張明國(guó) 張菁文 張爾康

（山東鋼鐵股份有限公司 濟(jì)南分公司，山東 濟(jì)南 250101）

0 前言

鑄坯中心裂紋在軋制過(guò)程中不能焊合，在鋼板的斷面會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的分層缺陷，在鋼卷或薄板的表面呈中間波浪形缺陷，在軋制過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)斷帶事故，給成品材的軋制和使用帶來(lái)不利影響。濟(jì)鋼集團(tuán)總公司120t 煉鋼區(qū)域1號(hào)鑄機(jī)自投產(chǎn)以來(lái)，生產(chǎn)一直穩(wěn)定順行，鑄坯設(shè)計(jì)厚度200mm 的占70%，厚度270mm 鑄坯占30%，但隨著濟(jì)鋼對(duì)厚規(guī)格產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的加快，鑄機(jī)基本全部生產(chǎn)270mm 鑄坯，鑄機(jī)扇形段負(fù)荷增大，近年以來(lái)鑄坯中心裂紋非常嚴(yán)重，產(chǎn)生了大量的廢品。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，從連鑄設(shè)備和工藝兩方面對(duì)板坯中心裂紋的形成原因、影響因素等進(jìn)行探討并提出改進(jìn)措施。

1 連鑄機(jī)狀況

機(jī)型：直弧形，1 流

鋼包容量：125t

中間包容量：38t

結(jié)晶器：長(zhǎng)900mm，帶足輥

鑄機(jī)半徑：10m

澆鑄斷面：200×（1200～2100）mm，270×（1600～2100）mm

工作拉速：0.4～2.2m/min

振動(dòng)方式：液壓振動(dòng)

振幅：±6mm

振頻：0～400c/min

矯直方式：連續(xù)彎曲連續(xù)矯直

冶金長(zhǎng)度：34.20m

設(shè)計(jì)能力：125 萬(wàn)t/年

2 中心裂紋成因分析

鑄坯裂紋的形成是傳熱、傳質(zhì)和應(yīng)力相互作用的結(jié)果。帶液芯的高溫鑄坯在鑄機(jī)內(nèi)運(yùn)行過(guò)程中，各種力的作用是產(chǎn)生裂紋的外因，而鋼對(duì)裂紋的敏感性是產(chǎn)生裂紋的內(nèi)因。鑄坯是否產(chǎn)生裂紋決定于鋼的高溫力學(xué)性能、凝固冶金行為和鑄機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。板坯中心裂紋是由于凝固末端鑄坯鼓肚、中心偏析和凝固收縮產(chǎn)生的。

3 控制中心裂紋的對(duì)策

3.1 控制良好的鑄機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

鋼的高溫力學(xué)性能與鑄坯的裂紋有直接關(guān)系，鑄坯凝固過(guò)程中固液界面承受的應(yīng)力（如熱應(yīng)力、鼓肚力、矯直力等）和由此產(chǎn)生的塑性變形超過(guò)允許的高溫強(qiáng)度和臨界應(yīng)變值，則形成樹(shù)枝晶間裂紋，柱壯晶越發(fā)達(dá)，越有利于裂紋的發(fā)展。因此要減少鑄坯產(chǎn)生裂紋的幾率，就必須使作用在鑄坯上的應(yīng)力總和最小，減小應(yīng)力有效的辦法是使鑄機(jī)設(shè)備處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。

3.1.1 制定嚴(yán)格的鑄機(jī)使用狀況標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)弧誤差<0.2mm；

開(kāi)口度偏差±0.2mm

輥?zhàn)幽p變形<0.5mm

輥?zhàn)恿鸭y寬度<0.5mm

3.1.2 加強(qiáng)彎曲段、矯直段的維護(hù)

輥道和框架在澆鑄過(guò)程中受較大矯直力和鋼水靜壓力作用，易產(chǎn)生變形，因此對(duì)彎曲段和矯直段進(jìn)行重點(diǎn)維護(hù)，根據(jù)計(jì)算機(jī)監(jiān)控鑄機(jī)開(kāi)口度變化情況，指導(dǎo)鑄機(jī)有計(jì)劃的檢修，確保鑄機(jī)設(shè)備具有可靠精度值。

3.2 控制鋼的凝固冶金行為

鑄坯在凝固末期形成中心偏析、疏松和縮孔，如果此時(shí)鋼水過(guò)熱度過(guò)高，拉速與溫度不匹配，輥縫開(kāi)口度擴(kuò)大，鑄坯就出現(xiàn)斷續(xù)性中心裂紋。

鑄坯偏析有兩種形成機(jī)理，凝固橋理論和鼓肚理論。凝固橋理論是鑄坯凝固過(guò)程中凝固橋的形成阻止鋼液的補(bǔ)縮，形成中心縮孔和疏松，導(dǎo)致中心偏析；鼓肚理論是鑄坯凝固過(guò)程中坯殼鼓肚造成樹(shù)枝晶間富集溶質(zhì)液體的流動(dòng)，或者凝固末期由于鑄坯收縮使凝固末端富集溶質(zhì)液體流動(dòng)導(dǎo)致中心偏析[1]。為減少中心偏析、疏松、縮孔，要抑制柱狀晶生長(zhǎng)，擴(kuò)大中心等軸晶區(qū)和抑制液相穴末端富集溶質(zhì)的殘余鋼液的流動(dòng)。

