CN103862006B - 一种判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷的方法，所述方法包括如下步骤：测定钢水的实际氮含量；根据皮下裂纹指数图来确定与所测定的钢水的实际氮含量对应的皮下裂纹缺陷比例，从而判断出钢水经连铸后得到的连铸板坯的皮下裂纹缺陷程度。根据本发明的判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷的方法，在对钢水进行连铸之前，可通过钢水的氮含量直接判断连铸板坯皮下裂纹缺陷程度来优化连铸工艺，从而确保铸坯质量。另外，通过判断连铸板坯皮下裂纹缺陷程度，可以减少在轧制工序中因连铸板坯皮下裂纹缺陷而产生的热轧板卷产品级别降低、废料增加等问题，从而提高了产品质量，增加了生产效益。此外，该方法判断时间短、易操作、判断过程成本低。

Description

一种判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷的方法

技术领域

本发明属于诊断铸坯质量的技术领域，具体地讲，涉及一种判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷的方法。

背景技术

随着冶金行业中连铸技术的发展，钢水成型工艺已由原来的模铸方式，逐渐转变成连续浇铸（连铸）方式。但是，在采用连续浇铸方式的生产过程中，当钢水质量、连铸机设备状况以及工艺参数等发生异常时，其铸坯质量缺陷的发生也具有连续性和批量性。铸坯的质量缺陷一般分为表面质量缺陷和内部质量缺陷。而不论是表面质量缺陷还是内部质量缺陷，铸坯的裂纹缺陷（例如，纵裂纹、角裂纹、网状裂纹、三角区裂纹、中心裂纹、中间裂纹等）尤其难以控制，特别是网状裂纹。铸坯的网状裂纹一般位于铸坯表面和皮下，深度可达5mm，其在铸坯上的表现往往无法肉眼直接发现，一般需要经过对连铸坯进行酸洗或刨皮后才能观察到，故又叫铸坯皮下裂纹缺陷。

由于铸坯皮下裂纹缺陷在铸坯的表现上往往无法肉眼直接发现，加之其形成原因与钢水质量有明显的对应关系，故当连铸坯发生铸坯皮下裂纹缺陷时，在连铸工序中根本无法通过生产过程控制和事后人工清理来消除铸坯皮下裂纹缺陷。另外，含有皮下裂纹缺陷的铸坯在轧制（热轧）成板卷后，在板卷的表面上形成线痕（起皮）缺陷，严重地影响产品（板卷）质量。而且，还经常因板卷表面线痕（起皮）缺陷而导致大批量板卷废品或次品。因此，铸坯皮下裂纹缺陷不但严重地影响企业的正常生产和信誉，而且还能造成较大的经济损失。

在现有技术中，对于铸坯的网状裂纹（铸坯皮下裂纹缺陷）的形成原因有以下几点。

第一，在二次脆性区中，由于在奥氏体晶界处有硫和氧的存在，使得在900～1200℃的范围内，沿着奥氏体晶界析出诸如(Fe,Mn)S-O的硫化物或氧化物，其中，以液态形式存在于晶界中的(Fe)S-O是引起铸坯网状裂纹的主要原因。

第二，在二次脆性区中，由于钢中包含的诸如Cu、Sn、Sb等的低熔点有色金属元素在奥氏体晶界富集，这就降低了晶界的强度，引起晶界的脆性，从而导致网状裂纹的形成。

第三，在奥氏体晶界上发现大量的二相析出物（诸如Nb、V、Ti、Al等元素与钢中N和C作用而形成）以及层片状铁素体。这些层片状铁素体和二相析出物在奥氏体晶界上的形成增加了裂纹敏感性。例如，钢中的[Al]可以细化晶粒，但随着钢中[Al]的增加，会使低温塑性区宽度加宽，其对连铸坯高温塑性的影响主要表现在：Al作为强氮化物元素，与钢中的N形成细小AlN，细小AlN易在晶界析出并形成钉扎晶界，在受热应力、鼓肚以及机械应力的作用下会在晶界析出处产生微小空洞，继而扩展成裂纹。

