唐钢FTSC工艺连铸薄板坯内部裂纹的分析

1、唐钢FTSC工艺连铸薄板坯内部裂纹的分析    第32卷第1期河北理工大学学报(自然科学版) Vol132No112010年2月Journa l of Hebe i Polytechn ic Un iversity (Natural Science Edition) Feb. 2010文章编号: 167420262 (2010) 0120010206唐钢FTSC工艺连铸薄板坯内部裂纹的分析王硕明,孟秀梅(河北理工大学冶金与能源学院,河北唐山063009)关键词:薄板坯连铸;内部裂纹;孔洞缺陷摘要:结合FTSC薄板坯连铸工艺,最终找到造成孔洞缺陷的原因并对

2、连铸薄板坯的内部裂纹形貌、形成原因、工艺条件的影响进行深入研究,这对于控制连铸工艺过程、采取必要的技术措施、提高薄板坯质量、降低生产成本以及扩大产品品种都有重要的意义。中图分类号: TF 77711文献标志码: A唐钢集团公司引进了意大利达涅利公司开发的薄板坯连铸连轧工艺技术。唐钢1810线薄板坯连铸生产线采用FTSC工艺,以薄规格为主。该生产线的产品定位于供冷轧用的热轧低碳板卷和用于不同行业的品种钢。中碳SS400钢为该生产线的主要产品,同时生产有一定难度的和附加值较高的品种钢。FTSC薄板坯连铸工艺流程为:高炉镁粒铁水预脱硫LD转炉LF精炼FTSC薄板坯连铸机辊底式均热炉2R + 5F连轧

3、机组层流冷却卷曲机。该连铸工艺主要特点有:1)薄板坏连铸采用H2 结晶器,铸坯厚度为72 /92 mm,并可以实行厚度间的灵活转换;2)二次冷却采用拉速连锁模言之式,冷却均匀,并可以根据实际情况灵活调节水量;3)连铸机扇形段采用动态软压下技术,大大提高铸坯的质量;4)结晶器采用数据获取系统(MBDS) ,使结晶器透明化,可以降低生产事故率,铸坯质量好,尤其是可大大减少铸坯表面纵裂问题;2008年3月份、4月份唐钢第一钢轧厂1810线FTSC工艺连铸薄板坯连铸机生产出来的铸坯在轧制减薄过程中出现了批量轧制孔洞缺陷,由于该种缺陷首次出现,其他生产厂家也没有成熟的经验和技术可以借鉴。为了解决轧制孔洞

4、缺陷问题,唐钢技术中心决定成立课题组通过集中的试验研究找出该类缺陷产生的原因,进而通过技术攻关和工艺改进提出控制措施,从而提高热轧板带的成材率和质量。1实验方法1)在铸坯上有孔洞缺陷的位置取样,采用金相显微镜及扫描电镜观察裂纹特征,根据裂纹断口形貌及成分、金相组织、脱碳层及氧化层的特点,分析裂纹形成原因。2)根据裂纹形成原因分析,对薄板坯连铸机工艺参数进行调整,主要调整二冷区、液芯压下等参数,对比不同工艺条件下的连铸坯内部缺陷。3)通过不同工艺条件下铸坯缺陷对比,结合能谱分析,最终确定内部缺陷产生的原因,从根本上消除FTSC薄板坯内部缺陷,并据此优化FTSC薄板坯连铸机工艺参数。2实验结果及分

5、析211热轧板缺陷金相及扫描电镜分析针对SS400热轧板出现的轧制孔洞现象,在出现孔洞的热轧板32531A10上取有代表性的试样,在实收稿日期: 2009207215© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 验室开展如下分析:1)试样切取:把出现孔洞的热轧板放在线切割机上切取试样,试样及缺陷形貌如图1所示。图132531A10板材缺陷形貌由图1可知,板材缺陷处孔洞较大,沿轧制方向长约3 cm,宽约2 cm,边缘不光滑,完全轧透。2)试样加工:为了进一步分析孔

6、洞缺陷形成原因,在板材上切取1号, 2号, 3号, 4号四块试样,把每个小试样在150号、200号、500号、800号砂纸上磨制,并抛光,并在金相显微镜及扫描电镜下分析研究。3)金相显微镜分析:把4个小试样放在高倍显微镜下观察断口形貌,金相组织、脱碳层及氧化层的特点,借以辅助推断缺陷形成原因。把这4块试样放在金相显微镜下观察其形貌,具有代表性的1、3号试样缺陷形貌如图2、3所示。第1期王硕明,等:唐钢FTSC工艺连铸薄板坯内部裂纹的分析11© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All right

