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板材分层缺陷产生原因分析 唐生斌 (攀钢提钒炼钢厂) 摘要：对板材分层缺陷的实物特征和连铸生产工艺参数进行分析，找出产生的原因和应采取的控制措施。 1 前言 用户对钢材质量的要求越来越高，目前板材分层质量缺陷是用户反映较强烈，生产厂家较难消除的质量问题之一。找出板材分层质量缺陷产生的原因，并采取有效的措施消除板材分层或将其控制在一个较低的水平，对提高板材质量非常重要。 2 板材分层缺陷产生的原因 1)成分化验分析 取典型分层样，在试样裂缝尾端切取小块电镜分析试样，沿板厚方向磨制抛光后，在JSM5600-LV扫描电镜下观察，发现夹缝内有明显壳层状或颗粒状物，用INCA能谱仪对其进行成分分析，含Na、Mg、Al、51、5、K、Ca、Ti、Mn、Fe、0等元素，其中51、Ca、0含量较高，不同试样元素含量略有差别。 2)连铸生产工艺宏观分析 (1)分层缺陷与钢种关系 图1是2001年生产的几大钢种出现分层缺陷所占比例情况。可看出各钢种出现分层缺陷的概率几乎是均等的，也即板材分层缺陷与钢种无关。 图1 各钢种出现分层缺陷所占比例图 (2)缺陷与中间罐浇铸炉次的关系 2001年全年的分层缺陷炉次在中间罐次中所占比例情况见图2。可以看出，中间罐连浇最后一炉占的比例最大约60%。该年的平均连浇炉数为6.91炉/罐，最后一炉占14.5%，远低于出现分层缺陷炉次的中间罐最后一炉所占比例。 图2 分层缺陷炉次在中间罐炉次中所占比例 3)中间罐连浇最后一炉分层质量缺陷的调查 (1)浇注末期中间罐钢水临界液面高度控制原怀疑浇注末期中间罐内剩钢量太少，中间罐渣卷人结晶器内，形成铸坯夹杂，在轧制时产生分层缺陷。为防止卷渣，要求浇注结束时，中间罐剩钢量比原来提高3-5t，但分层缺陷仍未得到有效控制。 (2)中间罐钢水温度的控制 理论上分析，中间罐钢水过热度过高，造成铸坯柱状晶发达、中心偏析加大、严重时形成疏松或缩孔，轧制后可能出现分层缺陷。但对出现分层缺陷的连铸工艺进行调查，中间罐钢水温度大多都在技术要求范围内。表1为出现分层缺陷的中间罐钢水温度情况。可以看出，板材分层缺陷与中间罐钢水温度关系不大。 (3)换罐前的降速操作 对换罐前的降速控制进行调查，均按工艺技术要求操作，降速标准为≤0.15m/min,未使用快降操作。 表1 出现分层缺陷的中间罐钢水温度 (4)中间罐连浇最后一炉易出中心线裂纹 出现分层缺陷的熔炼号中约60%是在连浇最后一炉。为此重点对罐次最后一炉的连铸工艺状况和铸坯实物质量进行调查，30块有中心线裂纹的铸坯中有21块是中间罐最后一炉，占70%。 对产生中心线裂纹的炉次进行调查，其中间罐温度、降速、二冷水状况都在工艺技术要求范围内。而出现中心线裂纹的铸坯一般都在倒数第1-2块或倒数第2-3块之间，且一炉钢只有一处。中心线裂纹较轻微，宽100mm左右、深100-150mm 只要切掉200mm 左右就能去除。据此现象分析认为，换罐前低拉速时的二冷水控制不合理是造成中心线裂纹多的主要原因。 目前的二冷水表制度，二冷水量是根据拉速按一定比例变化，水量分配也随拉速变化。由于二冷区铸坯表面温度变化滞后于拉速和水量的变化，因而拉速变化时铸坯表面温度波动较大，尤其在换中间罐前，铸机拉速急剧地由高向低转变，二冷水量也急剧地由大到小变化，导致二冷区冷却强度不足，使铸坯温度偏高，坯壳厚度减薄，抵抗因钢液静压力引起的变形能力也随之减弱，易产生内裂和中心偏析等缺陷，而严重的中心偏析将引起板材分层缺陷。 图3是正常的铸坯凝固过程纵向断面示意图。 图3 正常情况下铸坯凝固过程纵向断面示意图 当换中间罐前拉速急剧降低时，如二冷水控制不合理，铸坯内部凝固就会出现一个拐点，如图4所示A、B两点，此两点处相对于后面已明显凸起。进人正常浇注后，铸坯再以相同的机理凝固，则形成图5所示的铸坯凝固末端的缩孔。可看出在A、B两点造成铸坯搭桥，在c点形成缩孔，也就是中心线裂纹或中心疏松，轧制后就可能出现分层缺陷。 图4 换罐时铸坯凝固过程纵向断面示意图 图5 换罐后铸坯凝固过程纵向断面示意图 这种缩孔或疏松一般只在局部范围，没有整炉出现分层缺陷，一个熔炼号一般只有10t的分层量。表2是部分熔炼号的分层缺陷数量。可以看出，一炉钢中只出现极少量分层缺陷，即中间罐最后一炉分层缺陷与中间罐最后一炉的中心线裂纹或中心缩孔有关。 表2 分层缺陷数数量 4)连浇中间炉次铸坯产生分层的原因分析 经调查分析，连浇中间炉次的板材分层缺陷主要是铸坯中心裂纹、中心疏松或中心缩孔等内部质量缺陷引起的。这些缺陷的形成是由于凝固末端铸坯鼓肚变形或凝固末端的收缩产生的。 (1)铸机扇形段辊子特别是在凝固终点辊子的开口度和弧度超标，是引起铸坯中心裂纹、中心疏松或中心缩孔的主要因素。2