重型异形坯铸坯表面横裂纹的成因分析与控制.pdf
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1、2024 年第 1 期总 第 269 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER重型异形坯铸坯表面横裂纹的成因分析与控制胡林梅,沈昶,王猛(马鞍山钢铁股份有限公司,安徽马鞍山 243000)【摘要】针对国内某钢厂生产Q355级和Q420级异形坯低合金钢时产生铸坯表面横裂纹的现状,解析了连铸坯翼缘顶端横裂纹产生的机理和主要影响因素之间的对应关系,以降低重型异形坯铸坯横裂纹的发生率。研究结果表明铸坯表面横裂纹沿粗大的奥氏体晶粒开裂,Q355级钢低塑性区的温度范围为600620 和740920,Q420级钢低塑性区的温度范围为600950,通过提高铸机拉速、降低冷却水强度、降低钢种铝含量
2、等工艺措施能有效控制重型异形坯铸坯翼缘表面横裂纹的产生。【关键词】重异连铸坯;翼缘顶端;横裂纹【中图分类号】TG333 【文献标志码】B【文章编号】1006-6764(2024)01-0086-04 【开放科学(资源服务)标识码(OSID)】Cause Analysis and Control of Transverse Cracks on the Surface of Beam BlankHU Linmei,SHEN Chang,WANG Meng(Maanshan Iron and Steel Co.,Ltd.,Maanshan,Anhui 243000,China)【Abstract】A
3、iming at the current situation of transverse cracks on the surface of billet casting produced by a domestic steel plant during the production of Q355 grade and Q420 grade shaped billet low-alloy steel,the mechanism of transverse cracks at the flange tip of continuous casting billet and the correspon
4、ding relationship between the main influencing factors have been analyzed,so as to reduce the incidence of transverse cracks on the beam blank.The results show that the cast billet surface transverse cracks along the coarse austenite grain,the temperature range of Q355 grade steel low-plasticity zon
5、e is 600620 and 740920,the temperature range of Q420 grade steel low-plasticity zone is 600 950.The process measures such as increasing the casting speed of the caster,reducing the intensity of cooling water,and reducing the aluminum content of the steel grade can effectively control the generation
6、of transverse cracks on the surface of the flange tip of beam blanks.【Keywords】beam blank;flange tip;transverse crack前言异形坯具有铸坯形状复杂、表面积大等特点,连铸生产时铸坯各点的散热差异较大,导致断面上各点温度场分布不均匀,因此,铸坯易产生表面裂纹缺陷1。随着断面尺寸增大,铸坯坯壳在结晶器内凝固均匀性变差,坯壳受到结晶器断面形状所产生的应力更强,产生裂纹的风险更高。轧制过程中如若不能消除表面横裂纹,缺陷将会保留在成品表面,增加后续处理成本,甚至形成龟裂废品,影响产品的生产交货
7、和盈利水平。以下对重型异形坯连铸机生产大断面坯料过程影响其翼缘表面横裂纹的主要原因进行分析探讨。1 基本生产情况根据生产实际发现,重型异形坯连铸机在生产Q355级和Q420级为代表的低合金钢时,产生的横裂纹缺陷较多,这两类钢种均为需入LF炉精炼的钢种,连铸机的主要参数见表1。2 横裂纹产生原因分析2.1 翼缘表面横裂纹的形态和成因分析一般认为铸坯横裂纹的产生可分为三个阶段2:一是初生坯壳生成不均匀,在应力作用下坯壳薄弱处产生裂纹;二是进入二冷段后由于冷却不均匀导致微细裂纹扩展;三是矫直温度处于脆性区,铸坯内弧在张力作用下产生裂纹。尽管表面横向裂纹的早期形成阶段可能位于结晶器内,但这些缺陷变大、
8、变多则是在铸坯出结晶器之后的二冷区和矫直区。铸坯在运行过程中受到弯曲和矫直以及鼓肚等应力作用,如果此时连铸机设备精度不高,易导致裂纹产生。铸坯在冷却过程中发生奥氏体到铁素体相变,第二相质点在奥氏体晶界析出,增加了晶界脆性3。特别是在矫直时,如果铸坯表面温度刚好处于裂纹敏感区,容易在振痕波谷处产生裂纹。图 1 为重型异形坯铸坯翼缘顶端表面横裂纹。从图1可以看出,铸坯的内弧翼缘顶端有横裂纹产生,铸坯的外弧翼缘顶端没有裂纹,横裂纹主要位于内弧翼缘顶端外侧的振痕波谷处,内侧没有裂纹产生。重型异形坯铸坯翼缘表面横裂纹金相检测结果,如图2所示。从图2可以看出,铸坯表面横裂纹沿粗大的奥氏体晶粒开裂,沿奥氏体
9、晶界存在白色的先共析铁素体。先共析铁素体在奥氏体中形核析出导致晶界强度弱化4。如果铸坯矫直时的温度刚好处于裂纹敏感区,又加上振痕“缺口效应”的影响,容易在振痕波谷处产生裂纹。2.2 重异典型钢种高温力学性能研究在Gleeble热模拟机上进行高温拉伸试验,将试样加热、拉伸、然后测量断口直径,并以此作为标志热塑性高低的性能指标,即断口直径越大,热塑性越低,而断口直径越小,则热塑性越高。高温力学性能的系统研究表明,从钢的熔点附近到600 左右的温度区间存在三个脆性区。第脆性区从熔点到1 200 左右;第脆性区约9001200;第脆性区约600900。由于钢的化学成分、应变速率等条件的不同,三个脆性区
10、不一定同时表现出来,第脆性区有时并不出现。高温拉伸试样取自于重型异形坯连铸机生产的Q355级和Q420级钢连铸坯,其主要化学成分见表2,试验内容与条件见表3。将加工好的试样在 Gleeble2000D 热模拟机上进行高温热塑性试验。试验前将热电偶点焊在试件表面,用以加热及温度测量。测试时试样室通入流量为1/min的氩气流,以10/s的速度加热至1 300 并保温3 min,然后以/s的冷却速度降表1 连铸机主要参数图1 重型异形坯铸坯翼缘顶端表面横裂纹862024 年第 1 期总 第 269 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER2 横裂纹产生原因分析2.1 翼缘表面横裂纹的形
11、态和成因分析一般认为铸坯横裂纹的产生可分为三个阶段2:一是初生坯壳生成不均匀,在应力作用下坯壳薄弱处产生裂纹;二是进入二冷段后由于冷却不均匀导致微细裂纹扩展;三是矫直温度处于脆性区,铸坯内弧在张力作用下产生裂纹。尽管表面横向裂纹的早期形成阶段可能位于结晶器内,但这些缺陷变大、变多则是在铸坯出结晶器之后的二冷区和矫直区。铸坯在运行过程中受到弯曲和矫直以及鼓肚等应力作用,如果此时连铸机设备精度不高,易导致裂纹产生。铸坯在冷却过程中发生奥氏体到铁素体相变,第二相质点在奥氏体晶界析出,增加了晶界脆性3。特别是在矫直时,如果铸坯表面温度刚好处于裂纹敏感区,容易在振痕波谷处产生裂纹。图 1 为重型异形坯铸
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