连铸板坯三角区裂纹的影响因素

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.200M.01.012 第26卷第1期 北京科技大学学报 VoL.26 No.1 2004年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2004 连铸板坯三角区裂纹的影响因素 朱国森王新华于会香王万军 北京科技大学冶金学院，北京，100083 摘要通过对连铸坯疏印数据库的分析，得到了普碳钢连铸板坯三角区裂纹的影响因素， 结果表明，三角区裂纹随着S含量、过热度、拉速和铸坯断面宽度的增加而越来越严重.以此 为基础，提出了生产过程中控制三角区裂纹的原则.C含量控制为0.13%：MSP25,过热度 小于25℃，拉速低于1.30m/min,浇铸宽断面铸坯时应加强铸坯窄边的冷却强度，保证良好的 铸机设备精度. 关键词三角区裂纹：过热度；二冷强度；连铸板坯 分类号TF777.1 在连铸技术充分发展的今天，由于拉速不断 角区裂纹就是指发生在该区域内、位于铸坯中心 提高，为适应热装而生产高温铸坯，为改善钢的 线位置附近的裂纹， 深冲性能而降低锰含量，以及采用液芯压下技术 对连铸坯实行大压下量等原因，内部裂纹成为影 2三角区裂纹的影响因素 响质量的一个重要因素).本文在统计分析普碳 2.1S含量 钢连铸坯硫印数据库的基础上，得到三角区裂纹 图2为三角区裂纹与钢水中S含量的关系. 的影响因素，并提出相应的控制原则， 其中，铸坯的尺寸为230mm×(13001550)mm, 1三角区裂纹的主要形貌 拉速为1.30m/min,过热度为30℃.可见，随着S 含量的增加，高级别裂纹的比重明显增加.当 普碳钢的化学成分（质量分数）：C为0.13%~ [S]<0.015%时，三角区裂纹的级数均在1.0级以 0.16%,Si为0.20%，Mn为0.35%-0.45%，P<0.025%, 下.[S]为0.018%，0.020%和0.022%时，1.0级以下 S<0.025%,Als<0.02%,0<2.5×105,N<3×105. 裂纹比例分别为95%，80%和50%，1.5级裂纹比 图1为三角区裂纹的低倍组织.可见在窄边 例分别为5%，20%和50%.当[S]为0.025%时，1.5 附近，低倍组织呈现三角状，故称其为三角区.三 级以上裂纹比例为70% 内弧 内范 口0.5级 100 @1.0级 日1.5级 80 日2.0级 0 40 20 0.0120.0150.0180.0200.0220.025 [s]% 图1三角区裂纹的低倍组织 图2三角区裂纹与钢水中S含量的关系 Fig.1 Etching prints of triangular zone cracks Fig.2 Relationship between triangular zone cracks and the sulphur content of liguid steel 收稿日期2002-10-15朱国森男，25岁，博士研究生

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 口 帆口岭 血 及 】 留 恤 加 连铸板坯三 角区裂纹 的影响因素 朱 国森 王 新 华 于会香 王 万 军 北京科技大学冶金学 院 ， 北京 ， 摘 要 通过 对连铸坯硫 印数据库 的分析 ， 得到 了普碳钢连铸板坯 三 角 区裂纹 的影 响因素 结果表 明 ， 三 角 区裂纹随着 含量 、 过热度 、 拉速和 铸 坯 断面 宽度的增加 而 越来越严重 以此 为基础 ， 提 出 了生产 过程 中控制三角 区裂纹 的原则 含量控制为 【州加】 【 ， 过热度 小于 ℃ ， 拉速低 于 ， 浇铸 宽断面铸坯 时应加 强 铸坯窄边 的冷却 强度 ， 保证 良好 的 铸机设备精度 关键词 三 角 区裂 纹 过热度 二 冷 强度 连铸板坯 分 类号 甘 在连铸 技术 充分 发展 的今 天 ， 由于 拉速 不 断 提 高 ， 为适 应 热 装 而 生产 高温 铸 坯 ， 为改善钢 的 深 冲性 能而 降低锰含量 ， 以及采用液芯 压 下技 术 对 连铸坯 实行大压 下量 等原 因 ， 内部裂 纹成 为影 响质 量 的一个重 要 因素‘卜 本文在统计 分析普碳 钢连铸坯硫 印数据 库 的基础 上 ， 得 到三 角 区裂纹 的影 响 因素 ， 并提 出相 应 的控 制 原则 角 区裂 纹就 是指 发 