随着钢水精炼技术的不断进步，关于前两种原因从机理上理解比较统一，均认为是在奥氏体晶界上形成液相物质，也就是说，由“热脆”现象引起网状裂纹的形成。通常，对于第一种原因，可通过降低钢中的硫含量和氧含量，并控制[Mn]/[S]比，从而使得由液态(Fe)S-O形式存在于晶界上引起网状裂纹的可能性越来越小；对于第二种原因，可通过在结晶器铜板的表面上镀层、控制钢中Cu、Sn、Sb等低熔点有色金属元素的含量以及改善保护渣润滑效果来减轻或消除铸坯的网状裂纹。

然而，对于第三种原因，在奥氏体晶界上形成的大量二相析出物和层片状铁素体在二冷过程中形成的位置以及引起铸坯网状裂纹的机理，从理论上认识还不清楚，没有具体明确的解决措施。因此，氮化物导致的铸坯网状裂纹仍然是铸坯的主要质量问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种通过判断连铸板坯皮下裂纹缺陷以优化连铸工艺从而提高铸坯质量的判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷的方法。

本发明的另一个目的在于提供一种判断连铸板坯皮下裂纹缺陷以减少轧制工序中产生的问题的判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷的方法。

本发明的再一个目的在于提供一种判断时间短、易操作的判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷的方法。

根据本发明的判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷的方法，所述方法包括如下步骤：测定钢水的实际氮含量；根据皮下裂纹指数图来确定与所测定的钢水的实际氮含量对应的皮下裂纹缺陷比例，从而判断出钢水经连铸后得到的连铸板坯的皮下裂纹缺陷程度。

根据本发明的一个实施例，所述皮下裂纹指数图是通过数学回归处理法建立氮含量与皮下裂纹缺陷比例之间的关系而得到的。

根据本发明的一个实施例，所述皮下裂纹指数图可包括连铸板坯内弧面皮下裂纹指数图、连铸板坯外弧面皮下裂纹指数图、连铸板坯内外弧面平均皮下裂纹指数图和连铸板坯内外弧面合计皮下裂纹指数图中的至少一种。

根据本发明的一个实施例，所述皮下裂纹指数图包括连铸板坯内弧面皮下裂纹指数图或连铸板坯内外弧面合计皮下裂纹指数图。

根据本发明的一个实施例，根据皮下裂纹指数图能够判断的钢水的实际氮含量的最高值可为120ppm。

根据本发明的一个实施例，根据所述皮下裂纹指数图能够判断包括低合金钢或优质钢的连铸板坯的皮下裂纹缺陷。

根据本发明的判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷的方法，在对钢水进行连铸之前，可通过钢水的氮含量直接判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷比例来优化连铸工艺，从而确保铸坯质量。另外，通过判断连铸板坯皮下裂纹缺陷，可以减少或防止在轧制工序中因连铸板坯的皮下裂纹缺陷而产生的热轧板卷产品级别降低、废料增加等问题，从而提高了产品质量，增加了生产效益。此外，该方法判断时间短、易操作、判断过程成本低。

附图说明

通过下面结合附图进行的对实施例的描述，本发明的上述和/或其它目的和优点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了根据本发明的判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷的方法的连铸板坯内弧面皮下裂纹指数图，其中，b表示内弧面皮下裂纹比例；

图2示出了根据本发明的判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷的方法的连铸板坯外弧面皮下裂纹指数图，其中，d表示外弧面皮下裂纹比例；

图3示出了根据本发明的判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷的方法的连铸板坯内外弧面平均皮下裂纹指数图，其中，c表示内外弧面平均皮下裂纹比例；

图4示出了根据本发明的判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷的方法的连铸板坯内外弧面合计皮下裂纹指数图，其中，a表示内外弧面合计皮下裂纹比例；

图5示出了图1至图4的连铸板坯皮下裂纹指数图，其中，a表示内外弧面合计皮下裂纹比例，b表示内弧面皮下裂纹比例，c表示内外弧面平均皮下裂纹比例，d表示外弧面皮下裂纹比例。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷的方法进行详细的描述。

