板坯Q355B表面纵裂控制工艺实践

板坯 Q355B表面纵裂控制工艺实践

陈贵和

福建三宝钢铁有限公司，福建漳州 363000

摘 要：Q355B是典型的包晶钢钢种，由于包晶反应不完全等因素，增加了钢的裂纹敏感性，导致铸坯表面纵裂的出现，纵裂问题是多方面的综合原因导致的，经过一段时间的工艺摸索，通过调整转炉冶炼工艺、结晶器锥度、结晶器冷却水、二次冷却水等多方面进行改进优化，最终消除纵裂问题。

关键词：包晶钢；Q355B；纵裂；结晶器锥度

Process practice of controlling longitudinal surface crack of slab Q355B

CHEN Gui-he

（Fujian Sanbao iron and Steel Co., Ltd，Fujian Zhangzhou 363000）

Abstract：Q355B is a typical peritectic steel. Due to incomplete peritectic reaction and other factors, the crack sensitivity of the steel is increased, resulting in the occurrence of longitudinal crack on the slab surface. The longitudinal crack problem is caused by various comprehensive reasons. After a period of process exploration, by adjusting the rotating furnace smelting process, mold taper, mold cooling water Improve and optimize the secondary cooling water and other aspects, and finally eliminate the longitudinal crack problem.

Key words: peritectic steel; Q355B；Longitudinal fissure; Mould taper

1 前言

福建三宝钢铁有限公司板坯连铸于2019年6月投产，主要生产Q195、Q235B、Q355B等热轧卷板钢种。在生产之初，由于成分设计不合理、结晶器锥度过大、冷却强度不匹配等因素，导致板坯表面出现严重纵裂，尤其是Q235B、Q355B等包晶钢，裂纹发生率远高于Q195，通过数据跟踪分析，在Q235B、Q355B生产前3个月，裂纹发生率均超过10%，其中以Q355B最为严重，纵裂深度最深达到10mm，此类铸坯无法轧制只能回炉处理，给企业生产成本带来巨大的压力，不仅影响铸坯质量，也制约企业的经济效益的提升。

2 连铸机基本参数

表1 连铸机基本参数

3 纵裂原因分析

包晶钢板坯表面纵裂纹起源于弯月面区坯壳生长厚度的不均匀性^【1-3】，在坯壳薄弱点萌生裂纹，产生裂纹主要有以下两个方面的原因：

3.1 钢的裂纹敏感性

在包晶反应时，新固相依附在旧固相上形核并逐渐长大，随着新固相的形成和长大两个作用相的接触即被隔离。在这种情况下为使包晶反应继续进行，必须有大量的原子离开旧固相向液相做长距离扩散，同时有大量的原子离开液相穿过新固相长距离扩散，然后才能使新故相向两旁逐渐长大，由于在固相物质中的扩散过程比较困难，包晶转变的进行速度极为缓慢，因而在实际的合金结晶过程中，包晶反应经常不能进行完全，在终晶终了时将获得含有δ相的非平衡组织，增加钢的裂纹敏感性。

3.2 应力作用

结晶器形成的初生凝固坯壳受到以下应力作用：

1. 结晶器同一水平位置凝固壳厚度不均匀，导致不均匀收缩而产生的收缩应力；

2. 坯壳收缩由钢水静压力产生的鼓胀应力；

3. 板坯宽面收缩受窄面约束产生的弯曲应力；

包晶反应δ+L→γ转变收缩量大（0.38%），导致产生就局部气隙，局部“热点”处于裂纹敏感区。

图1 铸坯表面纵裂情况

4 纵裂控制措施

4.1 转炉成分优化

4.1.1钢中碳

当钢中含碳量为0.10%-0.14%，钢的裂纹敏感性最大，发生包晶反应时，产生表面纵裂纹频率最高，在成分设计时，将冶炼成分控制在0.15-0.18%，避开裂纹敏感区域，同时提高碳含量控制精度，减少前后连浇炉次成分波动。

4.1.2钢中硫

硫在钢中是易偏析元素，由于硫在钢中的宏观偏析，降低了钢的零塑性温度及比表面能，析出物与机体的结合力因硫的偏析而下降，促进了晶界滑移，晶界的应力集中使得硫与晶界间形成孔隙，导致更大的应力集中，扩展成为晶界裂纹，最终导致裂纹的形成。随着钢中硫含量的升高，发生纵裂纹的概率增加。因此，在生产过程中，尽可能控制钢水硫＜0.020%，以降低纵裂纹的出现。当钢中的锰硫比较高时，有利于提高硫化锰在晶界和机体上呈粒状分布，从而提高钢的高温性能。在生产过程中，控制锰硫比＞20以降低铸坯纵裂指数。

