CN111482569A - 一种连铸板坯皮下裂纹缺陷的控制方法 - Google Patents

一种连铸板坯皮下裂纹缺陷的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种连铸板坯皮下裂纹缺陷的控制方法，属于冶金行业连铸技术领域。技术方案是：（1）减少结晶器中下部摩擦阻力；（2）控制二冷段板坯的大幅鼓肚和回温；（3）避免第
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE002
脆性区的热膨胀；（4）控制钢水的氮含量和铝含量；（5）采用低频和大振幅的振动模式。本发明的有益效果是：减少连铸板坯皮下裂纹处承受的应力应变和提高连铸板坯的塑性，增强板坯抵抗裂纹的能力，有效控制了连铸板坯皮下裂纹缺陷的发生，连铸板坯皮下裂纹缺陷的发生率由27.3%降为0，减少了生产损失，提高了产品质量合格率和市场占有率。

Description

一种连铸板坯皮下裂纹缺陷的控制方法
技术领域
本发明涉及一种连铸板坯皮下裂纹缺陷的控制方法，属于冶金行业连铸技术领域。
背景技术
连铸板坯的皮下裂纹一般位于板坯表面和皮下，深度可达5mm，其在板坯上的表现往往无法肉眼直接发现，一般需要经过对连铸板坯进行酸洗或刨皮后才能观察到，故叫板坯皮下裂纹缺陷（subsurface cracks）。由于板坯皮下裂纹缺陷在板坯的表现上往往无法肉眼直接发现，也不易进行在线直接检测，故当连铸板坯发生皮下裂纹缺陷时，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板坯皮下裂纹缺陷。另外，含有皮下裂纹缺陷的连铸板坯在轧制（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，板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。但由于连铸板坯皮下裂纹的产生的原因是极其复杂的，从力学观点有
Figure DEST_PATH_IMAGE002
临界应力理论、
Figure DEST_PATH_IMAGE004
临界应变理论、
Figure DEST_PATH_IMAGE006
弹－塑－蠕变模型等；从冶金观点有
Figure 958996DEST_PATH_IMAGE002
晶界硫化物薄膜理论、
Figure 453300DEST_PATH_IMAGE004
柱状晶区的“切口效应”、
Figure 826513DEST_PATH_IMAGE006
晶界质点沉淀理论、
Figure DEST_PATH_IMAGE008
硫化物晶界脆性、
Figure DEST_PATH_IMAGE010
凝固收缩理论（δ→γ转变）等，故连铸板坯皮下裂纹缺陷的有效控制一直是冶金连铸界的技术难题。查找文献，只有中国专利一种判断连铸板坯的皮下裂纹缺陷的方法（申请号CN201410083414.5），介绍了通过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的方法。中国专利检测铸坯皮下裂纹的方法（申请号CN201310498515.4）公开了一种检测铸坯皮下裂纹的检测方法，目的是提高铸坯表面质量的检测精度，避免铸坯由于存在微观皮下裂纹缺陷没有被检测到而影响到后续生产，但都没有介绍连铸板坯皮下裂纹缺陷的有效控制方法。
发明内容
