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        湘鋼工具鋼50BV30連鑄坯表面凹陷的改善

        2019-11-27 07:52:22姜雙海
        中國金屬通報 2019年10期
        關(guān)鍵詞:裂紋

        姜雙海

        (湖南華菱湘潭鋼鐵有限公司,湖南 湘潭 411101)

        湘鋼煉鋼廠4#連鑄機為150mm*150mm的高效康卡斯特連鑄機,主要生產(chǎn)簾線鋼、彈簧鋼、工具鋼等高品質(zhì)、高附加值鋼種。煉鋼廠4#連鑄機生產(chǎn)的150mm*150mm工具鋼50BV30連鑄坯在開發(fā)初期,經(jīng)拋丸檢查后發(fā)現(xiàn)鑄坯存在較多的表面質(zhì)量問題,以縱向凹陷缺陷為主,同時還存在小量渣坑缺陷。經(jīng)軋制后,盤條表面伴隨著裂紋、結(jié)疤等缺陷,不能滿足工具鋼50BV30在冷鐓大變形量套筒零件時不允許開裂的要求。

        1 連鑄坯表面凹陷缺陷分析

        對湘鋼煉鋼廠4#連鑄機生產(chǎn)150mm*150mm方50BV30連鑄坯進行拋丸,發(fā)現(xiàn)連鑄坯表面存在嚴重縱向凹陷缺陷,如圖1所示。將有縱向凹陷的鑄坯做好標記,在凹陷處取鑄坯橫截面試樣,發(fā)現(xiàn)凹陷底部存在肉眼可見的裂紋缺陷,深度約10mm,如圖2所示。

        圖1 鑄坯表面存在凹陷缺陷

        圖2 鑄坯凹陷底部存在肉眼可見的裂紋

        取裂紋處試樣進行金相分析,如圖3、圖4所示,從金相圖片來看,連鑄坯縱向凹陷底部裂紋為由應力引起的穿晶裂紋。

        圖3 金相照片25X

        圖4 金相照片25X

        2 連鑄坯之縱向凹陷的形成原因

        縱向凹陷這種缺陷,是連鑄坯生產(chǎn)中較為常見,缺陷分布以鑄坯橫截面1/2位置和鑄坯角部為主。集中在鑄坯橫截面1/2位置的縱向凹陷,如圖5所示。深度可達2mm~5mm以上,凹陷長度甚至貫通整個鑄坯,嚴重的縱向凹陷底部通常伴隨縱向裂紋缺陷。此類缺陷主要發(fā)生在高碳鋼、含硼鋼上。

        圖5 鑄坯1/2位置凹陷

        偏角部的縱向凹陷深度不超過1.5mm的不容易被發(fā)現(xiàn),偏角部縱向凹陷嚴重的深度可至2mm~8mm之間,凹陷底部一般會出現(xiàn)縱裂紋。偏角部縱向凹陷出現(xiàn)的頻次相對較高,偏角部縱向凹陷產(chǎn)生的位置大多數(shù)距離鑄坯角部約10mm~50mm,一般共生有夾雜、縱裂紋、鼓肚等,如圖6所示。

        連鑄坯出現(xiàn)縱向凹陷的因素很多,還好缺陷形成的位置基本上都集中在結(jié)晶器里面。當結(jié)晶器的錐度過于小,或者是在澆注的過程中出現(xiàn)跑錐度時,坯殼慢慢凝固會收縮,坯殼與結(jié)晶器兩者之間產(chǎn)生的氣隙會變大,熱傳導開始變慢,坯殼內(nèi)細晶層在較薄的地方在結(jié)晶器之內(nèi)的凝固速度較快些,就出現(xiàn)了過早集中收縮導致在連鑄坯的橫截面1/2處產(chǎn)生縱向凹陷[1]。收縮會讓坯殼過早和結(jié)晶器之間形成不同大小的氣隙,這樣就會增加熱阻,從而使冷卻強度減弱,產(chǎn)生有利于柱狀晶生長的客觀條件。綜上看出產(chǎn)生連鑄坯凹陷的主要因素是初生坯殼的不均勻性和結(jié)晶器與鑄坯兩者間的氣隙行為[2,3]。

        3 影響連鑄坯縱向凹陷因素分析

        相關(guān)文獻報道[4,5]指出,影響連鑄坯縱向凹陷的主要工藝參數(shù)包括結(jié)晶器一次冷卻、連鑄中包過熱度和拉速、結(jié)晶器液面波動、結(jié)晶器保護渣性能。

        3.1 結(jié)晶器一次冷卻

        結(jié)晶器一次冷卻是影響連鑄坯縱向凹陷缺陷的主要因素??v向凹陷缺陷主要形成還是集中在結(jié)晶器內(nèi),結(jié)晶器冷卻強度較大或者結(jié)晶器內(nèi)一次冷卻不均勻時,坯殼局部收縮較快,明顯加重了鑄坯凹陷。適當?shù)慕档徒Y(jié)晶器冷卻水量可抑制坯殼過早收縮,減輕初生坯殼受到的熱應力,使鑄坯凹陷得到有效改善。結(jié)晶器銅管錐度過大或者過小、結(jié)晶器銅管表面層脫落等也會影響結(jié)晶器一次冷卻,造成鑄坯形成凹陷缺陷[6]。