4.2 钢水的可浇性

铸坯纵裂与连铸拉速波动息息相关，尤其是浇铸过程中出现的絮流问题，也是导致铸坯出现表面质量缺陷的主要因素之一。浇铸出现絮流情况时，结晶器内液面无法维持稳定，拉速、二冷配水也会随之波动，冷却不均的问题随之出现，加剧铸坯表面缺陷发生。根据生产统计，拉速波动时裂纹发生率达到40%以上，因此，保持浇铸过程恒拉速、较少波动出现也是控制纵裂的重点预防措施之一。而连铸絮流的产生归根结底还是转炉钢水可浇性的问题，通过提高钢水纯净度、改变细小夹杂物形态，从而达到有效控制钢水絮流的目的。

因采用转炉直上工艺，氩站处理工艺尤为关键。通过加入顶渣改制剂造白渣，配合底吹氩气调整，促进夹杂物上浮，并通过钙处理工艺，改变夹杂物形态，控制钢中Ca/Als比在0.10-0.15，提高钢水流动性，使钢水絮流得到有效控制，根据生产数据统计，目前钢水絮流发生率控制在3%以内。

4.3 结晶器锥度

结晶器保持合理的锥度对铸坯的温度分布至关重要，锥度过大或过小，都不利于铸坯表面温度的均匀分布^【4-5】，锥度过大在拉速波动时容易导致铸坯出现重接现象，锥度过小则容易造成拉坯卡阻，影响铜板使用寿命，甚至造成停浇。在生产前期，由于经验不足，设定锥度为3.8-4.0%（180mm*760mm规格），浇铸过程中铸坯宽面出现严重纵裂，当拉速在短时间内波动超过0.2m/min时，铸坯也出现明显的重接痕迹。根据铸坯实际情况，将锥度调整至3.2-3.4%，铸坯裂纹深度由最深10mm降低至2mm，铸坯纵裂得到有效控制。

4.3 结晶器冷却强度控制

结晶器内的冷却传热极为复杂，为保证铸坯在出结晶器下口时有足够的坯壳厚度，结晶器应适当增大冷却强度。但若水量太大，会使坯壳与结晶器热面气隙过早形成，降低传热效果，反而会使坯壳变薄，形成裂纹。因此，针对包晶钢的特性，结晶器内冷却应采用弱冷，在保证安全的前提下将原来的结晶器宽面冷却水由130m3/h降至108-110m3/h，窄面冷却水控制19-21m3/h，控制宽面与窄面热流密度比约为0.9，水温差8-9℃，此时铸坯纵裂指数最低。经过调整，铸坯表面细长纵裂纹明显减少。

4.4 拉速控制

拉速频繁波动是造成铸坯表面纵裂的主要原因之一，拉速波动会影响结晶器内钢水传热的均匀性，导致初生坯壳生产不均匀，出结晶器后受横向张应力左右导致表面纵裂的产生。因此，在生产过程中必须执行恒拉速工艺，同时提高设备控制精度，确保拉速正常波动不超过0.02m/min，且当拉速波动不超过0.05m/min时，二冷水能维持稳定，避免因正常范围波动造成冷却水量自动调整而影响二冷室铸坯冷却的均匀性

^【6-9】。

4.5 过热度控制

过热度也是影响铸坯纵裂的因素之一。过热度太高或太低，都不利于铸坯坯壳的正常生长。当过热度太低时，供给热量不足，保护渣熔化不好，影响液态保护渣的正常流入，使得渣膜导热不均匀，加剧初生坯壳生长不均匀程度，导致在坯壳薄弱处发生表面纵裂，严重时导致低温结流断浇。当过热度太大时，初生坯壳太薄，整体温度向脆性区移动，纵裂倾向加重，严重时会造成坯壳撕裂而产生漏钢。因此，正常连浇炉次控制钢水过热度20-30℃为宜。

5 实践结果

通过转炉成分控制，优化钢种成分设计、降低钢中S 含量、提高钢水纯净度、改变钢种夹杂物形态、优化连铸结晶器锥度和冷却工艺、提高拉速、过热度控制精度，在纵裂控制上取得明显效果，铸坯表面纵裂发生率由原来的11.78%降低至0.04%，基本解决表面纵裂问题。

图2 铸坯表面纵裂发生率统计

6 结论

1. Q355B钢种成分设计应避开包晶钢裂纹敏感区，碳控制在0.15-0.18%为宜，尽可能降低钢中硫含量，条件允许情况下越低越好；

2. 结晶器锥度、结晶器冷却强度及二冷水在纵裂纹控制过程中起核心作用，针对180*760断面板坯，结晶器锥度控制3.2-3.4为宜，结晶器内冷却应采取弱冷方式，控制宽面与窄面热流密度比在0.9左右，此时铸坯纵裂指数最低。

3. 拉速和过热度也是影响纵裂产生的因素之一，生产过程中控制恒拉速生产，精确控制过热度20-30℃，有效降低铸坯纵裂的产生。

参考文献：

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