生在 该 区域 内 、 位 于铸 坯 中心 线位 置 附近 的裂 纹 三 角 区裂纹 的 主要 形 貌 普碳 钢 的化 学成 分 质 量 分数 为 一 ， 为 ， 为 ， ， ， ， 一 ， 一 ， 图 为三 角区裂 纹 的低 倍 组 织 可 见 在 窄边 附近 ， 低 倍组织呈现 三 角状 ， 故称其 为三 角区 三 三 角 区裂纹 的影 响 因素 含量 图 为三 角区 裂 纹 与钢 水 中 含量 的关 系 其 中 ， 铸 坯 的尺 寸 为 ， 拉速 为 ， 过 热度 为 ℃ 可 见 ， 随着 含 量 的增 加 ， 高 级 别 裂 纹 的 比重 明显 增 加 当 时 ， 三 角 区裂 纹 的级 数均 在 级 以 下 」为 ， 和 时 ， 级 以下 裂 纹 比例 分别 为 ， 和 ， 级裂 纹 比 例 分别 为 ， 和 当 为 时 ， 级 以上 裂 纹 比例 为 国 ﹃不澎哪彰冲芝五吹 图 三 角 区裂纹 的低倍组织 啥 · 图 三 角 区裂纹 与钢水 中 含最 的关 系 褚 址 如陀 加 如 勿 概 收稿 日期 华巧 朱国森 男 ， 岁 ， 博士研 究生 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2004．01．012

Vol.26 No.1 朱国森等：铸板还三角区裂纹的影响因素 ·43· 22中间包钢水过热度 因是在浇铸不同断面的铸坯时，二冷强度不变. 图3为三角区裂纹与中间包钢水过热度的关 而连铸机二冷区的喷嘴始终分布在铸坯中心和 系.其中铸坯的尺寸为230mm×(1300-1550) 距中心450mm处.这样，对于宽断面铸坯窄边的 mm,拉速为1.30m/min,[S]为0.015%~0.020%.可 冷却就比较弱.在实际浇铸1550mm宽的铸坯过 见，当过热度增加时，三角区裂纹越来越严重，当 程中，可以看到，在距窄边100mm处，铸坯表面 过热度小于25℃时，裂纹的级数都在1.0级以下； 出现一条“亮带区”.采用北京科技大学治金学院 当过热度大于30℃时，1.5级以上裂纹的发生几 研制开发的远红外非接触式测温一计算机高速 率明显增加：当过热度超过35℃时，出现了2.5级 采集系统对距离弯月面12.2m处铸坯宽度方向 以上的三角区裂纹， 表面温度进行测量，发现1550mm宽的连铸坯距 3.0 边部100mm处的温度较I300mm连铸坯距边部 2.5 0 100mm处的温度高85.6℃. 熟2.0 0 1.5 00O0Q00 00 3三角区裂纹的控制原则 1.0 000000D0000 3.1C含量的控制 0.5 00 Hiromu Fujii对不同C含量的连铸坯的内部 0.0 裂纹进行了统计，结果见图5.可见，当[C]<0.15% 20 25 30 0 过热度/℃ 时，内部裂纹的发生率很低，在5%以下；当 图3三角区裂纹级数与中间包钢水过热度的关系 [C>0.15%时，内部裂纹的发生几率急剧上升到 Fig.3 Relationship between triangular zone cracks and 在40%以上.鉴于此，在生产该铸坯时，C含量应 the superheat of liquid steel in tundish 该按照控制范围的下限来控制，即控制为0.13%. 2.3拉速 100 图4为三角区裂纹与拉速的关系.其中，铸坯 980 的尺寸为230mm×(1300-1550)mm,[S]为0.015% 0.020%,过热度为30℃.可见，随着拉速的增加， 三角区裂纹呈现严重的趋势.当拉速小于1.30m/ % min时，裂纹级数在1.0级以下；当拉速超过1.30 m/min时，1.0级以上的裂纹比例为100%；当拉速 0 ● 0 0.05 0.100.150.200.25 达到1.40m/min时，出现了2.0级的三角区裂纹. [C]% 2.5 图5内部裂纹与碳含量的关系 2.0 00 Fig.5 Relationship between internal cracks and carbon content 1.5 OIOD 1.0 oC 3.2S和Mn含量的控制 0.5 对于硫含量的控制，如果增加脱硫的环节将 00000 CD 会增加成本而降低原本已经很低的利润，这是得 0 1.0 11 1.21.3 1.4 1.5 不偿失的.Hiebler)的研究表明可以通过控制 拉速/(mmin-) M[]来提高产生裂纹的临界应变而减少内 图4三角区裂纹与拉速的关系 部裂纹的发生，其结果见图6.可见，在[S]在 Fig.4 Relationship between triangular zone cracks and 0.015%~0.020%之间变化时，M血]应该控制在 casting speed 0.375%~0.500%的范围内.最好按照控制范围的 2.4断面宽度 上限来控制，即控制为0.450%， 实验发现，1550mm宽的连铸坯1.0级以上的 33中间包过热度的控制 三角区裂纹的比例为80%，而1300mm宽的连铸 由图2可以看出，在实际生产过程中，过热度 坯1.0级以上的三角区裂纹的比例为20%.其原 应该控制在25℃以下