本发明目的是提供一种连铸板坯皮下裂纹缺陷的控制方法，通过调整设备参数、提高设备精度和工艺技术优化，减少连铸板坯皮下裂纹处承受的应力应变和提高连铸板坯的塑性，增强板坯抵抗裂纹的能力，有效控制了连铸板坯皮下裂纹缺陷的发生，连铸板坯皮下裂纹缺陷的发生率由27.3%降为0，进而有效控制了热轧板卷的起皮缺陷，减少了生产损失，提高了产品质量合格率和市场占有率，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是：一种连铸板坯皮下裂纹缺陷的控制方法，包含以下步骤：（1）减少结晶器中下部摩擦阻力；（2）控制二冷段板坯的大幅鼓肚和回温；（3）避免第
Figure DEST_PATH_IMAGE012
脆性区的热膨胀；（4）控制钢水的氮含量和铝含量；（5）采用低频和大振幅的振动模式。
所述步骤（1）减少结晶器中下部摩擦阻力的主要措施包括
Figure 798886DEST_PATH_IMAGE002
结晶器宽面倒锥度2mm/900mm(即900mm长的结晶器宽面倒锥度是2mm)；结晶器窄面倒锥度（0.9～1.25）%/m；
Figure 3471DEST_PATH_IMAGE004
铸机上部内外弧对弧偏差≤0.3mm；
Figure 419409DEST_PATH_IMAGE006
降低结晶器保护渣结晶性能，保护渣的析晶率≤80%，以保证板坯的全程润滑。
所述步骤（2）控制二冷段板坯的大幅鼓肚和回温中，板坯表层坯壳最大鼓肚量＜0.7mm，板坯表面温度回升＜100℃/m。
所述步骤（3）避免第
Figure 607813DEST_PATH_IMAGE012
脆性区的热膨胀，主要措施包含板坯冷送，对入炉板坯在线强冷（板坯入炉温度＜Ar1）和高温热装（板坯入炉温度>Ar3）。
所述步骤（4）控制钢水的氮含量和铝含量，钢水中[Al]×[N]乘积＜ 0.0003%。
所述步骤（5）采用低频和大振幅的振动模式，结晶器振幅：＜±（3.0～4.0）mm；结晶器振动频率：＜160cpm。
本发明的有益效果是：通过调整设备参数、提高设备精度和工艺技术优化，减少连铸板坯皮下裂纹处承受的应力应变和提高连铸板坯的塑性，增强板坯抵抗裂纹的能力，有效控制了连铸板坯皮下裂纹缺陷的发生，连铸板坯皮下裂纹缺陷的发生率由27.3%降为0，进而有效控制了热轧板卷的起皮缺陷，减少了生产损失，提高了产品质量合格率和市场占有率。
附图说明
图1为本发明连铸板坯皮下裂纹图片；
图2为本发明连铸板坯皮下裂纹脆性开裂原理图；
图3为本发明连铸板坯第
Figure 728085DEST_PATH_IMAGE012
脆性区脆性开裂原理图。
具体实施方式
为了使本发明实施案例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施案例中的附图，对本发明实施案例中的技术方案进行清晰的、完整的描述，显然，所表述的实施案例是本发明一小部分实施案例，而不是全部的实施案例，基于本发明中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本发明保护范围。
一种连铸板坯皮下裂纹缺陷的控制方法，包含以下步骤：（1）减少结晶器中下部摩擦阻力；（2）控制二冷段板坯的大幅鼓肚和回温；（3）避免第
Figure 256018DEST_PATH_IMAGE012
脆性区的热膨胀；（4）控制钢水的氮含量和铝含量；（5）采用低频和大振幅的振动模式。
所述步骤（1）减少结晶器中下部摩擦阻力的主要措施包括
Figure 46120DEST_PATH_IMAGE002
结晶器宽面倒锥度2mm/900mm(即900mm长的结晶器宽面倒锥度是2mm)；结晶器窄面倒锥度（0.9～1.25）%/m；
Figure 782DEST_PATH_IMAGE004
铸机上部内外弧对弧偏差≤0.3mm；
Figure 331269DEST_PATH_IMAGE006
