摘 要：根据湘钢20管钢低倍缺陷的特征,分析了边部裂纹、角部裂纹、非金属夹杂和皮下气泡的成因,进而提出相应的措施,以提高20管钢的低倍合格率。 关键词：20管钢；缺陷；控制 随着湘潭钢铁公司(以下简称湘钢)产品结构的调整,20管钢的生产已成为湘钢新的效益增长点,产量由以前的不足1万t增加到现在的5万t以上,尽管如此,产品质量还存在一定的缺陷,铸坯低倍合格率偏低,针对存在的铸坯缺陷,采取相应的攻关措施,低倍合格率有了稳定提高,产品实物质量得到了用户的认可。 1 20管钢生产工艺路线及连铸生产基本条件 1.1 生产工艺路线 转炉→CAS→连铸 1.2 连铸生产基本条件 结晶器类型: 管式弧形结晶器 弧形半径: 9 000mm 铜管长度: 700mm 铜管厚度: 18mm 水缝: 5mm 断面尺寸: 240mm×240mm 振幅: ±10mm 振频: 20～200次/min 浇注温度: 1 520～1 550℃ 二冷参数: 足辊喷水、气雾弱冷 2 20管钢低倍缺陷成因分析与防范措施 2002年12月,我厂对克虏伯铸机进行了一次较大的改造,铸机冷却系统和精度得到较大的改善,但由于对铸机认识不够及其它的一些原因,铸坯质量未能达到预期的要求,低倍合格率偏低,主要缺陷为边部裂纹、角部裂纹、非金属夹杂和皮下气泡。具体情况见表1、表2。针对缺陷产生的原因采取攻关措施,低倍合格率有了较大提高。 表1 2003年20管钢低倍合格率情况%
| 1月 | 2月 | 3月 | 4月 | 5月 | 6月 | 7月 | 8月 | 9月 | 10月 | 11月 | 12月 |
| 39.2 | 74.7 | 75.3 | 78.1 | 76.0 | 31.9 | 55.0 | 59.9 | 67.3 | 86.8 | 86.3 | 95.4 |
表2 2003年各低倍缺陷所占比例% | 角部裂纹 | 边部裂纹 | 非金属夹杂 | 皮下气泡 |
| 10.8 | 24.6 | 13.6 | 4.4 |
2.1 铸坯角部裂纹 角部裂纹源于结晶器内冷却,当坯壳不均匀或抗张应力集中在某一薄弱部位时易产生裂纹。结晶器倒锥度不合适或铜管磨损变形,会导致坯壳不均匀,裂纹产生于坯壳薄弱部位。结晶器铜管使用寿命达到6 000t后,铜管因磨损而变形严重,发生裂纹的几率明显增加。 加强铜管进厂时的质量验收,保证结晶器安装时的水缝均匀,建立结晶器检修台帐,及时更换通钢量超标或变形铜管,可有效控制角部裂纹的产生,具体情况见表3。 表3 采取措施前后不同铜管通钢量角部裂纹所占比例 | 通钢量/t | 角部裂纹/% |
| 改进前 改进后 |
| 0～3 000 3 000～6 000 >6 000 | 8.5 9.4 12.0 | 3.0 3.3 4.8 |
2.2 铸坯边部裂纹 边部裂纹产生的主要原因是热应力及机械挤压。强冷会造成铸坯表面温降过快。随着温度梯度增大而热应力增加,并在坯壳薄处集中,超过极限时易发生裂纹或使原有微裂纹扩展成明显裂纹。另外,设备水喷到铸坯上造成铸坯局部冷却会导致边部裂纹的产生。 我厂生产20管钢的铸机为克虏伯4机4流全弧形铸机。弧形部分由上到下分别为结晶器、足辊、扇形Ⅰ段、扇形Ⅱ段、空冷段及拉矫机。结晶器与足辊连在一起,扇形Ⅰ段由5组密排辊组成。如果整个弧形精度不够,对弧情况不理想,在拉坯过程中铸坯会受到不同方向的挤压而产生挤压裂纹,严重时会产生铸坯凹陷。 钢水成分对结晶过程的影响。