朱国森等 铸板坯 三 角区裂纹 的影响 因 素 中 间包钢 水 过 热 度 图 为三 角 区裂 纹 与 中 间包钢 水过 热度 的关 系 其 中 铸 坯 的 尺 寸 为 刃。 叹 一 ， 拉速 为 公 ， 为 一 可 见 ， 当过 热度 增 加 时 ， 三 角 区裂 纹越来越严 重 当 过 热度 小于 ℃ 时 ， 裂纹 的级数 都在 级 以下 当过 热度 大 于 ℃ 时 ， 级 以上 裂 纹 的发 生 几 率 明显 增加 当过热 度超 过 ℃ 时 ， 出现 了 级 以上 的三 角 区裂 纹 『 一一一一 因是 在 浇铸 不 同断面 的铸 坯 时 ， 二 冷 强度 不 变 而 连 铸 机 二 冷 区 的喷 嘴 始 终分 布 在铸 坯 中心 和 距 中心 处 这 样 ， 对 于 宽断 面 铸坯 窄边 的 冷 却 就 比较 弱 在 实 际浇铸 刃。 。 宽 的铸 坯 过 程 中 ， 可 以看 到 ， 在 距 窄边 幻。 处 ， 铸 坯 表 面 出现 一 条 “ 亮 带 区 ” 采 用 北 京科技 大学冶 金 学 院 研 制 开 发 的远 红 外 非 接 触 式测 温一计 算机 高速 采 集 系 统’ 对 距 离弯 月面 处铸 坯 宽度 方 向 表 面 温度进 行 测 量 ， 发现 们。 宽 的连铸 坯距 边 部 处 的温度较 连 铸 坯距 边 部 处 的温 度高 ℃ 以〕 〕 艾〔 户 习 以〕 〕 三 角 区 裂 纹 的控 制原 则 含 量 的控 制 ，对 不 同 含量 的连铸 坯 的 内部 裂 纹进 行 了统 计 ， 结果 见 图 可 见 ， 当 巧 时 ， 内部 裂 纹 的 发 生 率 很 低 ， 在 以下 当 巧 时 ， 内部 裂 纹 的发 生 几 率 急剧 上 升 到 在 以上 鉴 于 此 ， 在 生 产 该铸 坯 时 ， 含量 应 该 按 照控 制 范 围的下 限来控 制 ， 即控制 为 戴娜旗器 一一 一一 一 一一‘ 一一一一 一口 过 热 度 ℃ 图 三 角区裂纹级 数 与中间包钢水 过 热度的关 系 加 拉速 图 为三 角 区 裂 纹 与拉速 的关 系 其 中 ， 铸 坯 的尺 寸 为 们。 一 ， 为 ， 一 ， 过热度 为 ℃ 可 见 ， 随着拉速 的增 加 ， 三 角 区裂 纹 呈现 严 重 的趋势 当拉速 小 于 时 时 ， 裂 纹 级 数 在 级 以下 当拉速 超 过 订 时 ， 级 以上 的裂 纹 比例 为 当拉速 达 到 州 时 ， 出现 了 级 的三 角 区裂 纹 一 一 一 哥州绷芝喊端郭 」【 门 图 内部裂纹 与碳含量 的 关系 啥 · 】 协 比 《 及 载蒯器端 卜 巨 ‘ 日‘ 一 一 ， 拉速 · 一 ， 图 三 角 区裂纹 与拉速 的关 系 馆 · ， 幻跨 肠 姗血 忱 断面 宽度 实验 发现 ， 刃曲。 宽 的连铸 坯 级 以上 的 三 角 区裂 纹 的 比例 为 ， 而 幻 宽的连 铸 坯 级 以上 的三 角 区裂 纹 的 比例 为 其 原 和 含量 的控制 对 于硫 含量 的控 制 ， 如 果 增 加 脱硫 的环 节 将 会 增加成 本而 降低 原本 己经 很低 的利润 ， 这 是得 不 偿 失 的 ’ 的研 究 表 明可 以通 过 控 制 【 匕」 〕 来 提 高 产 生 裂 纹 的 临 界 应 变 而 减 少 内 部 裂 纹 的发生 ， 其 结果 见 图 可 见 ， 在 在 刁 之 间 变 化 时 ， 四 」应 该 控 制 在 的范 围 内 最 好 按照 控制范 围的 上 限来 控 制 ， 即控 制 为 中 间包 过 热 度 的控 制 由图 可 以看 出 ， 在实 际 生产 过 程 中 ， 过 热度 应 该控 制在 ℃ 以下