降低结晶器保护渣结晶性能，保护渣的析晶率≤80%，以保证板坯的全程润滑。
所述步骤（2）控制二冷段板坯的大幅鼓肚和回温中，板坯表层坯壳最大鼓肚量＜0.7mm，板坯表面温度回升＜100℃/m。
所述步骤（3）避免第
Figure 979288DEST_PATH_IMAGE012
脆性区的热膨胀，主要措施包含板坯冷送，对入炉板坯在线强冷（板坯入炉温度＜Ar1）和高温热装（板坯入炉温度>Ar3）。
所述步骤（4）控制钢水的氮含量和铝含量，钢水中[Al]×[N]乘积＜ 0.0003%。
所述步骤（5）采用低频和大振幅的振动模式，结晶器振幅：＜±（3.0～4.0）mm；结晶器振动频率：＜160cpm。
本发明认为板坯皮下裂纹缺陷的产生一定是板坯皮下裂纹处承受的应力应变超过了板坯皮下裂纹材料允许的应力应变，因此本发明的技术方案如下：
1、减少结晶器中下部摩擦阻力。
目的是减少连铸板坯表层坯壳所受的应力应变，措施如下：
Figure 533766DEST_PATH_IMAGE002
结晶器宽面倒锥度2mm/900mm(即900mm长的结晶器宽面倒锥度是2mm)；结晶器窄面倒锥度（0.9～1.25）%/m。避免结晶器下口锥度过大或过小造成板坯附加摩擦力导致的应力应变超标。
Figure 244233DEST_PATH_IMAGE004
铸机上部（弯曲段与结晶器宽面足辊以及弯曲段与扇形段之间）内外弧对弧偏差≤0.3mm。避免连铸机设备不对中导致的应力应变超标。
Figure 112832DEST_PATH_IMAGE006
降低结晶器保护渣结晶性能，保护渣的析晶率≤80%，以保证板坯的全程润滑。避免润滑差，渣膜不连续造成板坯附加摩擦力导致的应力应变超标。
2、控制二冷段板坯的大幅鼓肚和回温，板坯表层坯壳最大鼓肚量＜ 0.7mm，板坯表面温度回升＜100℃/m 。
目的也是减少连铸板坯表层坯壳所受的应力应变，避免板坯受到过大的热应力和机械应力下出现裂纹。主要措施是限制连铸机辊缝偏差≤0.5mm，二冷喷嘴零堵塞。
3、避免第
Figure 474412DEST_PATH_IMAGE012
脆性区的热膨胀，避免连铸板坯热送过程中入炉前板坯表面温度在Ar3~Ar1区间。
因为对于低合金钢种，特别是含Nb、V、Ti的钢种，在凝固过程中当温度降低到Ar3时，奥氏体晶粒的晶界上开始析出AlN、NbN等氮化物，最先析出片膜状的铁素体。当板坯装炉温度高于Ar1时，板坯的这种宏观组织结构基本不会发生变化，在加热过程中会遗留下来，所以加热后大量的氮化物残留在晶界上，使坯材的高温塑性严重降低，导致轧后钢板表面出现皮下裂纹。
主要措施是板坯冷送或对入炉板坯在线强冷（板坯入炉温度＜Ar1）；或高温热装（板坯入炉温度>Ar3），避开在第三脆性区下的热膨胀，可减轻这种裂纹。
4、控制钢水的氮含量和铝含量，钢水中[Al]×[N]乘积＜ 0.0003%。
因为钢中[N]、[Al]含量高，易形成AlN沿晶界析出，产生晶界脆性，造成延塑性急剧降低，加剧钢的脆化。
5、突破传统的高频小幅的振动模式，采用低频+大振幅的振动模式。
低频+大振幅的振动模式可以增加初生坯壳弯月面高度，减小振痕数量，增大振痕间距，从而减小结晶器内坯壳振痕波谷附近所受的应力应变。
主要控制：结晶器振幅：＜±（3.0～4.0）mm；结晶器振动频率：＜160cpm。
以下结合附图，通过实例对本发明作进一步说明。
一种连铸板坯皮下裂纹缺陷的控制方法，板坯裂纹缺陷位于板坯表层以内，需要清理扒皮后才能看到，如图1。
通过实验室模拟和理论研究，认为连铸坯坯壳凝固过程中存在零强度和零塑性区域，是坯壳的裂纹敏感区，如图2所示。板坯皮下裂纹缺陷的产生一定是板坯皮下刚凝固的区域在结晶器中和在连铸机运行过程中收到的应力应变超过了板坯皮下组织所允许的临界应力应变，导致了皮下裂纹的产生。
