决定了铸坯质量的好坏。文献记载，保护渣碱度较大时，钢水中可形成较高比例的晶体相，可降低坯壳表面热流，最终减少铸

［

坯表面裂纹

３］

保护渣碱度继续增大时其黏度减小，。

降低了保护渣的消耗量，但容易造成生产和质量事故。经过详细的技术交流，保护渣供应商根据二炼轧

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Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｅｊｉｎｓｘ＠１２６．ｃｏｍ

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厂的要求对保护渣参数进行了调整，包括成分、碱度、黏度等。调整后的保护渣性能明显适应二炼轧厂的生产需要。

铸坯冷却包括结晶器冷却和二次冷却，其对于铸坯表面裂纹有相当重要的影响。

（１）结晶器冷却。铸坯在结晶器中冷却不均很容易形成表面裂纹，为此，对结晶器冷却水量进行了调整，在保证不出生产事故的情况下，尽可能减少冷却水其宽边水量由６０００Ｌ／ｍｉｎ量，促进初生坯壳的均匀性。

调整至５６００￣５８００Ｌ／ｍｉｎ，窄边水量由３１０Ｌ／ｍｉｎ调整至２９０￣３００Ｌ／ｍｉｎ。

二炼轧厂生产的钢种几乎全部是（２）二次冷却。

合金钢，钢水中含有大量的Ｎｂ，Ｖ，Ａｌ等元素。针对这种情况，为减少微合金元素析出，对二次冷却水量也进行了调整。微合金含量较高的钢种如Ｑ３４５Ｅ，

２．２．２选择合适的保护渣

在调整保护渣参数的同时，也在跟踪、摸索现有

对跟踪数据进行分析后，保护渣与浇注钢种的关系。

初步确定不同的钢种选用不同的保护渣，具体情况见表１。

表１

保护渣对应的裂纹废钢比率普碳钢

渣１渣２渣３

低合金钢

％

微合金钢

０．０１０．４５０．０１

０．０２０．１８０．０９

０．０９０．１５０．０２

Ｑ３９０，Ｑ４２０，Ｑ４６０，ＡＨ６０，Ｘ６０等，水表全部改为１号

水表（比水量为０．７９Ｌ／ｋｇ），二级配水曲线采用９３号（结晶器出口温度在９３０℃）以上曲线；微合金含量较低的钢种如Ｑ２３５，Ｑ３４５Ａ／Ｂ／Ｃ等，水表改为２号（比水量为０．９１Ｌ／ｋｇ）或３号（比水量为１．０１Ｌ／ｋｇ）。

根据数据统计和分析结果，对各个钢种所对应的保护渣进行了统一规定，减少由于保护渣使用不当造成的裂纹废钢。

２．３２．３．１

优化浇注操作结晶器操作

结晶器是连铸机的心脏。结晶器的不稳定操作

３结语

通过采取以上措施，二炼轧厂生产的钢板表面

有可能会导致裂纹的出现。为减少裂纹的出现，对结晶器液面检测进行了严格的规定。

微裂纹比例明显降低，从５．０１％降低到０．６１％，也未出现过批量的钢板裂纹现象，钢板质量得到了明显的改进。

参考文献

［１］［２］［３］

《中国冶金报》社．连续铸钢５００问［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，２００２：１５９－１６０．

蔡开科，程士富．连续铸钢原理与工艺［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９９４：２３５－２３７．

卢盛意．连铸坯质量（第二版）［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，

２．３．２结晶器维护

由于铸坯表面龟裂纹与结晶器渗铜有关，因此，

二炼轧厂建立了结晶器台账，对每个结晶器、每块铜板都进行登记，包括每块铜板的通钢量和每个结晶器的浇注炉数。同时规定每台结晶器浇注满３００炉之后必须下线，检查铜板是否磨损，如有磨损立即更换结晶器或铜板，保证结晶器的作业状况良好。

２００５：２１４－２２３．

２．３．３铸坯冷却

（责任编辑：苗运平）

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ｏｎＳｕｒｆａｃｅＣｒａｃｋｓｏｆＰｌａｔｅ

ＦＵＪｉｎｇｕａｎｇＤＯＵＮａｎ

（ＡｎｙａｎｇＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ，Ａｎｙａｎｇ４５５００４）

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