Q235板坯表面纵裂控制工艺实践
福建三宝钢铁有限公司于2018年开始筹建一条年产可达200万吨的耐腐蚀热轧卷板生产线，经过紧张的筹建工作，板坯连铸于2019年6月5日热试成功，拉开了福建三宝钢铁带钢生产的序幕。
作为上游工序的板坯连铸，能否生产出高质量的铸坯，是该生产线能否成功投入的先决条件，产品主要以Q235、Q195等钢种为主，Q235是典型的包晶钢，在投产之初板坯表面出现严重纵裂，在有意避开包晶敏感区之后，此类裂纹依然存在，说明裂纹的产生不仅仅是包晶反应的影响，还有其他重要的影响因素存在，三宝钢铁针对可能的影响因素逐个改善，最终将纵裂问题彻底解决。板坯连铸的连铸机主要工艺参数如表1所示。
包晶钢板坯表面纵裂纹起源于弯月面区坯壳生长厚度不均匀，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：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，然后才能使新固相向两旁逐渐长大。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，在结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。结晶器形成的初生凝固坯壳受到以下应力作用：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；坯壳收缩由钢水静压力产生的鼓胀应力；板坯宽面收缩受窄面约束产生的弯曲应力；包晶反应收缩量大（0.38%），导致产生局部气隙，局部“热点”处于裂纹敏感区。铸坯表面纵裂如图1所示。控制钢中含碳量。当钢中含碳量为0.10%~0.14%时，是发生包晶反应时产生表面纵裂纹的敏感区，因此，在生产过程中将转炉碳由原来的0.12%~0.20%缩小至0.15%~0.19%，有效避开裂纹敏感区；提高锰硫比。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。由于目前没有KR、LF等脱硫设备，成品硫无法完全控制在0.020%以内，只能通过控制锰硫比来降低硫的影响。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。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，锥度过大在拉速波动时容易导致铸坯出现重接现象。在生产之初，根据外厂经验将结晶器锥度设定为4.0（180mm×870mm断面），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3.6~3.8，铸坯裂纹深度由最深10mm降低至2mm，没有批量出现纵裂现象，铸坯纵裂得到有效控制。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流量由130m3/h降至110m3/h，窄面冷却水流量为20m3/h，控制宽面与窄面热流密度比约为0.9，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。板坯生产过程中，结晶器水、二冷水不仅需要达到固定的压力、流量，同时对水质也有较高的要求。当水中浊度达到70mg/l时，其冷却效果就会大大降低，水中的悬浮物及部分盐类会附着在结晶器铜壁及堵塞二冷喷嘴，导致润滑不均匀，从而在结晶器内产生裂纹，并在二冷区生长扩大，最终导致板坯表面纵裂纹等缺陷。因此，通过对结晶器水及二冷水经常进行置换，必要时添加化学药剂，保持循环水浊度小于30mg/l，确保供水水质达到冷却要求。铸坯纵裂纹在结晶器内产生，在二冷室内扩大、延伸，如果二冷水配比不合适，在结晶器内产生的细小裂纹就会发展成为较大的纵裂纹，甚至产生漏钢。因此，摸索适合于当前拉速的二冷水配比也是至关重要的工作，经过多次试验，最终确定较优的二冷水配比，如表2所示：另外，在生产过程中需保证冷却水的稳定：一方面，当拉速变化时，冷却水流量要根据相应拉速迅速做出调整；另一方面，由于生产过程中拉速不可避免会有小范围非人为调整的波动，一般在±0.02m/min以内，此时的冷却水流量需保持稳定，避免冷却不均造成裂纹的生长。经过转炉冶炼工艺、结晶器锥度、结晶器冷却水、二次冷却水以及保护渣等多方面进行改进优化，铸坯纵裂纹得到有效控制，因纵裂造成不合格数量逐月递减，目前已基本消除。
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