在现有技术中，一般在判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷时，需要对连铸板坯进行酸洗或刨皮后才能观察到。但是，这种判断方法必然需要将钢水连铸成连铸板坯后，对连铸板坯进行判断才能确定，而此时，连铸板坯已加工成型，即使连铸板坯不合格也没有补救方法，从而造成了不必要的浪费。因此，需要一种在连铸成连铸板坯之前就能够确定连铸板坯的皮下裂纹缺陷的方法。

本发明的目的在于提供一种判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷的方法，所述方法包括：测定钢水的实际氮含量；根据皮下裂纹指数图来确定与所测定的钢水的实际氮含量对应的皮下裂纹缺陷比例，从而判断出钢水经连铸后得到的连铸板坯的皮下裂纹缺陷程度。

可在任何工序中检测钢水的实际氮含量，然后与皮下裂纹指数图进行比对，判断出钢水经连铸得到的连铸板坯的皮下裂纹缺陷比例，从而优化下一工序的生产工艺，避免连铸板坯的报废。例如，在浇注过程中，可检测中间包中钢水的实际氮含量，然后根据皮下裂纹指数图进行比对，确认连铸板坯的皮下裂纹缺陷比例，从而判断是否需要在轧制过程中优化轧制工艺。然而，当钢水的实际氮含量过高时，不经过任何方法的判断，也能够确认过高的氮含量对连铸板坯的危害较大，会导致连铸板坯的报废，因此，在本发明的实施例中，皮下裂纹指数图能够判断的钢水的实际氮含量的最高值可达120ppm。另外，当钢水的实际氮含量达到120ppm时，所对应的内外弧面总的皮下裂纹缺陷比例为53.61%，已无法满足铸坯的质量要求。

根据本发明的方法，可以判断任何合适的连铸板坯的皮下裂纹缺陷比例，优选地，可以判断包括诸如09CuPCrNi-A、P510L-T以及Q345B的低合金钢连铸板坯的皮下裂纹缺陷或诸如10号钢和20号钢的优质碳素钢连铸板坯的皮下裂纹缺陷。

根据本发明的实施例，可通过数学回归处理法建立不同钢种的氮含量与皮下裂纹缺陷比例之间的关系，从而得到皮下裂纹指数图。

具体地讲，首先，检测钢水的氮含量。可以检测不同工序中钢水的氮含量，在本发明的非限制性实施例中，为了进一步增加皮下裂纹指数图的准确性，可以检测处于中间包中（待浇注）钢水的氮含量。

其次，检测并分析将该钢水连铸成的连铸板坯的皮下裂纹缺陷，继而得到连铸板坯的皮下裂纹缺陷比例。在本发明的实施例中，为了增加皮下裂纹指数图的准确性，可分别检测并分析连铸板坯内弧面上的皮下裂纹缺陷和外弧面上的皮下裂纹缺陷。需要说明的是，连铸板坯的内外弧面是根据带有弧形二冷装置连铸机的特点（即，在铸坯未被矫直前，铸坯在弧形二冷装置内呈弧形）来区分的。

在一个非限制性实施例中，首先，对连铸板坯进行取样；其次，对取样的连铸板坯进行处理：将连铸板坯的内弧面和外弧面分别刨掉1～3mm的表层，以观察和统计皮下裂纹缺陷发生比例和皮下裂纹缺陷程度级别，从而得到铸坯的皮下裂纹缺陷比例。

最后，根据前述步骤得到不同钢种的不同氮含量与其连铸坯皮下裂纹缺陷数据，通过数学回归处理法建立不同钢种的氮含量和与之相对应的连铸板坯的皮下裂纹缺陷比例之间的关系，从而得到皮下裂纹指数图。

在一个非限制性实施例中，以钢种不同的氮含量为横坐标，以钢种不同的氮含量相对应的连铸板坯的皮下裂纹缺陷比例为纵坐标，根据数学回归处理法建立横坐标的标点和纵坐标的标点相交的各交点间的连续曲线，继而得到皮下裂纹指数图。

