李 進，賀建哲，王朝陽，王智軼

（天津鋼鐵集團有限公司技術中心，天津300301）

1 引言

天津鋼鐵集團煉鋼廠擁有3座120 t轉爐，3座110 t LF爐，1座VD，4臺鑄機，其中1#鑄機在生產(chǎn)圓坯27MnCr6的過程中，發(fā)現(xiàn)經(jīng)酸洗后的鑄坯低倍側弧表面上有細小的微裂紋存在。這種微裂紋的存在導致加工后的圓管存在大量的折疊和表面裂紋等缺陷，給企業(yè)造成重大的經(jīng)濟損失。因此，對這種微裂紋成因進行分析和提出避免措施是我們工作中亟須解決的問題。

2 連鑄工藝概況

1#鑄機為康卡斯特6流連鑄機，結晶器銅管長度為800 mm，使用結晶器電磁攪拌。27MnCr6為合金結構鋼，規(guī)格為Φ200 mm的圓坯，用于制造P110級石油套管，其生產(chǎn)工藝路線為高爐→轉爐→LF爐→VD爐→連鑄→冷床→檢驗，該鋼種成分見表1。

3 微裂紋的形貌

將經(jīng)過熱酸洗的鑄坯低倍自然干燥后，借助電筒燈光觀察發(fā)現(xiàn)，低倍表面局部地方存在扭曲振痕，如圖1所示。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，細小的微裂紋大多分布在這些扭曲振痕的地方，表面微裂紋的長度在2～6 mm，用眼睛觀察很難發(fā)現(xiàn)。鑄坯低倍處微裂紋見圖1。這種表面微裂紋隱藏在氧化鐵皮及保護渣結痂下面，必須經(jīng)過酸浸才能發(fā)現(xiàn)。

表1 27 Mn C r 6鋼種成分

圖1 鑄坯酸洗低倍側弧表面處微裂紋形貌

在微裂紋處取樣，沿拉坯方向剖開后經(jīng)鑲嵌拋光，觀察到該處缺陷在鑄坯表皮下分散成多處裂紋，最深處約0.55 mm，表面處裂紋開口較寬，由表及里逐漸變細，微裂紋處剖面形貌見圖2。

圖2 金相顯微鏡下微裂紋形貌

4 影響因素

4.1 碳含量的影響

由表1可知，該鋼種的碳含量在0.2～0.3之間，根據(jù)鐵碳相圖可知，當碳含量＜0.5時，鋼凝固處于包晶區(qū)，鋼液結晶由δ鐵素體生成，依碳含量的不同，隨著溫度的下降，生成的δ鐵素體在向奧氏體轉變過程中伴有凝固收縮，坯殼與銅板脫離形成氣隙，導出熱流少，坯殼變薄[1]，表面組織粗化，在熱應力和鋼水靜壓力的作用下，薄弱處造成應力集中而產(chǎn)生表面裂紋。

4.2 保護渣

由于圓坯在其形狀上的不利因素，使得保護渣性能對鑄坯表面質量顯得尤為重要，性能合適的保護渣是生產(chǎn)表面無缺陷、高質量連鑄圓坯必要條件之一。澆鑄條件一定時，結晶器與凝固坯殼之間的渣膜厚度及均勻程度都與保護渣的粘度呈反比關系，粘度過高，液態(tài)渣在結晶器和凝固坯殼之間的流動性差，且渣膜厚度薄而不均勻，消耗量小，潤滑和傳熱不良。此外，保護渣的熔化溫度和熔速也是影響表面裂紋的重要因素，低熔化溫度的保護渣可以增加液態(tài)渣膜的厚度，降低熔渣和凝固坯殼之間的摩擦力，有效改善鑄坯在結晶器內的潤滑情況；保護渣的熔速是液渣層厚度和消耗量的決定因素，熔速過快和過慢都對鑄坯表面質量不利。

27MnCr6所用保護渣型號為GS-20，其物理性能如表2所示。由表2可知，GS-20的熔點、黏度和熔速都偏高，說明GS-20流動性相對較差，潤滑性能不良。從圖1中可以看到，鑄坯低倍的振痕出現(xiàn)扭曲，扭曲的振痕是鑄坯在結晶器內潤滑不良的明顯特征。這是由于保護渣液態(tài)渣膜減薄，液態(tài)渣的潤滑作用大大減弱[2]所致。BJ-2型保護渣為劉義仁等人[3]開發(fā)的圓坯中低碳保護渣，該保護渣成分如表3所示。BJ-2型保護渣在天津鋼管集團生產(chǎn)圓坯應用中取得了良好的效果，修磨率大幅降低，明顯改善鑄坯質量。表2為這兩種保護渣物理性能的對比。因此，生產(chǎn)過程中應選用較低熔化溫度，較低黏度的保護渣。試驗研究表明，若保護渣黏度較高，液渣層厚度小于10 mm，則發(fā)生裂紋的幾率加大，而選用黏度相對較低的保護渣則有利于均勻填充坯殼與結晶器之間的空隙，可明顯減少表面裂紋的發(fā)生。綜上所述，27MnCr6表面微裂紋的產(chǎn)生與保護渣潤滑性不良因素密不可分，在生產(chǎn)過程中應該優(yōu)化GS-20型保護渣。

表2 G S-20型保護渣與B J-2型保護渣的物理性能對比

表3 G S-20型保護渣與B J-2型保護渣成分 /%

4.3 澆注溫度

澆鑄溫度偏高是產(chǎn)生高溫表面毛細裂紋[4]的重要因素。在本批次澆鑄過程中，中包溫度超過（1535±10）℃的爐次達到23%，有6爐次鋼水的過熱度達到40～50℃，這些爐次的鋼液結晶將推遲，坯殼溫度升高，厚度變薄，因此澆注溫度偏高是鑄坯表面微裂紋產(chǎn)生的重要因素之一。

