鋼錠表面裂紋原因分析及預防措施

甄光楠

（舞陽鋼鐵有限責任公司第一煉鋼廠，河南，462500）

摘  要：本文綜述了鋼錠在凝固和冷卻過程中產(chǎn)生的各種裂紋，結合工藝情況及現(xiàn)場操作分析裂紋的原因，并提出了預防措施。

關鍵詞：鋼錠   裂紋原因  措施

Cause analysis and preventive measures for surface cracks of ingot

Zhen GuangNan

(No. 1 steelmaking plant of Wuyang iron and Steel Co., Ltd., Henan 462500)

Abstract: In this paper, various cracks in ingot during solidification and cooling are summarized, the causes of cracks are analyzed in combination with process conditions and field operation, and the preventive measures are put forward.

Key words: ingot crack causes measures

1 前言

裂紋是鋼錠最常見、最主要的表面缺陷，可分為縱裂和橫裂。鋼錠裂紋形成的原因，總的來說是在鋼錠的某些區(qū)域，由于溫度下降、體積收縮或者組織轉變而形成的內(nèi)應力，當內(nèi)應力超過了鋼的強度極限與塑性變形臨界值時，就在鋼錠薄弱處產(chǎn)生裂紋。因此，裂紋總是產(chǎn)生在應力集中的地方。下面就我廠工藝操作情況對鋼錠產(chǎn)生縱裂、橫裂的原因進行分析，并提出改進措施。

2 鋼錠裂紋分析

鋼錠的表面沿軸向方面產(chǎn)生的裂紋稱為縱裂紋，多在鋼錠的中下部或角部出現(xiàn)，嚴重的縱裂紋可貫穿鋼錠全長且較深，有時鋼錠會達到報廢狀態(tài)。橫裂指鋼錠表面的一種規(guī)則的和不規(guī)則的橫向開裂，主要發(fā)生在凝固的高溫階段，又稱熱裂，是受到縱向拉應力的結果。橫裂多在一面和局部地方產(chǎn)生，也常與“重皮”產(chǎn)生，嚴重的橫裂裂口較深。大部分橫裂由外向里，裂紋較淺，可通過火焰清理去除，少數(shù)橫裂由于裂紋較深而造成報廢。鋼錠裂紋主要有以下幾個原因：

2.1 注溫高、注速快易產(chǎn)生裂紋

 注溫過高、注速過快或者鋼錠模溫度過高時，鋼錠的凝固外殼就薄，使初凝外殼抵抗裂紋的能力減小，同時，鋼在高溫下的強度大大降低，鋼在常溫下有很大的強度，但在高溫時變得很低，由于鋼水的靜壓力造成薄的激冷層產(chǎn)生縱裂，因此注溫、注速要適當，模溫應不高于100℃。

研究指出，鋼的熱裂傾向主要取決于高溫機械性能（特別是高溫塑性）和冷凝收縮性，而含碳量0.2%的鋼種，高塑性最差熱裂傾向最大，同時，鋼在高溫下的的強度大大降低，，鋼在常溫下有很好的強度，但是在高溫時則會變得很低。查閱相關資料得知鋼在1400℃時，強度極限僅為0.5KG/cm,這說明在高溫條件下，較小的應力就能引起鋼錠開裂。注流溫度高時，鋼錠激冷層厚度減小，使初凝外殼抗裂能力減小，對已凝固的外殼的壓力較大，在凝固下的收縮受到阻礙時，產(chǎn)生塑性變形和應力，當它們超過金屬的最大強度和變形時，激冷層使在鋼殼性能薄弱處被拉裂，而柱狀晶也隨之拉裂，形成裂紋。

對于表面裂紋敏感的鋼種我們因該采取相對較慢的勻速澆注，這些現(xiàn)場操作也驗證了在注速過快容易產(chǎn)生裂紋。從我廠實際操作來看，2017年45水口產(chǎn)生6塊裂紋計劃外，206.68t，表面裂紋率0.41%，綜合合格率96.62%，50水口產(chǎn)生7塊裂紋計劃外，272.3t，表面裂紋率0.86%，綜合合格率95.21%，55水口產(chǎn)生19塊裂紋計劃外，600.89t，表面裂紋率1.47%，綜合合格率93.03%。