由于铸坯在连铸机内一般都经过顶弯和矫直过程，铸坯在顶弯或矫直过程中其内外弧面的受力不同（铸坯在前区顶弯段内弧面受到挤压，外弧面受到拉伸，而在矫直区其受力刚好相反），使得前区顶弯段铸坯坯壳较薄，而矫直段铸坯坯壳较厚，故通常情况下铸坯的内弧面皮下裂纹缺陷比外弧面皮下裂纹缺陷严重。因此，优选地，皮下裂纹指数图可包括连铸板坯内弧面皮下裂纹指数图和连铸板坯外弧面皮下裂纹指数图。

为了便于判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷程度，皮下裂纹指数图还可包括连铸板坯内外弧面平均皮下裂纹指数图（可通过数学回归处理法建立氮含量和与之相对应的连铸板坯内外弧面皮下裂纹缺陷比例的平均值之间的关系）和连铸板坯内外弧面合计皮下裂纹指数图（可通过数学回归处理法建立钢水的氮含量和与之相对应的连铸板坯内外弧面总的皮下裂纹缺陷比例之间的关系）。也就是说，皮下裂纹指数图可包括连铸板坯内弧面皮下裂纹指数图（如图1所示）、连铸板坯外弧面皮下裂纹指数图（如图2所示）、连铸板坯内外弧面平均皮下裂纹指数图（如图3所示）和连铸板坯内外弧面合计皮下裂纹指数图（如图4所示）中的至少一种。更优选地，皮下裂纹指数图可包括连铸板坯内弧面皮下裂纹指数图（如图1所示）或连铸板坯内外弧面合计皮下裂纹指数图（如图4所示）。

另外，为了能够同时判断出连铸板坯内弧面皮下裂纹缺陷比例、外弧面皮下裂纹缺陷比例、内外弧面皮下裂纹缺陷比例的平均值以及内外弧面总的皮下裂纹缺陷比例，也可以将其整合到同一图（如图5所示）中。

根据本发明的实施例，可将检测的钢水的实际氮含量分别与图1、图2、图3以及图4进行比对，可分别确认连铸板坯内弧面皮下裂纹缺陷比例、外弧面皮下裂纹缺陷比例、内外弧面平均皮下裂纹缺陷比例以及内外弧面总的皮下裂纹缺陷比例，从而判断出钢水经连铸后得到的连铸板坯的皮下裂纹缺陷程度。

根据本发明的另一实施例，可将检测的钢水的实际氮含量与图5进行比对，可同时确认连铸板坯内弧面皮下裂纹缺陷比例、外弧面皮下裂纹缺陷比例、内外弧面平均皮下裂纹缺陷比例以及内外弧面总的皮下裂纹缺陷比例，从而判断出钢水经连铸后得到的连铸板坯的皮下裂纹缺陷程度。

另外，根据本发明的方法，通常情况下铸坯内弧面的皮下裂纹缺陷比铸坯外弧面的皮下裂纹缺陷严重，因此，可根据连铸板坯内弧面皮下裂纹指数图（如图1所示）或连铸板坯内外弧面合计皮下裂纹指数图（如图4所示）来判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷程度。例如，在生产Q345B钢板时，当钢水的实际氮含量为80ppm时，对应的连铸板坯内弧面皮下裂纹比例已达到28%、连铸板坯内外弧面合计皮下裂纹比例已达到38%以上，连铸板坯的质量无法满足钢种及后工序（热轧板卷表面质量）的要求。但本发明并不限于此，可根据图5或图1至图4的皮下裂纹指数图来进行判断，只要任何一项皮下裂纹缺陷比例超出了待连铸板坯对皮下裂纹缺陷程度的要求，都无法满足连铸板坯的质量要求。

根据本发明的判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷的方法，在对钢水进行连铸之前，可通过钢水的氮含量直接判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷比例来优化连铸工艺，从而确保铸坯质量。

另外，通过判断连铸板坯皮下裂纹缺陷，可以减少或防止在轧制工序中因连铸板坯的皮下裂纹缺陷而产生的热轧板卷产品级别降低、废料增加等问题，从而提高了产品质量，增加了生产效益。