        結(jié)晶器內(nèi)鋼水的流場對初生坯殼的凝固行為以及液態(tài)保護渣的熔化和流入都有著顯著影響[7,8]。在生產(chǎn)過程中,結(jié)晶器水口注流既能有效地活躍結(jié)晶器內(nèi)彎月面鋼水溫度,促進保護渣熔化,但如果在結(jié)晶器鋼水流動過強,造成結(jié)晶器內(nèi)彎月面鋼水的翻卷,致使這些區(qū)域的保護渣液渣層變薄,進而導致坯殼與結(jié)晶器銅管之間液渣流人不足而形成凹陷。

        3.2 連鑄中包過熱度和拉速

        在澆鑄過程中,過高的連鑄中包過熱度或者中包過熱度波動較大,均會影響結(jié)晶器保護渣的熔化,導致坯殼不均勻,產(chǎn)生凹陷幾率上升。拉速對鑄坯凹陷的形成影響情況較復雜。一方面高拉速容易造成水口注流對鑄坯初生坯殼的沖擊過強,導致坯殼變薄,容易發(fā)生凹陷;同時隨著拉速的提高,鑄坯在結(jié)晶器出口處溫度升高,足輥段窄面冷卻強度不夠?qū)е妈T坯鼓肚產(chǎn)生凹陷。另一方面,如果拉速過低,雖然在結(jié)晶器中上部已形成一定厚度的坯殼,但在結(jié)晶器中下部由于凝固收縮過早形成氣隙,熱阻增大、傳熱效率下降,坯殼不能均勻生長在坯殼薄弱處易發(fā)生凹陷;拉速過低同時導致結(jié)晶器注流向鑄坯角部提供熱量不足,造成角部初生坯殼過快地凝固收縮及保護渣熔化不良,從而形成伴有夾雜的角部縱向凹陷。

        3.3 結(jié)晶器液面波動

        研究表明[7,8],結(jié)晶器液面波動大,液面不穩(wěn)定,發(fā)生凹陷及裂紋的幾率增加。影響結(jié)晶器液面波動的因素主要分為:拉速,塞棒自動控制系統(tǒng),水口浸入深度,水口對中等。因此,生產(chǎn)過程中必須保證拉速與塞棒自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定。同時,要保證合適的水口浸人深度,浸人深度過深時對坯殼的均勻生長不利,過淺則引起液面波動加劇。事實證明:結(jié)晶器液位波動大于4mm,將影響結(jié)晶器保護渣的潤滑效果,導致初生坯殼厚度不均勻。

        3.4 結(jié)晶器保護渣性能

        結(jié)晶器保護渣的化學組成、原料物性及連鑄工藝等因素直接關(guān)系到結(jié)晶器保護渣的良好作用。根據(jù)保護渣在結(jié)晶器中的作用可推測知曉,黏度和液態(tài)渣膜的厚度尺寸和均勻的不同程度有著較大的關(guān)聯(lián)。如果黏度偏大或是太小,都將使液態(tài)渣膜出現(xiàn)太薄或是太厚,導致保護渣的潤滑性以及傳熱性不好。若保護渣的高溫流動性不理想,在結(jié)晶器銅壁與初生坯殼之間所產(chǎn)生的的厚度不合適、傳熱均勻的熔渣層就不能形成,進一步影響到保護渣應有的潤滑作用和鑄坯順行。由此產(chǎn)生連鑄坯縱向凹陷缺陷。

        4 改進措施及效果

        通過以上對于鑄連坯凹陷的影響因素及成因的分析,結(jié)合湘鋼50BV30連鑄坯表面凹陷的現(xiàn)狀特點,采取有針對性的改進措施,防止或減少50BV30連鑄坯凹陷的產(chǎn)生。①合適降低50BV30鋼種結(jié)晶器一次冷卻強度,結(jié)晶器水流量由原來的2000L/min調(diào)整到1900L/min。②生產(chǎn)過程中,保證水口對中良好,避免鋼水直接沖刷坯殼,保證鑄坯均勻凝固。③控制好生產(chǎn)節(jié)奏,降低鋼水過熱度,中包過熱度控制在30℃以內(nèi),采用恒拉速澆鑄。④選用合適的保護渣,通過對比煉鋼廠中碳保護渣成分和物理性能,改進后的中碳保護渣熔點相對低(1100℃下調(diào)至1080℃)、粘度相對較高(0.25Pa.S/1300℃上調(diào)至0.65Pa.S/1300℃),且經(jīng)過實際生產(chǎn)試驗對比,改進后的中碳保護渣改善控制傳熱更好些,因此50BV30鋼種晶器保護渣使用改進后中碳保護渣。

        經(jīng)過采取上述改進措施,湘鋼煉鋼廠4#機生產(chǎn)的工具鋼50BV30連鑄坯經(jīng)拋丸檢查,鑄坯表面質(zhì)量良好,如圖7所示,連鑄坯表面凹陷缺陷得到了明顯的改善。目前煉鋼廠4#機工具鋼50BV30月產(chǎn)量達800噸,經(jīng)軋制后的盤條表面質(zhì)量完全滿意客戶使用需求。

        圖7 50BV30鑄坯表面質(zhì)量較好

        5 結(jié)論

        ①湘鋼工具鋼50BV30鑄坯表面凹陷缺陷主要與結(jié)晶器一次冷卻、保護渣性能以及拉速等因素有關(guān)。②通過適當降低結(jié)晶器一次冷卻強度,選用合適的保護渣,同時采取恒拉速澆鑄,湘鋼工具鋼50BV30連鑄坯表面凹陷得到了明顯的改善。

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