7、s reserved. 由图2、3可知,孔洞边缘没有出现明显的脱碳层及氧化层,这说明孔洞在轧制前(包括铸坯及加热炉中的加热状态中)没有和氧气接触而被脱碳氧化。导致这种缺陷有两种可能:一是大颗粒夹杂物引发的裂纹缺陷,在轧制中扩展,最终导致热轧板孔洞,二是铸坯内部(有缺陷,但在内部没被氧化)在轧制过程中逐渐显露,而最终导致孔洞的出现。4)扫描电镜及能谱分析:在扫描电镜下观察缺陷形貌,并进行能谱分析,进而确定缺陷产生的原因。电镜下观察试样1号、2号的缺陷形貌及能谱分析如图4、5,表1、2所示。图41号试样缺陷形貌及能谱图表11号试样缺陷处能谱成分表成分Na A Si S C K Ca Fe含量114

8、2 4136 1137 0169 0188 0133 0149 90147图52号试样缺陷形貌及能谱图表22号试样缺陷处能谱成分表成分Na Al Si S Cl K含量9175 7116 7100 60122 9187 610112 河北理工大学学报(自然科学版) 第32卷© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 从上述结果分析可知:1) 在扫镜电镜下,我们在试样缺陷边缘处进行了细致观察,没有发现尺寸较大的( > 20m)非金属夹杂物,这就排除了由于大

9、颗粒夹杂物引发轧制孔洞的可能。2)在孔洞周围的基体内,找到一些夹杂物,这些夹杂物大部分是氧化铝夹杂,为脱氧产物,且尺寸较小(25m左右) ,个别夹杂物含Si, Ti等,均为尺寸较小的脱氧产物。3) 经扫描电镜分析基本上排除了由于钢液卷渣,水口熔损等原因导致的夹渣引发的孔洞缺陷,应从铸坯内部缺陷上找原因。论文发表 212铸坯缺陷金相及扫描电镜分析为了从根本上确定孔洞缺陷成因,从铸坯金相结构分析入手,清查铸坯缺陷,并切取如图6所示的一块试样。图6铸坯试样形貌1)铸坯加工处理与分析取到铸坯试样后,将试样表面车平,然后用盐酸与水配比为1: 1的溶液对试样表面进行酸洗,酸洗时用电炉将试样加热至60度,时

10、间约为半小时。酸洗后试样侧面如图7所示。图7铸坯侧面图从图7中可看到该铸坯柱状枝晶发达,在铸坯厚度的1 /4与3 /4处出现了许多的中间裂纹及疏松,并沿铸坯的拉坯方向上大量出现,铸坯内部质量极差。2)铸坯金相组织分析为进一步分析铸坯缺陷,切取铸坯缺陷部分,应用金相显微镜和扫描电镜等检测手段对试样进行分析,分析结果如下。1)金相显微镜观察试样形貌如图8所示。第1期王硕明,等:唐钢FTSC工艺连铸薄板坯内部裂纹的分析13© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.

11、图8铸坯试样金相图2)在扫描电镜下观察铸坯其形貌及能谱分析如图9、表3所示。图9铸坯试样形貌及能谱分析表3铸坯试样能谱成分表成分Na Mg Al Si P S K Ca Cr Mn Fe含量2151 0179 3193 1166 0122 2104 0116 0179 0118 0134 87137从上述结果分析可知:1)热轧板及铸坯出现轧制孔洞的根本原因是铸坯出现了严重的内部缺陷,即中间裂纹。2)中间裂纹在内弧侧和外弧外均有出现,如果在铸坯厚度方向上内、外弧侧的中间裂纹重合,轧制时很难焊合,并在轧制过程中急冷层金属流动后出现孔洞。如果在铸坯厚度方向上内、外弧侧的中间裂纹不重合,随着轧制过程中

12、急冷层金属流动后,内弧侧(或外弧侧)轧漏而出现     翘皮。3)裂纹缺陷处基体以Fe为主,且S,Al等元素含量稍高,这说明裂纹处偏析严重,最后凝固的钢液中S元素呈正偏析。4)中间裂纹内部有一些小颗粒夹杂物,这是钢液在凝固过程中夹杂物未来得及去除而残留在钢液中,14 河北理工大学学报(自然科学版) 第32卷© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 并最终在中间裂纹处富集。3控制措施311控制理论分析1)中间裂纹位于铸坯

13、表面和中心之间的某一位置上,原因主要是:(1)由于铸坯凝固过程中不合适的二次冷却造成坯壳鼓肚,在凝固前沿受到张应力作用,在固液交界面出现裂纹,并沿柱状晶薄弱处继续扩展直到坯壳高温强度能抵抗应力为止。(2)扇形段对中不好、辊子变形等设备因素加剧了中间裂纹的形成。(3)不合适的软压下控制模式和较大的压下量使坯壳受到的应力增大,加重了铸坯本身的中间裂纹。2)由实验及研究的结果分析,对于铸坯中间裂纹缺陷,提出如下控制措施:(1)将压下终点向前提,以消除固相轧制,减少拉坯阻力,减轻铸坯内部缺陷;(2)减小扇形0段的压下量,将减小的压下量分配到其它扇形段中,以减轻或消除铸坯枝晶间裂纹的产生,并将铸坯枝晶间

