含鈮、釩、鈦微合金鋼連鑄坯角部橫裂紋現(xiàn)狀

針對微合金鋼連鑄生產(chǎn)過程中鑄坯出現(xiàn)的角部橫裂紋缺陷,從其產(chǎn)生原因、影響因素及解決方法等方面進行闡述。介紹了角橫裂產(chǎn)生于結(jié)晶器內(nèi),并進一步擴展于二冷區(qū)。分析了連鑄過程中的應(yīng)力、熱塑性、結(jié)晶器錐度和二次冷卻模式等因素對微合金鋼連鑄坯角橫裂的影響。總結(jié)了目前解決角橫裂的幾種方法。重點介紹了連鑄微合金鋼的脆化機制、微觀組織和微合金元素對連鑄坯熱塑性的影響。最后對微合金鋼連鑄坯角橫裂新的解決方法進行了展望。

在連鑄過程中，鋼液由盛鋼桶經(jīng)中間包連續(xù)不斷地注入一個或一組水冷銅制結(jié)晶器。注入結(jié)晶器的鋼液受到強烈冷卻后，迅速形成一定形狀和坯殼厚度的鑄坯。同時結(jié)晶器振動引起彎月面鋼水周期性流動，使坯殼發(fā)生折疊，形成振痕。橫裂一般產(chǎn)生于結(jié)晶器內(nèi)，與振痕共生。振痕能產(chǎn)生缺口效應(yīng)，造成應(yīng)力集中。

在連鑄過程中，鋼液由盛鋼桶經(jīng)中間包連續(xù)不斷地注入一個或一組水冷銅制結(jié)晶器。注入結(jié)晶器的鋼液受到強烈冷卻后，迅速形成一定形狀和坯殼厚度的鑄坯。同時結(jié)晶器振動引起彎月面鋼水周期性流動，使坯殼發(fā)生折疊，形成振痕。橫裂一般產(chǎn)生于結(jié)晶器內(nèi)，與振痕共生。振痕能產(chǎn)生缺口效應(yīng)，造成應(yīng)力集中。

在微合金鋼的連鑄生產(chǎn)中，鑄坯出現(xiàn)的主要表面質(zhì)量問題是角橫裂，裂紋的產(chǎn)生位置不穩(wěn)定，在靠近外弧及內(nèi)弧面都有可能出現(xiàn)，迄今沒有得到穩(wěn)定控制。微合金元素的添加使得鋼水碳當(dāng)量發(fā)生變化，增大了鋼在凝固初期進入包晶反應(yīng)區(qū)的傾向，裂紋敏感性相應(yīng)提高，此外還會引起更多種類的碳化物、氮化物或碳氮化物在更高溫度下的析出，從而降低了鑄坯的高溫延展性，在連鑄過程各種應(yīng)力的作用下，包括彎曲應(yīng)力、熱應(yīng)力、相變應(yīng)力、矯盲廊力等．

在鑄機內(nèi)運行過程中，坯殼受到的應(yīng)力作用是產(chǎn)生裂紋的外部因素。澆入結(jié)晶器的鋼水因冷卻而生成坯殼，鑄坯逐漸收縮，其收縮過程分為過熱度消失的液態(tài)收縮、凝固時的體積收縮和凝固后的線收縮及相變收縮等。結(jié)晶器凝固坯殼的收縮使坯殼與鋼板形成較大的氣隙，熱阻相應(yīng)也較大。由于傳熱不均勻，凝固速度不同，凝固坯殼厚度也不均勻。

在鑄機內(nèi)運行過程中，坯殼受到的應(yīng)力作用是產(chǎn)生裂紋的外部因素。澆入結(jié)晶器的鋼水因冷卻而生成坯殼，鑄坯逐漸收縮，其收縮過程分為過熱度消失的液態(tài)收縮、凝固時的體積收縮和凝固后的線收縮及相變收縮等。結(jié)晶器凝固坯殼的收縮使坯殼與鋼板形成較大的氣隙，熱阻相應(yīng)也較大。由于傳熱不均勻，凝固速度不同，凝固坯殼厚度也不均勻。