基于板坯皮下裂纹产生的机理，我厂采取了如下设备与工艺优化措施：
1、结晶器锥度设定：结晶器宽面倒锥度2mm(结晶器长900mm)；结晶器窄面倒锥度1.10%/m。
2、严格对弧，保证铸机上部内外弧对弧偏差≤0.3mm。
3、降低结晶器保护渣结晶性能，保护渣的析晶率≤80%，以保证板坯的全程润滑。
4、仔细检查二冷喷嘴，保证喷嘴不堵塞；利用连铸机辊缝专用检查仪器-辊缝仪检查辊缝，保证连铸机辊缝偏差≤0.5mm；并且选用钢种对应的二冷水模型，保证铸坯合适的冷却，最终保证板坯表层坯壳最大鼓肚量＜ 0.7mm，板坯表面温度回升＜100℃/m 。
5、板坯冷送，保证板坯入炉温度＜钢种Ar1温度。
6、控制钢水氮含量＜0.004%；钢水铝含量＜0.045%，[Al]×[N]乘积＜ 0.0003%。
7、结晶器振幅：4.0mm；结晶器振动频率：110cpm。
通过以上措施，我厂连铸板坯皮下裂纹缺陷发生率由27.3%降为0,取得了显著的效果，进而有效控制了热轧板卷的起皮缺陷，减少了生产损失，提高了产品质量合格率和市场占有率。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用发明，对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现，因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种连铸板坯皮下裂纹缺陷的控制方法，其特征在于包含以下步骤：（1）减少结晶器中下部摩擦阻力；（2）控制二冷段板坯的大幅鼓肚和回温；（3）避免第
Figure 873938DEST_PATH_IMAGE001
脆性区的热膨胀；（4）控制钢水的氮含量和铝含量；（5）采用低频和大振幅的振动模式。
2.根据权利要求1所述的一种连铸板坯皮下裂纹缺陷的控制方法，其特征在于：所述步骤（1）减少结晶器中下部摩擦阻力的主要措施包括
Figure 11528DEST_PATH_IMAGE002
结晶器宽面倒锥度2mm/900mm(即900mm长的结晶器宽面倒锥度是2mm)；结晶器窄面倒锥度（0.9～1.25）%/m；
Figure 831716DEST_PATH_IMAGE003
铸机上部内外弧对弧偏差≤0.3mm；
Figure 371151DEST_PATH_IMAGE004
降低结晶器保护渣结晶性能，保护渣的析晶率≤80%，以保证板坯的全程润滑。
3.根据权利要求1所述的一种连铸板坯皮下裂纹缺陷的控制方法，其特征在于：所述步骤（2）控制二冷段板坯的大幅鼓肚和回温中，板坯表层坯壳最大鼓肚量＜ 0.7mm，板坯表面温度回升＜100℃/m。
4.根据权利要求1所述的一种连铸板坯皮下裂纹缺陷的控制方法，其特征在于：所述步骤（3）避免第
Figure 251382DEST_PATH_IMAGE001
脆性区的热膨胀，主要措施包含板坯冷送，对入炉板坯在线强冷（板坯入炉温度＜Ar1）和高温热装（板坯入炉温度>Ar3）。
5.根据权利要求1所述的一种连铸板坯皮下裂纹缺陷的控制方法，其特征在于：所述步骤（4）控制钢水的氮含量和铝含量，钢水中[Al]×[N]乘积＜ 0.0003%。
6.根据权利要求1所述的一种连铸板坯皮下裂纹缺陷的控制方法，其特征在于：所述步骤（5）采用低频和大振幅的振动模式，结晶器振幅：＜±（3.0～4.0）mm；结晶器振动频率：＜160cpm。
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