14、的裂纹向中心移动,以提高铸坯表面无裂纹区厚度,如大于1520 mm以上,避免板卷孔洞缺陷的发生。 期刊发表312连铸机工艺参数调整1)通过调整拉坯速度对铸坯进行取样分析并结合浇注过程中的实际数据发现,轧制孔洞缺陷在连铸拉速415时出现较多,于是取310315 m /min、315410 m /min、410415 m /min、415510 m /min不同拉速范围内的铸坯试样进行对比分析发现,当拉速超过415 m /min,板坯内部缺陷变的非常严重,而浇注工况为4段结束的静态液芯压下,说明4段结束的静态液芯压下与415 m /min以上拉速不匹配。2)通过调整液芯压下参数,使用动态液芯压下,

15、并取拉速超过415 m /min铸坯试样,分别通过静态液芯压下和动态液芯压下铸坯低倍试样对比分析发现,使用动态液芯压下铸坯内部缺陷有所减轻,但使用动态液芯压下过程中仍出现了比较多的轧制孔洞现象。3)由于中间裂纹缺陷发生在距铸坯表面1015 mm左右,该厚度约为出结晶器的坯壳厚度,所以判定该缺陷大概发生在扇形0段,因此围绕0段开展研究,调整0段水量,将0段水量调整到最大,然后将0段水量下调20%,对比这两个工况条件下的铸坯内部质量情况。通过调整0段水量对比发现, 0段水量上调至100% ,铸坯内部缺陷有加重趋势,而0段水量下调20%,铸坯内部缺陷更加严重,说明0段对中存在问题,水量下降后铸坯产生

16、鼓肚,再加上液芯压下的作用,铸坯产生了更严重的内裂。而水量下降后结晶器液面产生比较大的波动,也能说明0段对中存在问题。4)通过拉坯速度、液芯压下、0段水量参数调整发现,由于0段对中存在问题导致铸坯出现中间裂纹。当拉速超过415 m /min时,铸坯的鼓肚倾向加重,在扇形段压下的双重作用下,使铸坯产生比较严重的内裂。正因为0段对中存在问题使整个二冷配水无法下调,因此4段结束无论采用静态液芯压下还是采用动态液芯压下,压下终点的铸坯固相率都超出了合适范围,造成铸坯内裂进一步加重。为了减轻铸坯内部中间裂纹,只能将压下终点往前提,并减少0段压下量。因此对液芯压下参数做了进一步调整,将压下终点提前到2段并

17、最终提前到3段。调整新的液芯压下参数后,铸坯质量有了明显改善,铸坯内部中间裂纹明显减轻,轧制孔洞缺陷明显减少。4结论通过以上取样分析和控制理论及参数调整可知,1)通过制订合适的研究方法,取出现孔洞缺陷的试样进行金相、酸洗和能谱分析,研究结果表明,发现板带出现孔洞缺陷的根本原因是铸坯出现了严重的内部缺陷中间裂纹。2)通过增加二冷水量和优化扇形段的各段压下量后,优化和改善了二次冷却制度和扇形段压下制度,使铸坯的中间裂纹得到了有效控制,板卷轧制孔洞缺陷基本得以控制,铸坯内部组织结构也得到了很大的改善,铸坯内部的中间裂纹缺陷明显减轻,大大提高了铸坯质量。(下转第19页)第1期王硕明,等:唐钢FTSC工

18、艺连铸薄板坯内部裂纹的分析15© 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. Research Progress of RefractoryM eta l Toughen ingM eta l S ilic idesGU I Yong2liang, SONG Chun2yan, HU B in2sheng( School ofMetallurgy and Energy, Hebei Polytechnic University, Tangshan Hebei 06

19、3009, China)Key words: refractory metal;metal silicide; toughnessAbstract:Characterized with the high melting2point, high elastic modulus, excellent combination of ductility andtoughness, high elevated2temperature strength and low thermal expansion coefficient etc1Refractory metals are aclass of ide

20、almaterial of increasing the toughness at room2temperature and high2temperature strength of metal sili2cides1 In this paper, the app lication and research p rogress of two refractorymetals,Mo and Nb, tougheningmetal sil2icideswere introduced in particular1(上接第15页)Study of Tanggangs FTSC Ca sting andIn ter ior Cracks of Th in SlabWANG Shuo2ming,MENG Xiu2mei(College ofMetallurgy and Energy, Hebei Polytechnic University, Tangshan Hebei 063009, China)Key words: continuous casting; i