對板坯角橫裂紋在軋后鋼板邊部的延展行為進行了實驗室和工業(yè)試驗研究。得出:隨著鋼板軋制厚度的增加,鑄坯角部橫裂紋沿寬度方向延展有加重的趨勢;軋制規(guī)格相對較薄的鋼板的裂紋極微小,有被"攆平"的趨勢;毛邊鋼板的安全切邊量為35mm。

山西新臨鋼鋼鐵有限公司在澆注含鈮微合金化鋼中出現(xiàn)角部橫向裂紋,成為連鑄亟待解決的問題。研究表明:關(guān)鍵要系統(tǒng)地測量研究鑄坯表面溫度。臨鋼在q460c鋼生產(chǎn)過程中將鑄坯表面溫度提到1020℃以上,有效地控制了鑄坯角部裂紋的出現(xiàn)。

熱軋之后發(fā)生角裂是微合金鋼的一種典型缺陷,這種角裂會在結(jié)晶器中出現(xiàn),并在隨后的連鑄過程,特別是矯直過程中擴展。在鑄坯表面溫度下,當(dāng)鑄坯表面經(jīng)受了比材料固有強度大的熱應(yīng)變、機械應(yīng)變或相變應(yīng)變時,就會出現(xiàn)這種裂紋。在某些熱軋坯中也會出現(xiàn)這種裂紋,這些裂紋形成的機理大致如下:在晶界處第二相的沉淀硬化,它可能會使熱延性惡化。

通過對含鈮、釩、鈦微合金化鋼連鑄板坯的硫印數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,得出了角橫裂紋的影響因素,提出了角橫裂紋的控制措施,即硫含量應(yīng)控制在0.004%以下,錳含量為上限,磷含量為0.007%~0.018%,過熱度為10~30℃,拉速控制為1.1m/min,開發(fā)合適的二冷配水制度,提高鑄機設(shè)備精度。

根據(jù)低碳含鈮鋼表面微裂紋形成的機理原因,分析出裂紋形成的主要影響因素,從而采取對應(yīng)措施,有效控制了微裂紋的發(fā)生率。

為減少太鋼含鈦船板鋼板坯角部橫裂紋，本文研究了化學(xué)成分對其板坯角部橫裂紋產(chǎn)生的影響，并介紹了該鋼種成分優(yōu)化的措施及效果。

本文采用理論分析的方法計算了不同鈮、碳含量條件下，鈮微合金在管線鋼中的溶解析出溫度，結(jié)合理論計算結(jié)果，采用實驗室冶煉不同成分管線鋼并進行試驗檢測，確定了不同鈮微合金在管線鋼中的賦存形式，結(jié)果表明，鈮微合金溶解析出行為與鋼種碳含量和鈮含量關(guān)系密切，管線鋼中添加過多的碳和鈮，將導(dǎo)致加熱過程中鈮不能充分溶解，最終嚴(yán)重影響管線鋼的韌性。最終，提出管線鋼中合理的碳含量和鈮含量設(shè)計方案。

通過gleeble-2000試驗機研究了q345c鋼連鑄坯的高溫?zé)崴苄浴＠脪呙桦婄R、金相顯微鏡、透射電鏡觀察了第ⅰ、ⅲ脆性溫度區(qū)內(nèi)拉伸試樣斷口部位的顯微組織及形貌,分析了動態(tài)再結(jié)晶、相變、析出物等對微合金化鋼高溫延塑性的影響。結(jié)果表明:在1×10-3/s應(yīng)變速率下,q345c鋼存在兩個脆性溫度區(qū),即第ⅰ脆性區(qū)(1200～1300℃)和第ⅲ脆性區(qū)(600～875℃),無第ⅱ脆性區(qū)出現(xiàn);最高塑性出現(xiàn)在1050℃左右,斷面收縮率(z)達到85.8%;在第ⅲ脆性區(qū),沿奧氏體晶界析出膜狀鐵素體抗拉能力較低,晶界處存在夾雜物以及微合金元素的析出物,是鋼的熱塑性降低的主要原因。

