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        寬厚板高碳鋼邊部裂紋缺陷控制

        2020-06-22 15:26:34黃巖于海岐田永久崔福祥方恩俊李超
        鞍鋼技術(shù) 2020年3期
        關(guān)鍵詞:角部結(jié)晶器鑄坯

        黃巖,于海岐,田永久,崔福祥,方恩俊,李超

        (鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司,遼寧 營口115007)

        2019年初,鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司厚板連鑄機(jī)高碳鋼鋼板出現(xiàn)大量邊裂缺陷,影響鋼板的成材率和使用性能。采取優(yōu)化二冷水曲線、減小結(jié)晶器錐度、調(diào)整保護(hù)渣成分等工藝措施后,邊裂缺陷有所改善,但沒有從根本上解決問題。經(jīng)過深入分析研究后認(rèn)為,寬厚板高碳鋼邊裂缺陷問題與扇形段接弧精度、結(jié)晶器足輥接弧及彎曲段防剪銷有直接關(guān)系。因此,厚板鑄機(jī)年修時(shí),對扇形段香蕉梁重新標(biāo)定,恢復(fù)防剪銷裝置功能,并將磨損嚴(yán)重的結(jié)晶器接弧尺重新加工使用,在保證鑄機(jī)設(shè)備精度和功能完整性的前提下,連鑄工藝方面采取了降低結(jié)晶器錐度,優(yōu)化二冷強(qiáng)度等措施,寬厚板高碳鋼鋼板邊裂缺陷得到了有效解決。本文對此作以介紹。

        1 高碳鋼板邊裂缺陷原因分析

        1.1 鋼板邊裂形貌特征

        高碳鋼鋼板邊裂缺陷主要出現(xiàn)在60 mm以上厚度規(guī)格的鋼板,邊裂缺陷形貌如圖1所示。

        圖1 高碳鋼鋼板邊裂缺陷形貌Fig.1 Morphology for Edge Cracks of High Carbon Steel Plate

        由圖1看出,缺陷沿軋制方向連續(xù)分布,鋼板邊部可見多處邊裂聚集分布。

        1.2 邊裂金相檢驗(yàn)分析

        在鋼板邊部缺陷部位取樣,磨制、拋光后置于光學(xué)顯微鏡下觀察,圖2為試樣邊裂缺陷位置拋光態(tài)形貌。由圖2看出,試樣缺陷位置開口較大,呈凹坑狀,凹坑內(nèi)可見一些裂紋及氧化現(xiàn)象,裂紋兩側(cè)(圖 2a、2b)和尖端(圖 2c、2d)分布有大量氧化圓點(diǎn)。再用4%的硝酸酒精溶液腐蝕試樣,然后置于光學(xué)顯微鏡下觀察,圖3為腐蝕后試樣側(cè)邊裂紋形貌。

        圖2 試樣邊裂缺陷位置拋光態(tài)形貌Fig.2 Polishing Appearance for Location Where Edge Cracks Occurred in Sample

        圖3 側(cè)邊裂紋形貌Fig.3 Morphology of Side Edge Cracks

        由圖3可見,側(cè)面裂紋處均觀察到明顯脫碳現(xiàn)象,局部可見完全脫碳層。在試樣基體位置截取金相試樣進(jìn)行檢驗(yàn)分析,圖4所示為試樣基體顯微組織形貌。由圖4可見,鋼板基體組織為鐵素體+珠光體。

        圖4 試樣板基體顯微組織形貌Fig.4 Morphology for Matrix Microstructure in Sample

        綜合上述檢驗(yàn)結(jié)果分析認(rèn)為,鑄坯在加熱爐中經(jīng)過長時(shí)間高溫加熱,氧氣與鑄坯表面裂紋周圍的Si、Mn、Cr等易氧化元素結(jié)合生成小顆粒狀的氧化物或化合物即氧化圓點(diǎn)。鋼板缺陷處存在大量氧化圓點(diǎn)及明顯脫碳現(xiàn)象,具有高溫氧化特征,推斷鑄坯在進(jìn)加熱爐前角部已存在裂紋,在后期軋制過程中,鑄坯角部裂紋擴(kuò)展形成宏觀開裂缺陷。圖5所示為鑄坯角裂形貌,白框處為裂紋。由此可見,高碳鋼鋼板邊裂缺陷是由鑄坯角部裂紋所引起的。

