400 mm 特厚板坯 3D 喷淋技术开发与应用4.doc

400 mm 特厚板坯 3D 喷淋技术开发与应用 甄新刚1，朱志远1，杨建平1，李景光1，王玉龙1，刘 洋2，赵新宇2 ( 1． 秦皇岛首秦金属材料有限公司，河北 秦皇岛，066000; 2． 首钢集团 技术研究院，北京 100043) 摘 要: 分析了板坯厚度和 3D 喷淋技术对400 mm特厚板坯角横裂纹的影响。研究表明，对于 400 mm特厚板坯，钢的第Ⅲ脆性区的力学性能，是产生角横裂纹的内因; 矫直段铸坯角部冷却强度过大是形成角横裂纹的外因。在此基础上，提出了改善 400 mm 特厚板坯角横裂纹的有效措施，经实施应用后，明显减轻了 400 mm 特厚板坯角横裂纹缺陷，钢坯切角率降低到0． 35 %，有效改善了钢坯的表面质量。 关键词: 连铸; 特厚板坯; 角横裂纹; 矫直应变; 3D 喷淋技术 秦皇岛首秦金属材料有限公司( 以下简称“首秦公司”) 3 号铸机是引进西门子奥钢联的板坯连铸设备及冶金工艺技术，该铸机采用直弧形机型，带液芯连续弯曲-矫直，基本弧半径 11 m，冶金长度 45 m，产品规格为: ( 250、300、350、400)mm × ( 1600 ～ 2400) mm，年产量 110 万 t。 该铸机于 2010 年 6 月 29 日进行第一次热试，在生产调试的前 4 个月，400 mm 特厚板坯的角横裂纹发生率比较高，通过抽样检测 975 块钢坯，发现裂纹发生率达到了18 %，严重影响了首秦公司 3 号铸机的投产运行。为降低铸坯角横裂纹的发生率，为该铸机专门引进了奥钢联必威体育精装版研发的 3D 喷淋技术，本文针对 3D 喷淋技术的工作原理进行了较系统的研究，并对相关的工艺参数进行了合理的优化，明显降低了400 mm特厚板坯角横裂纹的发生率，改善了板坯的表面质量，确保了首秦公司 3 号铸机的正常运行。 1 角横裂纹的检测 首秦公司生产的板坯都要进行抽样检测，如果角横裂纹的长度超过规定范围，需要对抽检板坯的相应炉次进行切角处理。因此，以切角率来判断特厚板坯角横裂纹的发生状况。通过整理2010 年 7—10 月的钢坯清检记录，发现 400 mm特厚板坯的角横裂纹几乎都出现在板坯深振痕波谷处，裂纹跨角部开裂并向板坯的内弧面和窄面延伸，裂纹长度在 4 ～70 mm，每个板坯角横裂纹平均个数大约为 22 个。 2 板坯厚度对角横裂纹的影响 对 2010 年 7—10 月生产的工况条件相同的钢坯进行了统计分析，各断面的抽样钢坯均为500 块，发现板坯厚度对角横裂纹的影响非常显著，如图 1 所示。 由图 1 可见，随着板坯厚度的增加，切角率有明显增加的趋势，400 mm 特厚板坯的切角率最高，达到了17． 95 %。其原因在于: 首秦公司 3 号铸机生产的 400 mm 特厚板坯，角横裂纹主要集中出现在铸坯的内弧，说明角横裂纹的发生与坯壳在矫直段承受的载荷密切相关。对于相同的钢种，板坯厚度不同时，坯壳在矫直段受到的机械应力有很大的差异。蔡开科［1］等人的研究表明，板坯的厚度越大，坯壳承受的矫直应变越大，对于多点矫直的铸机，凝固前沿矫直应变计算公式为: 式中 ε 为矫直应变，%; d 为板坯厚度，mm; S 为坯壳厚度，mm; Rn-1、Rn为矫直半径，mm。由图 1 可见，400 mm 特厚板坯的矫直应变是 300 mm 中厚板坯的1． 8倍。因此，在较小的载荷作用下，400mm 特厚板坯更容易出现角横裂纹。 3 试验钢种的高温延塑性 板坯角横裂纹的产生与钢的高温延塑性密切相关。20 世纪70 年代以来，众多的冶金学者系统地研究了钢的高温力学性能［2-3］，结果表明: 从熔点附近到600 ℃存在3 个明显的脆性区域: 第Ⅰ脆性区的温度为熔点到1 200 ℃左右; 第Ⅱ脆性区的温度范围在900 ～1 00 ℃; 第Ⅲ脆性区的温度范围在 600～ 900 ℃ 。第Ⅲ脆性温度区主要在比较低的应变速率( ＜10－ 2/ s) 下出现，所以在矫直段板坯角横裂纹与第Ⅲ脆性区的脆化有着密切的关系。Sherby［4］在20 世纪 60 年代就曾对此现象进行研究，当时认为由于发生奥氏体向铁素体的相变，滑移系减少、变形不连续导致塑性降低。在奥氏体向铁素体转变时，容易在奥氏体晶界形成薄网状的铁素体。与奥氏体相比，铁素体的屈服强度较低，变形容易集中在铁素体中，在铁素体中形成空洞，空洞聚合长大，在奥氏体晶界发生断裂。 采用美国 DSI 公司制造的 Gleeble-1500 热模拟实验机测试不同温度下钢种的断面收缩率，以反映钢种的高温延塑性。试验钢种为 D36-1，从裂纹板坯上进行现场取样，测试结果如图 2 所示，表 1 为试验钢种的化学成分。可见，D36-1 钢的第Ⅲ脆性温度区间为 750 ～800 ℃。 4 3D 喷淋技术工作原理 为了有效解决 40