3.2.1 控制鋼水的過(guò)熱度

鑄坯柱狀晶發(fā)達(dá)，使鑄坯成各向異性，裂紋容易擴(kuò)展，易出現(xiàn)搭橋現(xiàn)象，因此必須抑制柱妝晶的發(fā)展，擴(kuò)大中心等軸晶區(qū)。柱妝晶和等軸晶的大小決定于澆鑄溫度，澆鑄溫度高，鋼中氣體夾雜含量就高，鑄坯收縮量大，相同冷卻強(qiáng)度時(shí)坯殼薄，高溫力學(xué)強(qiáng)度低。此外，鋼水溫度高時(shí)拉速低，易導(dǎo)致鑄機(jī)夾輥彎曲變形或損壞，因此適當(dāng)控制鋼水過(guò)熱度有利于減少板坯中心裂紋。鋼水過(guò)熱度由最初制定的25～35℃降低為10～20℃，取得了明顯的效果，表1 是一段時(shí)間不同鋼水過(guò)熱度情況下AH36 鋼種中心裂紋的情況，由表1 可以看出，隨著過(guò)熱度的升高，裂紋明顯增加。

表1 AH36 不同過(guò)熱度對(duì)應(yīng)裂紋情況

3.2.2 控制鋼種化學(xué)成分

P 是裂紋敏感性元素，P 含量增加將顯著增加在枝晶間的富集，枝晶間偏析增加，易產(chǎn)生裂紋。S 易形成低熔點(diǎn)化合物分布在晶界，引起晶間脆性，成為裂紋擴(kuò)展的途徑。如Mn/S 比高，Mn 與S 生成MnS，以棒狀形式分散在奧氏體中，而不宜形成裂紋，因此必須控制鋼中的P、S 含量和Mn/S 比，一般要求鋼中P、S含量<0.020%，Mn/S>30。C 對(duì)鋼的敏感性非常顯著，C 含量應(yīng)避開(kāi)裂紋敏感性包晶區(qū)范圍（0.09～0.14%），由于C 在此范圍內(nèi)，樹(shù)枝壯晶的顯微偏析和δ～γ 的相變所造成的收縮加劇，易產(chǎn)生中心裂紋。

3.2.3 適當(dāng)控制和穩(wěn)定拉速

鑄機(jī)拉速高低和變化頻率對(duì)鑄坯的凝固坯殼厚度、凝固末端位置、凝固組織的構(gòu)成和鋼的高溫力學(xué)強(qiáng)度有極大的影響。拉速的頻繁變化會(huì)引起鑄坯凝固末端位置的頻繁變化，凝固末端附近凝固前沿搭橋的概率增加，最終產(chǎn)生中心裂紋。為保證鑄機(jī)能達(dá)到恒速澆鑄的目的，廠部制定了嚴(yán)格的考核和獎(jiǎng)勵(lì)辦法，轉(zhuǎn)爐提高出鋼溫度命中率，加快鋼包周轉(zhuǎn)爭(zhēng)取紅包受鋼，鑄機(jī)在溫度允許范圍內(nèi)恒速澆鑄，有利于減少中心裂紋。

3.2.4 采用動(dòng)態(tài)輕壓下

動(dòng)態(tài)輕壓下是一項(xiàng)全新的連鑄新技術(shù)，動(dòng)態(tài)輕壓下是在鋼水凝固末端實(shí)施輕壓使枝晶間富集溶質(zhì)的剩余液相仍保留在原來(lái)的位置，不流到最后凝固中心的位置，減輕甚至消除中心偏析。

3.2.5 采用合適的冷卻水量

鑄坯質(zhì)量對(duì)二冷水量非常敏感，鑄坯過(guò)冷將導(dǎo)致柱狀晶發(fā)達(dá)，降低鋼的高溫強(qiáng)度，鑄坯冷卻不足易產(chǎn)生鼓肚導(dǎo)致中心裂紋的產(chǎn)生。鑄坯在凝固過(guò)程中，由于橫向各部位受到的冷卻強(qiáng)度及散熱量不同，導(dǎo)致橫向溫度不一致，鑄坯縱向冷卻水量分布不當(dāng)導(dǎo)致鑄坯溫度降低或回升過(guò)快，鑄坯溫度不同鋼的收縮量不同，將在鑄坯上產(chǎn)生熱應(yīng)力和相變應(yīng)力，從而使鑄坯產(chǎn)生中心裂紋。

3.2.6 對(duì)鑄機(jī)扇形段進(jìn)行加固

奧鋼聯(lián)鑄機(jī)扇形段設(shè)計(jì)比較單薄，加上濟(jì)鋼長(zhǎng)期超負(fù)荷生產(chǎn)270mm 厚度鑄坯，扇形段的剛性強(qiáng)度明顯不能滿足需要。通過(guò)對(duì)扇形段機(jī)架輥?zhàn)硬馁|(zhì)進(jìn)行改造，改造后鑄坯中心裂紋明顯減少，取得了很好的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

板坯中心裂紋的產(chǎn)生是由于連鑄設(shè)備、工藝操作、設(shè)備維護(hù)和鋼水成分等綜合作用的結(jié)果。各種力的作用是產(chǎn)生裂紋的外因，而鋼對(duì)裂紋的敏感性是產(chǎn)生裂紋的內(nèi)因，因此只有減少各種產(chǎn)生應(yīng)力的因素，提高鑄坯高溫強(qiáng)度，使綜合應(yīng)力應(yīng)變低于鋼的高溫強(qiáng)度，才能避免中心裂紋的產(chǎn)生；保證鑄機(jī)處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)輕壓下，保證對(duì)弧準(zhǔn)確等是防止板坯產(chǎn)生中心裂紋的基礎(chǔ)；工藝上控制合適的鋼水成分、鋼水過(guò)熱度、合適的冷卻水量和拉速是防止中心裂紋產(chǎn)生的有效措施。

［1］連續(xù)鑄鋼原理及工藝[M].冶金工業(yè)出版社,1994.