徐柏东
摘 要：文章以薄板坯连铸中碳钢角横裂缺陷成因及控制为研究对象，首先对薄板坯连铸中碳钢角横裂缺陷成因进行了详细的分析，随后结合原因问题，提出了一些薄板坯连铸中碳角钢横裂缺陷的控制的措施以供参考。
关键词：薄板坯连铸；中碳钢角横裂缺陷；成因与控制措施
通过薄板坯生产的中高碳钢产品优点众多，主要表现为偏析轻、厚度薄、成分均匀优等，因此在我国机械加工生产领域中得到了广泛的应用。然而，在中高碳钢生产的前期，受自身碳质量分数较高、薄板坯连铸厚度薄、铸坯的裂纹敏感性较强等特性的影响，从而使得在实际生产中，铸坯的表面很容易出现横裂及边裂缺陷问题，薄板坯中高碳钢生产质量造成了严重的影响，因此有必要对薄板坯连铸中碳钢角横裂缺陷成因及控制进行分析研究，以提升连铸工艺与薄板坯中高碳钢生产质量。
1 薄板坯连铸中碳钢角横裂缺陷成因
热轧中碳宽带钢作为钢构件类型的一种，在我国机械加工生产、汽车零部件加工等领域中具有广泛的应用。该中碳钢主要化学成分有碳、硅、锰、磷、硫、铝。其中碳的质量分数占比最高，为0.51%；硫的质量分数最低为0.03%。在实生产过程中，有的薄板坯连铸中碳角钢边角部会出现有裂纹，裂纹一般呈横向发展，并垂直于拉坯方向，裂缝长度不均匀，在5～30mm范围内变化，宽度一般小于1mm。当产生的裂纹比较严重时，可凭人的肉眼就可以发现。一般情况下，裂纹藏于缺陷坯皮下1至2mm处，需要经过酸洗后才能发现。此外，在薄板缺陷坯的表面，经横裂轧制后，缺陷会演变成热轧板的“结疤”缺陷，一般与边部距离20～40mm，开裂形状为“∧”形，对于缺陷坯边角部细小横裂纹来说，主要表现为破边缺陷[1]。
为进一步探明缺陷产生的原因，截取热轧板缺陷部位，并利用金相显微镜对缺陷截面进行了观察，通过观察可发现裂纹自表层向钢基斜向深入，取多个截面进行观察，并未发现聚集分布的夹杂物，说明缺陷产生的原因与夹杂物没有直接的关系。与此同时，发现裂纹的内部充满了氧化铁，同时在周围存在很多的高温氧化物质，通过将这些物质利用硝酸酒精试剂（3%）进行浸蚀处理，发现是由铁素体薄层与渗碳体薄层交替叠压的层状复相物，也称之为片状珠光体，在裂纹的周围，具有明显的脱碳及晶粒长大特点，因此可认为，热轧中碳宽带钢表面的缺陷是由于铸坯表面的横向裂纹在经过热轧后，进一步扩展而形成的。
以典型的热轧中碳宽带钢50CrV4钢为例，在塑性区域良好与较差标准划分上，以断面收缩率60%为标准，大于等于60%，说明塑性良好，反之说明塑性较差。对于50CrV4钢来说，其一般存在两个温度脆性区，一个是温度在1281℃以上，为第Ⅰ脆性区，另一个是温度在650至945℃之间，为第Ⅲ脆性区。然后利用模拟编程工具Visual Basic对50CrV4钢铸坯凝固过程及温度分布进行了计算，原工艺条件为断面1250×70mm，过热温度为25℃，拉速3.5m/min。经计算表明，在原工艺条件下，50CrV4钢液芯末端在结晶器液面以下5.85m处，边角部在铸机弯曲与矫直处温度非常低，具体温度为850℃，在第Ⅲ脆性区，这是造成铸坯边角部裂纹的主要原因[2]。
2 薄板坯连铸中碳角钢横裂缺陷的控制的措施
2.1 优化二冷水
在薄板坯连铸二冷区处，一般会采用水冷喷嘴，通常二冷区的控制回路有17个，薄板坯沿着拉坯方向向下运动时，会自1.0回路（喷淋环）起，一直向下到回路7.2[3]。