4.4 拉速

在本批次生產(chǎn)過程中，拉速保持在1.7～1.8m/min。眾所周知，拉速不穩(wěn)定會使鑄坯產(chǎn)生裂紋，拉速增大使得凝固初始階段結晶器內鋼水凝固向后推遲，坯殼表面的溫度升高，拉速波動會使得負滑脫時間變化而導致裂紋的產(chǎn)生。而本批次拉速穩(wěn)定，拉速不是27MnCr6產(chǎn)生表面微裂紋的影響因素。

4.5 結晶器冷卻水量

有研究者提出，澆鑄中低碳鋼時結晶器應緩冷，即將結晶器內冷卻水流量減小或將進出水溫差提高，使導熱減緩，降低表面裂紋形成的幾率[5]。在本批次生產(chǎn)過程中，通過多次生產(chǎn)實踐的總結，選擇結晶器的冷卻水量為1800 L/min，且在整個生產(chǎn)過程中保持平穩(wěn)。因此，結晶器冷卻水量對27MnCr6產(chǎn)生鑄坯表面微裂紋的影響較小。

4.6 水口插入深度及液面波動

在本批次生產(chǎn)過程中，水口最低渣線位置距浸入式水口下口約70 mm，液面波動≤±3 mm。水口插入深度和液面波動也是影響圓坯表面裂紋的重要因素，水口插入淺，液面波動就會變大；而水口插入過深，彎月面處熱量供應不足，使得結晶器上部鋼水溫度偏低，彎月面下的凝固坯殼增厚，致使凝固不均情況加重，也不利于保護渣熔化，導致液渣層過薄，流入不均勻，容易在坯殼薄弱處產(chǎn)生表面微細裂紋。

本批次選擇的水口插入深度和液面波動大小適當，且生產(chǎn)過程保持平穩(wěn)，因此該因素引起27MnCr6表面微裂紋的可能性較小。

4.7 二冷區(qū)冷卻情況

在生產(chǎn)過程中，二冷三區(qū)的水量分別為85、120、75 L/min，人工設定自動調節(jié)。通過觀察27MnCr6鑄坯表面發(fā)現(xiàn)，有些區(qū)域顏色變暗，呈暗紅色，說明二冷區(qū)冷卻情況不好，需要改善冷卻環(huán)境。通常情況下，冷卻水不均勻造成的裂紋特征是裂紋周圍一定區(qū)域內較其它處顏色偏重，有嚴重的高溫氧化現(xiàn)象，裂紋處振痕較深。因此，二冷水冷卻環(huán)境是產(chǎn)生27MnCr6表面微裂紋的因素之一。

4.8 鋼水中五害元素

鑄坯表面裂紋對五害元素（Pb、Sn、As、Sb、Bi）非常敏感，通常情況下，由五害元素帶來的缺陷都較嚴重，裂紋會沿鑄坯長度方向延伸，長度從1～2 m不等，寬度為0.5～2 mm不等。在生產(chǎn)過程中，27MnCr6中的五害元素（Pb+Sn+As+Sb+Bi）≤250×10-6，單一元素的含量≤100×10-6，未有超標情況發(fā)生，可排除鋼水中五害元素對表面微裂紋的影響。

5 預防措施

（1）在保證生產(chǎn)順利的條件下，應盡量降低鋼水過熱度，提高澆注速度，有研究認為過熱度保持在35℃較為合適。

（2）與保護渣廠家共同努力，結合實際生產(chǎn)工藝，優(yōu)化出新品種保護渣。

（3）在合理的澆注溫度下，要保證拉速正常。首先，要保證拉速自動檢測設備良好運轉；其次，要保證嚴格遵守操作工藝，尤其在提速或降速時，避免拉速忽快忽慢。

（4）確保浸入式水口與中間包底部垂直，浸入深度適中，避免液面有較大波動。

（5）改善冷卻水水質，加強過濾，減少水中雜質，避免在澆注過程中堵塞水嘴。在每個澆次結束后及時檢查、更換二冷水嘴。

6 結論

對影響表面裂紋諸因素的分析總結之后，發(fā)現(xiàn)影響27MnCr6鑄坯表面微裂紋的因素有以下幾點：

（1）通過鑄坯表面扭曲振痕特征，GS-20型保護渣物理性能推斷，圓坯27MnCr6鑄坯表面微裂紋的產(chǎn)生與保護渣潤滑性能不良關系密切，需要改進保護渣潤滑性。

（2）部分鋼水過熱度偏高，在保證生產(chǎn)節(jié)奏的前提下，應盡量降低鋼水過熱。

（3）二冷區(qū)冷卻環(huán)境不良，改善冷卻環(huán)境，保持水質良好，水嘴暢通，避免微裂紋的產(chǎn)生。

[1]崔立新，王秀，楊富強．亞包晶鋼圓坯表面縱裂及影響因素[J]．包鋼科技，2001，27（增刊）：58.

[2]汪洪峰，姜加和，江中快.包晶鋼連鑄板坯表面質量的控制[J].冶金叢刊，2004，150（2）：1．

[3]劉義仁，張露，石超民.高效連鑄包晶鋼大規(guī)格圓鑄坯用保護渣的設計與實踐[J].天津冶金，2008（5）：47-50．

[4]趙世忠，譚俊敏.天津鋼管公司連鑄圓坯表面裂紋特征和預防措施[J]．特殊鋼，2004，25（1）：56-58．

[5]干勇.現(xiàn)代連續(xù)鑄鋼實用手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2010：504．