表1 2017年不同孔徑水口裂紋率

2.2 鋼錠縱裂與錠型有關

舞鋼公司在生產(chǎn)中經(jīng)常使用的錠型為28-55噸錠型，錠型越大，產(chǎn)生裂紋的傾向越大（圖1），在鋼錠凝固冷卻過程中，內(nèi)外溫差較大，所產(chǎn)生的組織應力和熱應力也越大，同時澆注過程中鋼水的靜壓力也越大，越容易產(chǎn)生鋼錠表面縱裂，尤其是50t、53t扁鋼錠鋼錠表面裂紋率高達8%以上。從圖表可以看出錠型越大裂紋發(fā)生率越高，但是25t和28t錠型裂紋發(fā)生率比21t、23t錠型還要低，這是因為25t錠型要比21t錠型和23t錠型分別低120mm、320mm，同樣的澆注時間鋼液單位時間內(nèi)上升的高度相對較小，28T錠型在一般澆注過程中我們澆注四支，同樣的鋼包水口流進中鑄管的鋼流在中心磚處分成四支鋼流量相對較小，再加上28T鋼錠模腔比21T、23T要大，所以鋼液單位時間內(nèi)上升的高度也相對較小，而實際生產(chǎn)過程中我們注速是用本體澆注時間和帽口澆注時間表示的。

表2 2017年1—12月份各錠型生產(chǎn)支數(shù)及縱裂支數(shù)

圖1 不同錠型裂紋發(fā)生率

2.3 與鋼錠模內(nèi)壁質量有關

鋼錠模內(nèi)壁質量不好，凹凸不平或有較寬的角裂或者較深的裂紋，易造成鋼錠局部懸掛和局部收縮受阻，在受阻部位出現(xiàn)局部縱裂。舞陽鋼鐵公司2017年模鑄現(xiàn)場正常運行的鋼錠模，在澆注過程中突然出現(xiàn)炸裂，共有11支炸裂后當場報廢或接近報廢，從而使鋼錠在鋼錠模內(nèi)收縮受阻而形成拉裂。

2.4 與職工操作習慣有關

鋼錠注入錠模后，若頻繁動流，由于鋼液運動的不均勻性以及其他原因，各部位的厚薄也并非一致，激冷層較厚的部位的收縮量較大，對較薄的部位產(chǎn)生一種軸向拉應力，鋼錠局部懸掛部位受到鋼液靜壓力的作用，當這種力超過較薄激冷層的強度時，在該處必然產(chǎn)生橫裂。 從澆鋼班別統(tǒng)計結果來看，甲班、丁班差，乙班、丙班較好，前兩班與后兩班的差異主要在澆注過程的控流上，前兩班控流幅度較大或者全流澆注，不是勻減控流，裂紋缺陷較多。

另外，鋼錠的裂紋還與鋼種，以及緩冷制度，氣候因素（如下雨）等因素有關。發(fā)生縱裂的鋼種主要集中在碳含量0.2%左右的普碳鋼和低合金鋼系列，如：Q23B、Q345B等系列鋼種。冬季裂紋產(chǎn)生的幾率要大于夏季。

3 降低鋼錠表面裂紋的措施

綜上所述，產(chǎn)生鋼錠表面裂紋的原因是復雜的，有的是某種因素單獨影響而導致鋼錠縱裂，而大多數(shù)情況下是受多種因素共同影響產(chǎn)生的，就目前上述對鋼錠裂紋的內(nèi)外原因的分析和我廠工藝操作現(xiàn)狀可知，要減少鋼錠表面縱裂應采取以下措施：

（1）澆鋼工要根據(jù)錠型、鋼種、鋼包包況以及真空溫降，選擇合適的吊包溫度；

（2）在“高溫慢注，低溫快注”的指導下，根據(jù)澆注情況，進行合理的控速，控速要緩慢過度，決不能忽快忽慢，要做的緩慢開澆，開澆后根據(jù)注流情況進行控速澆注，使模內(nèi)鋼液勻速上升，到帽口后再進行適當?shù)目亓鳎?/span>

（3）對易裂鋼錠，帶模緩冷24小時或者脫模后及時進行緩冷或者熱送也是十分必要的；

（4）嚴格執(zhí)行鋼錠模的入廠檢驗標準及制度，確保帽口要坐正、坐嚴，反射水口要對正模子中心，模壁不光滑或者開裂者要及時下線維修。

（5）清理工序對鋼錠大面必須進行“S”形清掃，檢查鋼錠表面裂紋。

參考文獻

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