通过利用薄板坯凝固仿真软件进行模拟计算，最终制定完成了二冷水量优化方案，首先适当降低二冷总水量，具体可降至3802L/min。对于中高碳钢铸坯来说，由于其自身传热性并不高，在出结晶器时，坯壳也比较薄，因此对水表进行了重新设计，使其增添了结晶器出口喷淋环，并在二冷第1段2～4排喷嘴处，增加了9.4%的水量，在二冷第1段处，增加了15%的水量，在二冷第2段处，增加了3%的水量，通过在上述位置处增加水量，可以使得坯壳得到有效的强化，以减少漏钢风险。另一方面，在二冷第3段～5段处，降低了25%至30%的水量，这样更有利于在后半段，铸坯进行回温。除此之外，以铸坯的实际宽度为依据，调整了二冷区水流密度，在二冷第4段6.1、6.2回路与二冷第5 段 7.1、7.2 回路边部，将水量降为原来的一半，以确保铸坯的边部具有足够的温度，可以有效防止因温度过低致使的铸坯边龟裂。
2.2 优化拉速
为使得铸坯表面的温度得到进一步的提升，在连铸过程中，可通过进一步提升高碳钢的拉速来实现。在原先的工艺条件下，拉速为3.5m/min，因此可以提升到4.0m/min，针对于小于1250mm的小端面，拉速可以提升至4.2m/min，与此同时，降低连铸过热度，原先工艺条件下的连铸过热度为30℃，可降低至20摄氏度以下，通过进一步提升拉速，一方面可以使得铸坯温度的得到快速的回升，另一方面对于高碳钢的生产效率提升也有着较为积极意义的影响。在通过进行拉速优化及二冷水优化后，经重新计算表明，薄板坯连铸50Cr V4钢在新的工艺条件下（断面1250×70mm，过热温度为20℃，拉速4m/min），铸坯液相末端位置得到了有效的延长，原先工艺条件下为5.85m，如今有效延长至7.6m，与此同时，在矫直段，坯边角部温度获得了明显的提升，由原来的850℃上升至950℃以上，从而可以有效避开了 50Cr V4 钢第Ⅲ脆性区，意味着上述角钢横裂缺陷也可以得到有效的避免与控制。
2.3 进一步促使铸机精度提升
为避免因铸机自身故障对精度造成影响，在实际生产过程中，可以通过制定《铸机开浇条件确认制度》，规定在每次完成结晶器的更换后，必须要重新对结晶器液位监测系统进行校准，与此同时，还应做好连铸浇注的保护工作，尤其是要避免钢水二次氧化产生“结瘤”，使得结晶器液位出现明显的异常波动，对结晶器液位的稳定性造成不利影响的同时，影响铸坯的整体质量。另一方面，围绕二冷段支撑辊对中精度较差、喷嘴存在堵塞或移位等问题，通过制定并执行《结晶器、扇形段维护管理制度》，明确结晶器和二冷段定期下线标准、维修精度标准与上线验收标准，在实际操作时，需要严格按照上述标准执行。在通过完成上述制度标准制定后，可以有效提升设备维护水平与精度，同时使得薄板坯连铸中碳角钢弧误差应小于0.5mm的设计要求得到了有效的满足，同时在相关制度严格执行的情况下，有效提升了设备运行的平稳性，减少了设备运行故障发生概率，提升了铸机设备的精度，基本消除了因铸机设备故障造成精度不稳而产生铸坯横裂纹缺陷问题，提升了铸坯碳角钢的生产水平与质量。
3 总结
综上所述，文章通过分析了碳钢角部横裂纹缺陷的具体形貌，并利用金相显微镜对缺陷具体特性进行观察分析。随后以典型的热轧中碳宽带钢50CrV4钢为例，在分析了其热塑性基础上，利用模拟编程工具Visual Basic对50CrV4钢铸坯凝固过程及温度分布进行了计算，通过计算结果得知具体缺陷原因，并结合上述分析提出了一系列的优化措施。
参考文献
[1]张剑君，张慧，席常锁，等.薄板坯连铸中碳钢角横裂缺陷成因及控制[J].钢铁，2017（11）：32-36.
[2]杨晓江.唐钢薄板坯连铸高碳钢65Mn的质量控制[J].中国冶金，2016，26（12）：36-39.
[3]于海涛.薄板坯含硼钢热轧卷边部裂纹形成原因与控制[J].金属世界，2014（6）：39-42.