在碳素钢中20管钢的连铸工艺较难掌握,原因是20管钢碳的质量分数范围在0.17%～0.23%,当碳质量分数为0.17%～0.19%时具有强烈的裂纹敏感性。钢液在凝固过程中发生包晶反应引起的相变会导致裂纹的产生。当碳质量分数超过0.19%时裂纹敏感性急剧下降。故生产20管钢时尽量控制钢水碳质量分数在0.19%～0.22%。 二冷室采用弱冷和分段控冷,降低初始二冷强度并杜绝设备水喷到铸坯上。加强铸机精度检查,确保对弧效果,并推进设备的整体更换及离线检修可有效控制边部裂纹的产生。具体情况见表4。 表4 改进前后不同碳含量边部裂纹对比 % | ω(C)=0.17%～0.23% | w(C)=0.19%～0.23% |
| 改进前 | 改进后 | 改进前 | 改进后 |
| 38.2 | 7.3 | 19.5 | 3.7 |
2.3 非金属夹杂 通过对铸坯取低倍样分析,夹杂物主要有内生夹杂物(100μm以上)和外来夹杂物。内生夹杂物来源于炼钢过程,脱氧产物未能得到充分上浮而残留在钢水中。为减少钢水中的内生夹杂物,要求严格控制生产节奏,保证钢水吹氩时间,确保夹杂物充分上浮。具体情况见表5。另外,浇注过程中的二次氧化也是夹杂物产生的主要来源,全过程保护浇注,严禁中间包和结晶器内钢水液面裸露,可有效防止钢水的二次氧化。外来夹杂物主要来源中间包卷渣和结晶器卷渣。控制中间包液面高度大于550mm,浸入式水口伸入结晶器钢水内长度大于80mm,以及使用耐侵蚀能力较强的浸入式水口,可有效避免卷渣。 表5 不同吹氩时间对铸坯低倍夹杂物的影响 | 吹氩时间/min | 夹杂物所占比例/% |
| 10～15 6～10 0 | 2.1 4.8 19.5 |
2.4 皮下气泡 在钢水凝固过程中,钢中碳氧反应生成的CO以及H2、N2等气体的分压大于钢水静压力与大气压之和时就会产生气泡。若这些气泡被树枝晶捕集或被凝固的表面层所阻而不能从钢中逸出,就会形成皮下气泡,产生皮下气泡的主要原因是脱氧不良,保护渣以及中间包潮湿等。提高终点命中率,采取出站定[O],使用干燥的原辅材料及中间包可有效控制皮下气泡的产生。具体情况见表6。 表6 出精炼站定氧对铸坯低倍皮下气泡的影响 | 出站w(O)/10-6 | 皮下气泡所占比例/% |
| ≥60 30～60 <30 | 12.3 3.2 0 |
3 效果 经过采取相应的措施,取得了显著的效果,20管钢低倍合格率提高到86%以上,2004年20管钢铸坯角部裂纹比例降至4.2%,边部裂纹比例降至4.6%,非金属夹杂比例降至1.9%,皮下气泡比例降至0.02%。具体情况见表7。 表7 2003年、2004年20管钢各低倍缺陷所占比例% | 时间 | 角部 裂纹 | 边部 裂纹 | 非金属 夹杂 | 皮下 气泡 | 平均低倍 合格率 |
| 2003年 2004年 | 10.80 4.20 | 24.60 4.60 | 13.60 1.90 | 4.40 0.02 | 68.80 90.98※ |
4 结语 边部裂纹、角部裂纹、非金属夹杂和皮下气泡等是20管钢铸坯常见的缺陷,影响因素较多,只有从工艺、设备和操作等方面严格控制,才能逐步减少低倍缺陷发生的几率。 (1)通过分析,影响20管钢低倍合格率的主要缺陷为角部裂纹、边部裂纹和非金属夹杂。 (2)通过提高设备精度和规范操作工艺,铸坯缺陷可以得到有效控制。 (3)通过攻关低倍合格率得到显著提高。 [参考文献] [1]黄希祜.金属学[M].重庆:重庆大学出版社,1991.
