陆艳林， 余海兵， 马汉玉

（江苏永钢集团有限公司， 江苏 张家港 215628）

江苏永钢集团有限公司（以下简称永钢）在高线厂轧制10 mm规格的30MnSi时，出现批量的表面翘皮现象，经金相检测发现，裂纹与盘条表面呈一定角度，裂纹底部较尖锐，裂纹内有氧化铁皮，边部存在明显脱碳现象，分析认为该裂纹是在连铸过程产生，经加热炉加热，在氧化环境下裂纹两侧出现脱碳现象。可见，要解决30MnSi表面翘皮问题，必须分析连铸过程产生裂纹的原因。

1 检测分析

1.1 连铸坯表面酸洗检测

选取6个炉号，每炉取4块试样，试样长度为10～15 cm，使用工业盐酸与水1∶1混合，酸液温度控制在60～80℃，酸浸时间为30～40 min。24块试样中有6块发现了角部横裂纹，均发生在内弧面，裂纹处于振痕的根部，四个流均有分布。

1.2 角部横裂纹金相分析

选取最严重的一处裂纹试样对裂纹的剖面进行金相分析，如图1所示。

从图1可以看出，裂纹沿晶界延伸，总体深度约为4.8 mm；距铸坯表面2.6 mm范围内存在明显脱碳层，距裂纹末端2.2 mm范围内脱碳不明显，二者的分界线较明显。金相特征说明裂纹的形成分为两个阶段：脱碳明显的裂纹形成于早期，温度高、高温时间长，造成脱碳严重；脱碳不明显的裂纹形成于晚期，由于温度低、形成时间短，脱碳不明显。

结合连铸坯的温度分布特征和受力情况可以推断，裂纹在矫直前(应该是在结晶器内)已经产生，在矫直过程由于内弧受到较大拉应力作用，使裂纹进一步扩展。

图1 连铸坯角部裂纹

1.3 矫直前及铸坯外弧角部检测

在中间包浇铸末期，对未经矫直的尾坯进行了取样分析，同时对正常浇铸炉次的外弧铸坯角部进行了取样分析。

在铸坯角部取纵剖样用显微镜进行观察，发现部分振痕形状呈“钩形”，且振痕根部存在微小的裂纹，裂纹深度为0.3 mm左右。在矫直过程中，内弧受到拉应力作用，外弧受到压应力作用。因此，未过矫直的铸坯角部和铸坯外弧角部的裂纹均是矫直前产生（见下页图2）。液面波动、偏振以及振动参数不合理，使角部振痕较深且呈钩形，容易产生应力集中，在摩擦力或结晶器偏摆造成的弯折作用下，在振痕根部形成微细裂纹。此种裂纹虽然深度浅，但若发生在内弧，在矫直的拉应力作用下极易扩展成较大裂纹。

图2 未矫直铸坯及铸坯外弧的角部振痕根部的微裂纹

2 表面裂纹产生原因分析

裂纹产生的主要原因是钢的高温力学性能（塑形、强度）超过了坯壳与凝固界面的承受能力，将连铸坯表面薄弱处撕裂，影响裂纹的因素很多，如化学成分、拉速、过热度、液面波动、保护渣性能，连铸装配情况等。

2.1 钢水成分

此次冶炼的30MnSi中w（C）为0.30左右，裂纹敏感性不强，w（S）＜0.01%，w（P）＜0.02%，w（Als）＜0.01%，φ（O）都在 30×10-6以下，φ（N）都在 50×10-6以下，化学成分控制较好。

2.2 钢水过热度

钢水过热度控制情况如表1所示。

表1 过热度控制情况 ℃

从表1可以看出，开机第一炉、第二炉过热度明显高于工艺要求，正常炉次基本能满足工艺要求。理论上讲过热度高，连铸坯在出结晶器时坯壳薄、强度低，容易导致角部裂纹的形成及扩展，但开机前2炉温度高，反而有利于化渣，再加上开机时温降大，对铸坯的横向裂纹基本没有不利影响。

2.3 拉速

拉速过快，坯壳较薄，无法承受热应力、钢水静压力等作用形成裂纹。若拉速过低，过早形成较厚的坯壳，凝固收缩形成气隙，反而不利于热传递，导致坯壳生长不均匀，容易在坯壳薄弱处形成裂纹。此次生产拉速控制在1.8～2.2 m/min（正常拉速控制在1.8～2.5m/min），开机第一炉、第二炉拉速为 2.0m/min，2.1 m/min，拉速控制整体偏下限。