此外，该方法判断时间短、易操作、判断过程成本低。

下面将结合实施例对本发明的判断连铸板坯皮下裂纹缺陷的方法进行详细的描述。

实施例1

生产09CuPCrNi-A钢板。在生产过程中对未浇注的钢水的氮含量进行检测，钢水的氮含量高达70ppm，根据连铸板坯内弧面皮下裂纹指数图（图1）或连铸板坯内外弧面合计皮下裂纹指数图（图4）可以确认当含氮量达到70ppm时，连铸得到的连铸板坯无法满足09CuPCrNi-A钢板的质量要求，其中，通过图1可以判断出连铸板坯内弧面皮下裂纹缺陷比例大约是26%，通过图4可以判断出内外弧面总的皮下裂纹缺陷比例大约是38%。为此在连铸工序中，将09CuPCrNi-A钢板改为PNS高氮钢板进行连铸，从而避免了连铸板坯的报废，确保了铸坯质量。

实施例2

生产P510L-T钢板。在生产过程中对处于浇注过程中的钢水进行检测，即，对中间包中钢水的氮含量进行检测，钢水的氮含量高达77ppm，根据连铸板坯内弧面皮下裂纹指数图（图1）或连铸板坯内外弧面合计皮下裂纹指数图（图4）可以确认当含氮量达到77ppm时，连铸得到的连铸板坯无法满足P510L-T钢板的质量要求，其中，通过图1可以判断出连铸板坯内弧面皮下裂纹缺陷比例大约是27%，通过图4可以判断出内外弧面总的皮下裂纹缺陷比例大约是39%。为此在轧制工序中，将P510L-T钢板改为普通P510L钢板进行轧制，避免了因连铸板坯皮下裂纹缺陷导致的热轧板卷产品级别降低、产品报废，从而提高了产品质量，增加了生产效益。

实施例3

生产Q345B钢板。在生产过程中对处于浇注中期的钢水进行检测，钢水的氮含量高达80ppm，根据连铸板坯内弧面皮下裂纹指数图（图1）或连铸板坯内外弧面合计皮下裂纹指数图（图4）可以确认当氮含量达到80ppm时，连铸板坯无法满足Q345B钢板的质量要求，其中，通过图1可以判断出连铸板坯内弧面皮下裂纹缺陷比例大约是28%，通过图4可以判断出内外弧面总的皮下裂纹缺陷比例大约是40%。为此在轧制工序中，将Q345B钢板改为Q345B花纹板进行轧制，避免了因连铸板坯皮下裂纹缺陷导致的热轧板卷产品级别降低、产品报废，从而提高了产品质量，增加了生产效益。

根据本发明的判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷的方法，在对钢水进行连铸之前，通过钢水的实际氮含量直接判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷比例，继而可以确认该钢水连铸得到的目标连铸板坯是否符合质量要求，如果不符合质量要求，则可以改变连铸工艺，将该钢水连铸成其他符合质量要求的连铸板坯，从而确保铸坯质量，避免连铸板坯的报废。

另外，通过判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷，可以减少或避免在轧制工序中因连铸板坯皮下裂纹缺陷而产生的热轧板卷产品级别降低、废料增加等问题，从而提高了产品质量，增加了生产效益。此外，根据本发明的方法具有判断时间短、易操作、判断过程成本低等优点。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型和组合，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷的方法，所述方法包括如下步骤：

测定钢水的实际氮含量；

根据皮下裂纹指数图来确定与所测定的钢水的实际氮含量对应的皮下裂纹缺陷比例，从而判断出钢水经连铸后得到的连铸板坯的皮下裂纹缺陷程度，

其中，所述皮下裂纹指数图包括连铸板坯内弧面皮下裂纹指数图、连铸板坯外弧面皮下裂纹指数图、连铸板坯内外弧面平均皮下裂纹指数图和连铸板坯内外弧面合计皮下裂纹指数图中的至少一种，

其中，所述皮下裂纹指数图是通过数学回归处理法建立氮含量与皮下裂纹缺陷比例之间的关系而得到的。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据皮下裂纹指数图能够判断的钢水的实际氮含量的最高值为120ppm。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述皮下裂纹指数图能够判断出包括低合金钢或优质碳素钢的连铸板坯的皮下裂纹缺陷。