采用金相顯微鏡和掃描電鏡分析了含鈮微合金化鋼鑄坯角部橫裂紋的形成原因。發(fā)現(xiàn)矯直區(qū)鑄坯角部溫度位于該鋼種第ⅲ脆性溫度區(qū)間內(nèi);拉速波動導(dǎo)致角部溫度變化較大;二冷噴嘴狀況不好導(dǎo)致兩邊角部溫度相差較大。采用提高拉速、矯直區(qū)鑄坯角部噴嘴遮擋等“熱行”方法后,鑄坯角部溫度明顯提高,鑄坯的角橫裂紋的發(fā)生率大大降低,但鑄坯中心偏析惡化。采用增加角部噴嘴的“冷行”方法后,鑄坯角部溫度明顯降低,鑄坯的角橫裂紋和中心偏析大大改善。

馬鋼成功開發(fā)鈮微合金鋼

合金鋼方坯連鑄液壓對角剪斷機

針對某鋼廠eh36鋼300mm厚連鑄板坯的角部橫裂問題,應(yīng)用gleeble—3800熱模擬試驗機研究了eh36鋼的缺口試樣在結(jié)晶器與二冷矯直區(qū)分別產(chǎn)生裂紋的差異.研究表明,結(jié)晶器產(chǎn)生的裂紋特征與二冷矯直區(qū)產(chǎn)生的裂紋特征在氧化程度上有著顯著差異,據(jù)此可以判定eh36鋼300mm厚連鑄板坯的角部橫裂產(chǎn)生位置,為調(diào)整工藝參數(shù)提供參考.

通過對含鈮、鈦微合金船板鋼酸洗表面形貌、拉伸斷口形貌、試樣表面及心部顯微組織觀察,結(jié)果表明,含鈮、鈦船板鋼心部裂紋的產(chǎn)生主要是由于p、s、o等雜質(zhì)元素以及nb、ti元素在心部的偏析,生成的硫化物、氧化物以及nb(c,n)、ti(c,n)引起應(yīng)力集中現(xiàn)象。再加上鋼坯連鑄過程中h向表面和心部擴散,導(dǎo)致心部h含量較高產(chǎn)生氫脆,加劇裂紋的產(chǎn)生。

興澄特鋼300mm×320mm低碳鋼鑄坯酸洗后,可觀察到鑄坯角部振痕波谷處的橫向裂紋,其長度為10～30mm,最大寬度達2mm。生產(chǎn)實踐表明,當(dāng)sa-210系列鍋爐鋼(%:0.13～0.25c、0.45～1.10mn)的[alt]從0.009%增加至0.021%時,鑄坯角部橫裂紋指數(shù)從0.03增加到2.64。因微量鈦能改善鋼在較低變形速率下的熱成型性,鋼中加微量鈦,可以明顯減少鑄坯角部橫裂紋的產(chǎn)生。通過控制加al量使[alt]≤0.010%,加ti使[ti]≈0.02%,同時采用提高鋼水流動性和鑄坯矯直溫度≥900℃等措施,避免了sa-210c鋼的鑄坯角部橫裂紋的產(chǎn)生。

用金相顯微鏡、掃描電鏡和能譜儀分析了某鋼廠q345b鋼板坯角部橫裂紋的特征和成因。結(jié)果表明:裂紋是由沿奧氏體晶界析出的mns復(fù)合析出物和先共析鐵素體膜造成的。鑄坯凝固過程中,微細(xì)硫化錳沿奧氏體晶界析出,當(dāng)鑄坯表面溫度降低到奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變溫度范圍時,微細(xì)硫化物促進膜狀先共析鐵素體的形成,受到矯直應(yīng)力作用時,應(yīng)力主要集中在膜狀鐵素體相上,并在硫化物周圍形成微孔,微孔聚合導(dǎo)致裂紋的形成。

對含鈮、鈦微合金船板鋼酸洗表面形貌、拉伸斷口形貌、試樣表面及心部顯微組織觀察結(jié)果表明,含鈮、鈦船板鋼心部裂紋的產(chǎn)生主要是由于p、s、o等雜質(zhì)元素以及nb、ti元素在心部的偏析,生成的硫化物、氧化物以及nb(c,n)、t(ic,n)引起應(yīng)力集中現(xiàn)象。再加上鋼坯連鑄過程中h向表面和心部擴散,導(dǎo)致心部h含量較高產(chǎn)生氫脆,加劇裂紋的產(chǎn)生。