2.4 二次冷却及矫直温度

喷嘴堵塞、喷淋管漏水、连铸坯对中均会导致冷却不均匀，产生的内应力使结晶器内产生的微裂纹进一步扩展。若冷却过强，铸坯表面温度过低，在700～900℃的脆性温度区间经矫直机矫直，容易产生角部脆性裂纹。此次生产二次冷却比水量为0.8～1.0 L/kg，连铸坯矫直前的温度达到1 000℃以上，能够满足矫直对铸坯温度要求。

2.5 结晶器装配

通过观察下线结晶器的铜管及足辊工装，发现铜管下口的磨损程度在4个角上不均匀，说明拉坯过程中铸坯对中情况不太好，铸坯偏向结晶器的某一方向，会使得该方向接触面上的摩擦阻力增加，保护渣流入也会不均匀。

另外，4个结晶器共计16个足辊均不能转动，部分足辊因与铸坯发生摩擦而出现平台，表明铸坯与足辊之间已长期出现刮擦。足辊对刚出结晶器的铸坯提供支撑作用，可有效防止脱方、鼓肚、纵裂、漏钢等。足辊不能转动，原来的滚动摩擦变为滑动摩擦，大大增加了摩擦阻力，从而促使裂纹的产生。

2.6 结晶器振动参数及偏振

结晶器为正弦振动，拉速为2.0 m/min时，振幅为±4 mm，频率为227次/min。经核算，负滑动时间为0.102 9 s，负滑动率为-85.98%。虽然负滑动时间不大，但负滑脱率偏大，容易导致深振痕进而因应力集中导致横裂纹。根据经验判断，振动频率偏高，不利于机构的稳定性，还会降低保护渣消耗，影响润滑，因此，应尽量将频率控制在200次/min以下；振幅也可以适当减小。

另外，在1月28日利用振动检测仪对5号连铸机结晶器的振动偏摆量进行了检测。结果发现结晶器内外弧方向上的偏摆量偏大，约为0.5 mm，而一般要求偏摆量应控制在0.2 mm以内；振动偏摆会增加拉坯阻力，形成不规则的深振痕，并使结晶器对铸坯产生弯折作用，容易促使横向裂纹的产生。

2.7 结晶器液面波动

通过调查液面波动曲线发现，四个流的结晶器液面在一些时间段内均出现较大波动。液面波动过大会形成“钩状”振痕，如下页图3所示。振痕的根部较尖锐且容易夹渣，在铸坯受到摩擦力或者矫直应力时，容易因应力集中而成为裂纹源，在振痕根部产生裂纹。

图3 液面突然上升引起的“钩状”振痕示意图

2.8 保护渣

保护渣在结晶器内对凝固坯壳起润滑作用，保护渣性能影响拉坯过程中的摩擦阻力，但由于保护渣一直没有更换，而角裂只是近期才出现，故暂未考虑保护渣因素。

3 分析与讨论

此次连铸坯的角裂发生在裂纹敏感性不强、且矫直温度较高的30MnSi连铸坯上，综合考虑工艺及设备因素，认为裂纹产生的主要原因如下：由于液面波动过大、偏振、振动参数不合理等因素造成连铸坯角部振痕较深且出现了“钩状”振痕，“钩状”振痕的根部容易夹渣，且在拉坯过程中的摩擦力作用下(对中不良、结晶器偏摆、足辊不转动使摩擦力增加)容易产生应力集中形成微细裂纹；铸坯内弧的深振痕、钩状振痕、振痕根部的微细裂纹在矫直过程中都会产生应力集中，进而成为裂纹源，产生裂纹或使裂纹进一步扩展。

4 改进措施

对于弧形连铸机，矫直不可避免。因此，基于以上原因，为了减轻或避免角部裂纹的产生，从根本上说就是要控制振痕形状、深度，并减小拉坯过程中的摩擦力以及对中不良、结晶器偏摆带来的附加应力。建议采取以下措施：

1）调整结晶器振动机构，使结晶器振动偏摆量控制在0.2 mm以内。

2）稳定液面，将液面波动控制在±3 mm范围内，防止产生“钩形”振痕；为达到这一效果，可以做两方面工作：一是保证钢水质量，防止因钢水绪流引起拉速波动；二是调整液位自动控制系统，保证液位控制精度。

3）调整振动参数，减小振痕深度。

4）调整对弧精度，保证铸坯对中良好，支承辊（尤其是外弧的）转动灵活。

5）加强设备维护，建立结晶器维修档案，确保足辊对中良好，转动灵活。

[1]蔡开科.连铸坯质量控制[M].北京：冶金工业出版社，2010.

[2]左祥均，张立峰.方坯连铸过程中拉速波动对结晶器液面波动影响的研究[J].特殊钢，2011，32（3）：37-39.

[3]赵晗，任一峰.连铸坯角部横向裂纹的形成机理与定量评估[J].理化检验，2006，42（11）：565-569.