低合金热装轧制钢板表面裂纹控制实践

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李久阳 喻志辉

九江萍钢钢铁有限公司 332500

摘要

分析了低合金钢连铸坯热装轧制时钢板表面晶界裂纹缺陷产生的原因，确定了缺陷未轧制工艺之前产生。产生原因是热送的高温铸坯表面在加热炉内产生了混晶组织，降低了晶界塑性，裂纹初步产生于加热过程，并在后续的轧制过程中扩展，根据入炉前铸坯表面温度及相应的冷却制度，进行了工业试验。试验结果表明，入炉前铸坯表面温度小于450℃或大于750℃时不产生晶界裂纹。采取坯料下线冷却工艺，同时坯料进行分散堆垛加速冷却后，低合金钢厚铸坯轧后出现晶界裂纹的概率大大降低。 近期，九江钢铁在热装轧制低合金钢连铸坯时，发现钢板表面产生晶界裂纹缺陷。本文针对该问题进行深入分析，得到该缺陷的产生原因为热送的高温铸坯表面在加热炉内产生了混晶组织，降低了晶界塑性。同时，确定了裂纹缺陷初步产生于加热过程，并在后续的轧制过程中扩展。九江钢铁根据入炉前铸坯表面温度及相应的冷却制度，进行了工业试验。试验结果表明，入炉前铸坯表面温度小于450℃或大于750℃时不产生晶界裂纹，故采取坯料下线冷却工艺，同时对坯料进行分散堆垛加速冷却后，低合金钢厚铸坯轧后出现晶界裂纹的概率大大降低。


关键词

低合金钢；连铸坯；晶界裂纹

正文


前言

 

连铸坯热送热装技术不仅节约了铸坯上下线的成本，同时有效利用铸坯自身热源，节约加热炉煤气消耗，使生产节奏紧凑，降低生产成本。但是，目前低合金钢无法实现大量的热送热装，一个重要原因是低合金钢热装轧制钢板的表面易出现裂纹。

很多学者对热装轧制钢板的表面裂纹形成机理进行过研究，但结论各不相同。本文结合公司中厚板的生产实践，对非含铝低合金钢热装轧制钢板的表面裂纹问题进行深入分析，并提出了解决这种表面缺陷的方法。

一、晶界裂纹产生的机理

九江钢铁目前拥有一台年产量170万吨的单流弧形连铸机，铸机配备二冷区电磁搅拌、动态轻压下、二冷区动态配水等系统，铸坯常规断面厚度为170mm和250mm，宽度为1900mm和2100mm。九钢板坯连铸机设备参数见表1。

表1 九钢板坯连铸机设备参数

项目

设备参数

机型

直结晶器连续弯曲连续矫直弧形板坯连铸机

连铸机台数×流数

1×1

连铸机基本弧半径

10 m

结晶器长度

900 mm

浇铸厚度

170、250 mm

宽度

1900、2100mm

铸机支撑长度

～31.7 m

冶金冷却方式

全水+气水雾化冷却，二冷喷淋边部控制

振动方式

液压振动

生产品种

低合金结构钢、船板钢等

 

近期生产的低合金结构钢在检验过程中，发现大量的晶界裂纹缺陷，严重影响了该品种的成材率。钢板表面晶界裂纹见图1，主要为细小裂纹，分布在整个板面。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图1 钢板表面晶界裂纹

低合金钢种，特别是含Nb、V、TI、Al 如Q355B、Q345qC等钢种，在凝固过程中当温度降低到Ar3时，奥氏体晶粒的晶界上开始析出AlN、NbN等氮化物，最先析出片膜状的铁素体。当铸坯装炉温度高于Ar1时，铸坯的这种宏观组织结构基本不会发生变化，在加热过程中会遗留下来，所以加热后大量的氮化物残留在晶界上，虽然这些氮化物的存在会起到抑制晶粒长大的作用，但也使坯材的高温塑性严重降低，导致轧后钢板表面出现晶界裂纹。凝固组织转变过程见图2。

 

图2 凝固组织转变过程

二、现状描述

2022年6月份板材产生气泡板非正品共330.02吨，从2022年6月13日开始出现较大面积的气泡板，生产日期2022年6月7日-2022年6月20日，气泡非正品共12个炉号，37块钢板，具体炉号及成分如下：