        圖5 鑄坯角裂形貌Fig.5 Morphology for Corner Crack of Casting Blank

        2 高碳鋼鑄坯角部裂紋影響因素分析

        2.1 結(jié)晶器錐度的影響

        結(jié)晶器窄面錐度過大時(shí),由于結(jié)晶器與鑄坯之間存在摩擦力,坯殼在出結(jié)晶器時(shí)受到結(jié)晶器窄面銅板的壓力,同時(shí)鑄坯在驅(qū)動(dòng)輥的作用力條件下,受到拉力作用,則在此處產(chǎn)生雙重應(yīng)力,從而導(dǎo)致邊部裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展[1]。所以,結(jié)晶器錐度應(yīng)調(diào)整至一個(gè)最佳值,并通過澆次前精確測量和停澆后標(biāo)定錐度,保證結(jié)晶器錐度偏差范圍控制在±0.02 mm范圍內(nèi),以有效控制鑄坯角部裂紋缺陷。

        2.2 二次冷卻強(qiáng)度的影響

        二次冷卻工藝對減少和擴(kuò)展角部裂紋起著很重要的作用。鑄坯角部在二冷區(qū)受到寬度、厚度兩個(gè)方向的冷卻,二維傳熱在角部疊加,使得鑄坯角部冷卻強(qiáng)度大于其它區(qū)域,且這一現(xiàn)象隨板坯寬度的增加趨勢明顯[2]。當(dāng)鑄坯角部溫度比表面溫度低很多時(shí),角部溫度處于低溫脆性區(qū)(900~700℃),鋼的延展性較差,受到矯直應(yīng)力時(shí)角部易產(chǎn)生裂紋缺陷。生產(chǎn)斷面為250 mm×2 200 mm的高碳鋼時(shí),在正常穩(wěn)定澆鑄條件下,拉速恒定為1.05 m/min,對扇形段內(nèi)矯直區(qū)域鑄坯表面溫度進(jìn)行測量研究。測量結(jié)果顯示,鑄坯矯直開始時(shí)的角部平均溫度為790℃,矯直結(jié)束時(shí)的平均溫度為780℃。由此可見,鑄坯角部溫度處于第三脆性溫度區(qū)間,鑄坯角部容易形成裂紋。

        2.3 扇形段接弧精度的影響

        扇形段接弧對鑄坯表面、內(nèi)部質(zhì)量有著重要的影響。如果接弧精度差,在拉鋼過程中,鑄坯會(huì)承受額外的機(jī)械應(yīng)力,容易產(chǎn)生邊部裂紋缺陷并擴(kuò)大。因此,應(yīng)對厚板鑄機(jī)扇形段香蕉梁精度重新標(biāo)定,確定扇形段接弧精度偏差是否由于香蕉梁基礎(chǔ)變形導(dǎo)致。使用激光跟蹤儀、DINI高精度水準(zhǔn)儀等測量設(shè)備,將設(shè)備參考基準(zhǔn)測量點(diǎn)在三維空間坐標(biāo)系中進(jìn)行定位,如圖6所示。

        圖6 弧形段測量基準(zhǔn)定位點(diǎn)Fig.6 Reference Testing Point in Arc Section

        由圖6看出,一個(gè)段位有10個(gè)測量點(diǎn)。對連鑄機(jī)設(shè)備各部位進(jìn)行坐標(biāo)精準(zhǔn)定位測量,與設(shè)備的理論圖紙尺寸對比計(jì)算出相應(yīng)差值,據(jù)此對香蕉梁精度進(jìn)行重新調(diào)整,以達(dá)到扇形段輥?zhàn)幽妇€在規(guī)定理想弧線的誤差<0.2 mm,結(jié)晶器銅板外弧面和各扇形段輥?zhàn)禹敳康膶?shí)際包絡(luò)線與理論包絡(luò)線之間的誤差<0.2 mm,從而提高扇形段接弧精度合格率。

        2.4 結(jié)晶器足輥接弧精度的影響

        連鑄坯出結(jié)晶器后,窄側(cè)只有下口4排足輥進(jìn)行支撐,既防止板坯窄側(cè)鼓肚變形,又保證鑄坯窄側(cè)表面及內(nèi)部質(zhì)量,所以結(jié)晶器窄側(cè)足輥的接弧至關(guān)重要。結(jié)晶器足輥在結(jié)晶器整備時(shí)需用專業(yè)接弧尺按給定的接弧標(biāo)準(zhǔn)來調(diào)整?,F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn),結(jié)晶器足輥接弧尺因長時(shí)間使用已磨損嚴(yán)重,圖7白框內(nèi)為接弧尺磨損部位,保證不了接弧精度在0.10~0.12 mm范圍內(nèi),造成結(jié)晶器窄側(cè)足輥接弧精度偏差大,對鑄坯角部質(zhì)量有較大影響。

