低合金结构钢圆锭纵裂纹的究与控制.doc

低合金结构钢圆锭纵裂纹的研究与控制 1　前　言 　　纵裂纹是钢锭的主要缺陷之一,是浇注工作的重点和难点。尽管纵裂纹的形成机理至今还没有最后而定论,但在钢锭废品中占相当大的比例且圆锭更加一筹已是众所周知的事实。在过去的生产中,我厂一直受圆钢锭纵裂纹的困扰,每年损失数以百万,所以多年来工程技术人员也一直在探索其解决的方法,但收效甚微。自从1998年9月系统试验研究以来,取得明显效果。图1是试验攻关前后的纵裂纹废品的发生情况。本文就马钢在攻克圆锭纵裂纹方面所进行的主要技术工作进行分析以揭示影响圆锭裂纹的主要影响因素,并寻找出有效控制方法。 图1　1998年1月～1999年4月圆锭纵裂发生率情况 2　主要工艺及其参数 2.1　工艺路线 　　初炼钢水→钢包→SKF精炼炉→LF+VD→出站→浇注→模注→脱模→精整2.2　锭型尺寸　　锭型锭重模高上部直径下部直径圆2.886 t2 170 mm492 mm437 mm2.3　温度参数　　SKF站温度(上部)　1 550～1 565 ℃　　开浇温度　(1 520±15) ℃　　脱锭温度　＜500 ℃2.4　主要钢种　　50Mn　20CrNiMo　CL60 3　试验方法及结果 　　钢锭的纵裂纹形成机理十分复杂,文献［1］和［2］都分析了大小原因数十条,对于这些复杂原因相互作用的关系,进行定量数学描述将相当困难。因此,本试验对人为的非可控因素作为管理因素处理,没作为实验重点,而是把重要的工艺方法和参数作为试验重点。对开浇温度的稳定性的参数控制,模温的参数控制,Als含量控制及钢水进入模内流股方式进行了试验研究,结果如图2～7和表1所示(图2～图7数据见附件)。 　　　表1　浇注过程中模温有关数值 位置 初始温度/℃ 最高温度/℃ 极差/℃ 达到最高温度时间/min 浇注温度/℃ 最高温度持续时间/s 钢锭模A 上部 82 501 419 107 　 25 中部 92 482 390 81 1524 27 下部 85 426 341 81 　 31 钢锭模B 上部 31 477 446 91 　 30 中部 32 474 442 77 1526 22 下部 33 434 401 78 　 21 图2　浇注温度与纵裂关系 图3　浇注温度随时间的变化 图4　温度波动与纵裂纹的关系 图5　模温与纵裂纹的关系 图6　模温变化曲线 图7　Als含量与纵裂纹的关系 4　结果分析 4.1　浇注温度对纵裂纹的影响　　通过现场的跟踪统计,浇注温度对纵裂纹的影响呈现出抛物形曲线关系如图2所示。当浇注温度在1 520～1 530 ℃之间纵裂纹的发生率最低为0.2 %～0.3 %,随着注温的升高或降低纵裂纹的发生率明显提高。注温的升高,钢水的过热度增加,使得锭壳表面与液芯的温度梯度增大,热应力增大,同时由于注温的升高,使得钢锭的激冷层减薄,在静压力的作用下,使得钢锭产生纵裂的机率增大,温度越高,纵裂的发生率就越大,这与有关文献［1］、［2］所述相吻合。但是,人们一般认为低温有利于克服纵裂问题与本试验有相悖之处。看来这与浇注工艺相关。在正常状态下,浇注温度的降低,意味着过热度减少,钢水被注入钢锭模后,在其温差的作用下,低温钢水的产生的激冷层将大大增厚,使得抵抗静压力能力大为增强,而且,对于0.60 %C的钢,在800 ℃以前几乎没有转晶问题,都是奥氏体,组织应力不会成为纵裂纹的主要因素,从这个意义上说,低温钢水浇注的确有利于减轻纵裂纹。不过图2所示的当过热度低于某一数值后,纵裂纹发生率将随着过热度的降低而迅速升高。这是注流进入钢锭模的流股状态发生变化的结果。当钢水进入模内的流股最大冲击力位于钢锭模中心,由图8(a)所示,那么这将意味着激冷层厚而均匀,钢锭外壳的收缩虽大,但都指向锭芯,纵裂纹也是不会产生的。问题在摆放模具时,每一个模具的模底砖与底板的淌道尾砖都能位于同一条中心线却是十分困难的,特别是车注工艺的浇注方式,因长距离的火车运输,移位的情况更是难以避免。只要模底砖与淌道尾砖不在同一条中心线,钢水进入钢锭模的流股状况将如图8(b)所示。其钢水流股偏向的一边,由于传热条件和流股的搅拌作用,必然使得激冷层(过热度过小时,有可能在远离流股的钢水,已结晶形成柱状晶体)过薄。同时,由于低温浇注往往采用冲压的办法把钢水浇下去,这时将会进一步加重流股对其偏向一侧的激冷层以及生成的少量柱状晶进行的冲击。这种冲击同过热度的情况明显不同。一方面是由于温度低造成的钢液粘稠,在其回流区内,注流的动压较多地被消耗于克服流体上升的阻力,使流场发生变化。另一方面过热度高时,钢液流动性能良好,尽管流股中心线有所偏离,但偏离中心的流股由于上升无阻,