044 北 京科技大学学报 2004年第1期 2.0 Mn/[s]<10 4结论 1.5 [MnMIS]25 .…MmyS]≥25 (I)三角区裂纹随着S含量、拉速、过热度和 1.0 断面宽度的增加而越来越严重 0.5 (2)在生产过程中[C]按下限控制，控制为 0.13%；[S]-0.015%0.020%时，Mn按上限来控 0 0 0.20.4 0.60.81.0 1.2 制，控制为0.45%：过热度控制在25℃以下：拉速 碳当量% 控制在1.30m/min以下. 图6临界应变与碳当量的关系 (3)对于宽断面的铸坯，必须增加其窄边的冷 Fig.6 Relationship between critical strain and carbon 却强度，消除“亮带区”. equivalent (4)保证支撑辊开口度偏差在0.5mm内是减 3.4拉速的控制 少三角区裂纹的根本措施， 由图3可以看出，在生产实际过程中，最大的 可行拉速是l.30m/min,也就是说在保证产量的 参考文献 前提下，拉速以不超过1.30m/min为宜. 1 Young M W,Tae J Y,Dong J S.New criterion for internal 3.5二冷配水制度 crack formation in continuously cast steels [J].Metall Ma- ter Trans B,2000,31B(8):779 鉴于不同断面铸坯的三角区裂纹程度的差 2 Yamanaka A,Nakajima A,Okamura K.Critical strain for 异，在生产宽断面的铸坯时，要么增加二冷强度， internal crack formation in continuous casting [J].Ironma- 要么改变各扇形段二冷水喷嘴的分布位置，或者 king Steelmaking,1995,22(6):508 在窄面增加喷嘴，从而加强对宽断面铸坯窄边的 3 Hiebler H,Zirngast J,Wolf MM.Inner crack formation 冷却，消除边部的“亮带区”，这样才能有效地控 in continuous casting:stress or strain criterion?[A].1994 制宽断面铸坯的三角区裂纹. Steelmaking Conference Proceedings [C].Chicago,1994. 3.6设备精度 405 文献[6)的研究表明连铸机支撑辊的对中和 4王新华，王万军，刘新宇，等，连铸二冷区铸坯表面 开口度的精度是影响内部裂纹的重要因素，当凝 温度准确测量方法P].中国专利，01141418.9. 2001-01-01 固末端支撑辊的开口度控制在0.5mm时，铸坯不 5 Hiromu Fujii,Tetsuro Ohashi,Takeshi Hiromoto.On the 会产生内部裂纹：当开口度超过标准值2.0mm internal cracks in continuously cast slabs [J].Trans ISIJ, 时，不对中引起的应变将会大于鼓肚引起的应 1978,18:510 变，从而很容易导致裂纹的发生：当支撑辊开口 6 Zhu G S,Wang X H,Yu HX.Strain in solidifying steel of 度超过标准值3.0mm时，不对中引起的应变将超 continuous casting slabs []J Univ Sci Technol Beijing, 过0.5%.因此在实际生产过程中，保证支撑辊的 2003,10(6:26 开口度偏差在0.5mm内十分必要 Influencing Factors on Triangular Zone Cracks in a Continuously Cast Slab ZHU Guosen,WANG Xinhua,YU Huixiang,WANG Wanjun Metallurgy Engineering School,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT The influencing factors on triangular zone cracks were obtained by analyzing the database of sulphur printing results of continuously cast slabs.The result indicates that triangular zone