        圖7 結(jié)晶器足輥接弧尺磨損部位Fig.7 Wearing Part of Ruler for Arc Connections of Foot Rollers to Mould

        2.5 彎曲段防剪銷的影響

        彎曲段防剪銷能起到固定彎曲段內(nèi)、外弧間隙,防止在拉坯過程中彎曲段發(fā)生偏移,避免接弧超標(biāo)的作用。另外,還能避免事故坯輸出時(shí)損傷設(shè)備,圖8所示為功能正常的防剪銷。

        圖8 功能正常的防剪銷Fig.8 Anti-shearing Pin with Function Normal

        正常拉坯過程中,彎曲段受到內(nèi)弧方向拉力時(shí),彎曲段會(huì)向內(nèi)弧偏移,偏移原因就是彎曲段耳軸間隙導(dǎo)致;當(dāng)拉坯停止或測量輥縫時(shí),彎曲段的重力大于拉力,此時(shí)測量接弧發(fā)現(xiàn)不到異常情況?,F(xiàn)場生產(chǎn)過程中,因設(shè)備故障或工藝異常導(dǎo)致拉矯停止,在啟動(dòng)拉矯時(shí)對防剪銷的沖擊特別大,導(dǎo)致防剪銷經(jīng)常折斷脫落。如果不及時(shí)恢復(fù)彎曲段防剪銷的功能,也會(huì)影響鑄坯產(chǎn)生邊部裂紋缺陷。

        3 工藝優(yōu)化措施和效果

        結(jié)合上述分析和現(xiàn)場大量跟蹤結(jié)果,從以下四方面進(jìn)行了工藝優(yōu)化和設(shè)備功能精度的調(diào)整。

        (1)結(jié)晶器錐度由原來1.30%調(diào)整至1.25%;使用新校準(zhǔn)的結(jié)晶器足輥接弧尺,準(zhǔn)確控制結(jié)晶器足輥接弧精度在0.10~0.12 mm范圍內(nèi)。

        (2)降低二冷水總流量14%,調(diào)整各區(qū)域分配比例,使鑄坯通過矯直區(qū)域溫度控制在900℃以上,避開第三脆性溫度區(qū)間,避免鑄坯在矯直時(shí)因拉應(yīng)力產(chǎn)生角部裂紋。

        (3)重新標(biāo)定和調(diào)整厚板鑄機(jī)扇形段香蕉梁精度,使扇形段香蕉梁基準(zhǔn)偏差<0.2 mm。

        (4)恢復(fù)彎曲段防剪銷設(shè)備功能,并定期檢查其是否損壞,保證其功能正常。

        采取上述措施后,高碳鋼鑄坯邊部裂紋缺陷得到有效控制。統(tǒng)計(jì)工藝優(yōu)化前后兩個(gè)高碳鋼鋼種鑄坯邊部裂紋發(fā)生率情況,結(jié)果見表1。由表1可知,高碳鋼鑄坯邊部裂紋發(fā)生率大幅下降。統(tǒng)計(jì)得出,目前高碳系列鋼板的邊裂缺陷發(fā)生率僅為0.95%。

        表1 工藝優(yōu)化前后鑄坯邊部裂紋發(fā)生率的對比Table 1 Contrast of Occurrence Rates of Edge Cracks of Casting Blanks before and after Process Optimization

        4 結(jié)論

        (1)高碳鋼鋼板邊裂缺陷的主要原因是連鑄坯角部裂紋;鑄坯角部裂紋產(chǎn)生的主要原因是結(jié)晶器錐度過大、足輥接弧精度下降、二次冷卻過強(qiáng)、扇形段接弧精度下降及彎曲段防剪銷功能缺失。

        (2)通過采取優(yōu)化結(jié)晶器錐度和提高足輥接弧精度、降低二冷水總流量、提高鑄機(jī)扇形段香蕉梁基礎(chǔ)精度、恢復(fù)彎曲段防剪銷設(shè)備功能等措施,高碳鋼邊部裂紋缺陷發(fā)生率僅為0.95%,邊裂缺陷得到了有效控制。

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