表2 气泡缺陷钢板炉号及成分表

  炉号

钢种

成品化学成分（%）

C

Si

Mn

P

S

Als

22406571

Q355C5

0.19

0.24

1.21

0.022

0.004

0.0005

22406829

Q355B4

0.2

0.25

1.22

0.022

0.007

0.0021

22406830

Q355B5

0.21

0.26

1.26

0.014

0.008

0.0007

22406831

Q355B5

0.18

0.25

1.24

0.031

0.008

0.0019

22406806

Q355C5

0.19

0.22

1.2

0.025

0.005

0.0009

22306799

Q355C4

0.19

0.26

1.27

0.026

0.006

0.0022

22406964

Q355C5

0.17

0.25

1.19

0.014

0.003

0.0002

22407013

Q355C5

0.17

0.25

1.21

0.03

0.003

0.0051

22406807

Q355C5

0.2

0.21

1.19

0.02

0.006

0.0004

22407112

Q355C5

0.19

0.31

1.21

0.022

0.011

0.0001

22407109

Q355C4

0.19

0.33

1.23

0.029

0.004

0.0029

22407111

Q355C5

0.19

0.27

1.19

0.03

0.006

0.0013

抽取3块不同炉次的气泡缺陷钢板进行光谱成分检测分析，3个样品酸溶铝含量分别为0.0020%、0.0012%、0.0028%，成品钢板酸溶铝含量均较低，与坯料熔炼化学成分相符，说明出现气泡钢板为非含铝钢，故不能以含铝钢热送热装裂纹产生机理来进行分析。

对现场设备进行排查，查4号转炉出现一次烟罩漏水，4号转炉烟罩漏水于2022年6月19日已完成整改，而气泡缺陷在3号转炉冶炼坯料所轧制的钢板上同样有出现，且4号炉烟罩漏水处理后冶炼坯料轧制的钢板仍出现气泡缺陷，说明裂纹缺陷与设备故障无关。

气泡非正品钢板所用坯料生产日期为2022年6月7日-2022年6月20日之间，均使用正常钢包，终点磷无异常偏高炉次。查精炼数据表，渣料控制符合要求，从连铸生产数据来看，拉速稳定，无异常情况。以上12炉板坯均为不控铝钢种，按工艺制度要求坯料进行热送装，自2022年6月3日起生产40mm及以上厚度Q355B低合金取消控铝坯料可直接热送，2022年6月7日开始出现大量气泡，而从前期经过了缓冷8小时的坯料生产情况来看，未出现该类型气泡，取消控铝并进行热送后，该类型缺陷大面积产生。

三、金相电镜检测

挑选气泡缺陷较为明显的22407109炉次钢板进行金相电镜研究分析，该成分数据见表3。

表3 气泡缺陷钢板钢板成分数据

炉号

钢种

C/%

Si/%

Mn/%

P/%

S/%

Als/%

Al/%

22407109

Q355C4

0.19

0.33

1.23

0.029

0.004

0.0029

0.0053

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

裂纹×200                             裂纹未腐蚀×200

图3 金相分析

四、原因分析

钢板表面存在表面星状裂纹（疑似气泡），从观察面来看，共发现两处裂纹，裂纹根部未发现夹杂物延伸，腐蚀之后也未发现脱碳和氧化质点，说明以上气泡缺陷不是来自铸坯本身。通过金相观察发现样品表层有混晶现象，说明该裂纹为热送裂纹。以上炉次均为不控铝，因此可以排除氮化铝析出造成的热送裂纹。从存在气泡缺陷钢板对应炉次熔炼成分来看，主要集中在锰含量≥1.20%的40mm及以上厚度钢板。锰元素会扩大奥氏体区，容易使高温热送铸坯表面处于两相区范围，在加热炉内产生混晶组织，降低铸坯的高温塑性，裂纹初步产生于加热过程，并在后续的轧制过程中钢板表面产生裂纹并扩展。

五、晶界裂纹的控制措施

通过试验表明，铸坯在冷却5h后轧制时，钢板表面出现晶界裂纹程度的几率最高，其次是直装，此后随着冷却时间的延长，晶界裂纹出现的几率明显降低，在铸坯冷却24h后轧制时，晶界裂纹不再出现。现场测量数据显示，在冷却5h后铸坯表面温度大部分为600～750℃，即在Ar1～Ar3之间，所以出现晶界裂纹的几率最高，此后冷却时间越长，温度低于600℃的比例越高，出现晶界裂纹的比例越低。

为了更直观的判定晶界裂纹的出现与铸坯入炉前温度的对应关系，对试验批次铸坯装炉前的表面温度进行测定，结果显示入炉前铸坯表面温度小于450℃或大于750℃时不产生晶界裂纹。

通过采取坯料下线冷却工艺后，同时确保每个垛位放置坯料块数≤3块，铸坯放置10h时后，表面温度可以降低到≤500℃，按以上温度进行坯料装炉，低合金钢厚铸坯轧后的晶界裂纹缺陷基本消失，出现裂纹概率大大降低，可以满足生产需要。

六、结论

可知，锰含量较高（≥1.20%）的低合金钢连铸坯热送过程中入炉前铸坯表面温度在Ar3～Ar1区间时，轧后板坯容易发生晶界裂纹。故将连铸坯下线后表面温度冷却到Ar1以下时轧制可以避免产生晶界裂纹。在实际生产中，每个垛位放置坯料块数≤3块，铸坯放置10h时后，表面温度可以降低到≤500℃。按以上温度进行坯料装炉，低合金钢厚铸坯轧后的晶界裂纹缺陷基本消失，出现裂纹概率大大降低，可以满足生产需要。

 

作者简介：李久阳 1992/12/13 男 江西省九江市湖口县 汉 本科 助理工程师 研究方向:板坯连铸

 

 

 

 

 


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