cracks get worse with the incre- asing of sulpher content,superheat,casting speed and width of the slab.On the basis of that,the responding control principles were proposed as follows.The content of carbon should be near to the lower limit 0.13%.When the con- tent of sulphur is between 0.015%and 0.020%,the content of manganese should be between 0.375%and .50%to assure the ratio of manganese to sulphur is above 25.The superheat of steel in tundish should be below 25'C and the casting speed below 1.3 m/min.It is very necessary to improve the intensity of secondary cooling in the narrow side of a wider slab and ansure the precision of continuously cast machine. KEY WORDS triangular zone crack;superheat;intensity of secondary cooling;continuously cast slab

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 － 【 』 －· 】 心 … … 协如 七 飞兰生兰兰 碳 当量脱 图 临 界 应 变 与碳 当量 的 关 系 哈‘ 施 七时 扮 拉 速 的控 制 由图 可 以看 出 ， 在生产 实 际过程 中 ， 最 大 的 可 行 拉 速 是 订 ， 也就 是 说在保 证 产 量 的 前提 下 ， 拉速 以不超 过 订 为宜 二 冷 配 水 制度 鉴 于 不 同 断 面 铸 坯 的三 角 区 裂 纹 程 度 的差 异 ， 在 生产 宽断面 的铸坯 时 ， 要 么 增加二冷 强度 ， 要 么 改变各扇 形 段 二冷水 喷嘴 的分布 位 置 ， 或 者 在 窄面增加 喷嘴 ， 从 而加 强对 宽断面铸坯 窄边 的 冷 却 ， 消 除边 部 的 “ 亮 带 区 ” 这样才 能 有 效地 控 制 宽断面 铸 坯 的三 角 区 裂 纹 设 备精 度 文 献 的研 究 表 明连铸 机 支撑 辊 的对 中和 开 口 度 的精度 是 影 响 内部 裂 纹 的重要 因素 当凝 固末 端 支撑辊 的开 口 度 控制在 时 ， 铸坯 不 会 产 生 内部 裂 纹 当 开 口 度 超 过 标 准 值 刃。 时 ， 不对 中 引起 的应 变 将会 大 于 鼓 肚 引起 的应 变 ， 从 而 很 容 易 导致 裂 纹 的发 生 当支 撑 辊 开 口 度超 过 标准值 时 ， 不对 中 引起 的应 变 将超 过 因此 在 实际 生 产 过程 中 ， 保证支 撑 辊 的 开 口 度 偏 差 在 内十 分 必 要 结论 三 角 区裂 纹 随着 含 量 、 拉速 、 过热度 和 断 面 宽度 的增 加 而越 来 越 严 重 在 生产 过 程 中 〔 按 下 限控 制 ， 控制 为 」 刁 时 ， 恤物 按上 限来控 制 ， 控 制 为 过 热 度控 制在 ℃ 以下 拉速 控 制在 订 以下 对 于 宽断面 的铸坯 ， 必 须 增加 其 窄边 的冷 却 强度 ， 消 除 “ 亮 带 区 ” 保证 支 撑 辊 开 口 度 偏 差 在 内是 减 少三 角 区裂 纹 的根 本措施 参 考 文 献 ， ’ 丫 月 ， ， 、 知 ， ， 的 【 ， ， ， 如 ， ， 王 新华 ， 王 万 军 ， 刘新宇 ，等 连 铸二 冷 区铸坯 表面 温 度 准 确 测 量 方 法 口 中 国 专 利 ， 一 一 ， ， 毛止 ， ， ， 如 ， 行协 月 ， ， 俐侧些芝珠 “ ， 汗月 “ 风 众王口” 环月 肠’ 耳男 ， 】 ， ， 」刀 丘‘ 叮 ， ， ， 五 加 ， 七刀 胡 ℃ 州 娜 加 娜 即 由