文档介绍：首秦公司特厚板坯表面横裂纹的形成机制
甄新刚1,朱志远1,杨建平1,王玉龙1,刘洋2,赵新宇2
(,河北秦皇岛 066000;,北京 100043)
摘要:分析了板坯厚度、钢液碳含量、铌含量、拉速、动态配水模型和3D喷淋技术对400mm特厚板坯表面横裂纹的影响。研究表明,由于动态二次冷却模型存在缺陷,使得特厚板坯在低拉速浇铸时,受二冷区最小水量的限制,在矫直力和热应力的综合作用下,坯壳承受的总应变超过了其临界应变值,在距离铸坯角部150~500mm的振痕波谷处,最终形成沿晶界开裂的表面横裂纹。
关键词:特厚板坯;表面横裂纹;矫直应变;动态配水模型;3D喷淋技术
秦皇岛首秦金属材料有限公司(以下简称首秦公司)3号铸机引进西门子奥钢联最新的板坯连铸设备及冶金工艺技术,该铸机采用直弧形机型,连续弯曲、连续矫直,基本弧半径11m,冶金长度45m,产品规格为:(250、300、350、400)mm×(1600~2400)mm,设计年产量110万t。
首秦公司3号铸机自2010年6月29日投产以来,钢坯产量呈逐步上升的趋势。2011年8月至2012年7月,400mm特厚板坯产量大约为30万t,%,已基本实现了特厚板坯的稳产顺行。特厚板坯在保产保量的同时,也暴露出一定的质量缺陷,主要表现为表面质量波动比较大,表面横裂纹发生率仍有些偏高,尤其是拉速较低时,裂纹发生率将大幅度增加。本文针对特厚板坯低拉速浇铸时表面横裂纹的形成机制进行了较系统的研究,并以扒皮率来判断表面横裂纹的发生状况。
1 影响表面横裂纹的工艺因素分析
板坯厚度
通过整理钢坯清检记录,发现板坯厚度对表面横裂纹的影响非常显著,随着板坯厚度的增加,扒皮率有明显增加的趋势,400mm特厚板坯的扒皮率最高,%。其原因在于:对于相同的钢种,板坯的厚度越大,坯壳承受的矫直应变越大[1]。对于多点矫直的铸机,凝固前沿矫直应变计算公式为:,其中ε为矫直应变,%;d为板坯厚度,mm;S为坯壳厚度,mm;Rn-1、Rn为矫直半径,mm。通过计算可知,,如图1所示。因此,对于相同的钢种,400mm特厚板坯更容易出现表面横裂纹。
碳含量
整理2011年1—8月特厚板坯的清检记录,随机抽取45块样坯、,可以得到不同钢种的扒皮率。其中,高碳钢的扒皮率为0,%~%范围内的板坯扒皮率较高,%。分析其原因,由铁碳相图可知,%~%的中碳钢在凝固过程中,结晶器内弯月面处的初生坯壳将发生L+δ→γ包晶反应,并产生较大的体积收缩和线收缩,造成枝晶间相邻的晶界产生开裂,最终形成长度1mm左右的微裂纹[2]。由于振痕波谷处坯壳最薄,应力集中,因此振痕波谷是产生裂纹源最敏感的部位。
铌含量
整理2011年1—8月特厚板坯中碳钢的清检记录,随机抽取20块样坯、%~%、,可得到扒皮率与钢中铌含量的对应关系。其中,%,%。随着铌含量的提高,扒皮