连铸坯表面纵裂纹控制蔡开科（北京科技大学）滴要无表面缺陷是连铸板坯的一个重要要求。表面纵裂纹可能在最终轧制产品上留下缺陷〔。本文评述了板坯表面裂纹的特征，表面纵裂纹形成原因，影响纵裂纹形成的工艺因素以及防止纵裂纹的技术措施。Ｔｈｅ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｕｒｆａｃｅ ＬｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌＣｒａｃｋｓ ｏｎ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｃａｓｔ ＳｌａｂＣａｉ ＫａｉｋｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｂｅｉｊｉｎｇ）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｉｌｅ ａｂｓｅｎｃｅ ｏｆｄｅｆｅｃｔｓｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｅｒｑｕｉｅｒｍｅｎｔｓ ｏｆ ｃｏｎｔｏｕｓｌｙ ｃａｓｔ ｓｌａｂ． ｓｕｒｆａｃｅ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｃｌａｃｋｓｏｎ ｃｏｎｅｎｕｏｕｓｌｙ ｃａｓｔ ｓｌａｂ ｍａｙ ａｐｐｅａｒａｆｔｅｒｏｒｌｌｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔ．ｔｏ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ． ｔｈｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｃｒａｃｋ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｒｅ ｖｅｙｒｃ ｏｍｐｌｅｘｅｓ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ， ｗｅ ｓｈａｌｌ ｅｒｖｉｅｗ： Ｃｒａｃｋ Ｃｈａｒ－ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ， Ｃｒａｃｋ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ， Ｃａｓｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｃｒａｍ人ａｎｄｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｏ ｆ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｃｒａｃｋ ｄｕｒｉｎｇ Ｃａｓｔｉｎｇ Ｐｒｏｃｅｓｓ．１板坯表面纵裂纹特征表面纵裂纹可能发生在板坯宽面中心区域或宽面到棱边的任一位置产生。图１为板坯 宽面中心区域的纵裂纹和纵裂纹的显微形貌。以２５０ｍｍ ｘ １２００ｍｍ （Ｃ ＝ ０．０８ ％）板坯为例：细小纵裂纹：宽度１一２ｍｍ，深度３二４ｍｒ ｎ，长１００ｍｍ左右。宽大纵裂纹：宽度１ ０一２０ｍｍ，深度２０一３０ｎａｎ，长度有几米，严重时会贯穿板坯而报废综合分析表明纵裂纹有以下特征： １１２川１１－ｙｆ１，Ｌ．ｆ｝＇１Ｉｙ （Ｉ１ ｀１＇｛一｛ 板ｉｆ中Ｌ图１板坯表面纵裂纹形貌１ ）产生纵裂纹的表面常伴有凹陷（ｄｅｐｒｅｓｓｉｏｎ），纵裂纹的严重性与表山凹陷相对应 ２）裂纹沿树枝晶于方向扩展。３）裂纹内发现含有硅、钙和铝等元素的夹杂物。 ４）在裂纹周围发现有Ｐ， Ｓ， Ｍｎ的偏析。５）在裂纹边缘出现有一定的脱碳层，说明裂纹是在高温下形成扩展的。 铸坯表面裂纹与中厚板表面缺陷关系： 板坯表面裂纹１一５ｎｖｎ深，当压缩比４． ２一６．８，产品裂纹深度为２ｎｕｎ｝ １００（〕块板坯轧制统计：中板厚度裂纹指数＜ ２０－０．３２２０－４０．－２．９８＞ ４０－１１．２５２板坯表面纵裂纹产生的原因板坯表面纵裂纹在连铸机内是如何产生的呢？ 板坯横断面低倍检验指出，纵裂纹起源于激冷层薄弱处（约２一３ｎｕｎ）结晶器的模拟试验指出，纵裂纹起源于结晶的弯月面区（ 几十毫米到１５０ｍｍ）周边坯壳厚度薄弱处。 这说明纵裂纹起源于结晶器的弯月面区初生凝固壳厚度的不均匀性。由于受力的作 用： 板坯凝固壳四周温度不均匀而产生的收缩力。板坯收缩由钢水静压力产生的鼓胀力。 宽度收缩受侧面约束产生的弯曲应力。 这些力的综合作用在坯壳上，当张应力超过钢的高温允许的强度，则就在坯壳薄弱处 萌生裂纹，出结晶器后在二冷区继续扩展。那么在结晶器弯月面区为什么坯壳厚度会生长不均匀呢？主要原因是： １１３ １）包晶相变（Ｌ十ｓ－ｒ）收缩特征，气隙过早形成，导致坯壳生长不均匀。２）工艺因素影响结晶的坯壳生长不均匀。 显然要防止产生纵裂纹，就是要使结晶的弯月面初生坯壳厚度均匀，避免坯壳产生应 力梯度。要做到这点，对于包晶相变的收缩特征是由Ｆｅ－Ｃ相图决定的，人为无法改变，而重要的是准确控制影响结晶的初生坯壳生长的工艺因素和结晶器热工作状况，来防止板坯产生纵裂纹３影响表面纵裂纹产生的因素３．１钢水成分 ［Ｓ］ ＞０．０１５％，纵裂纹增加（图２）；Ｍｎ／Ｓ升高，纵裂纹降低（图３）； ［Ｃ」二０． １２％一０．１５％，纵裂纹产生严重（图４）；包晶相变钢Ｓ－７转变，收缩大，气隙过早形成，坯壳折皱，结晶器热流不稳定，坯 壳厚度生长不均匀性加重。０．００５ ０．０１０ ００１５００２０ ００２５钢包中「 ５１Ｎ／．图２钢中［Ｓ］与裂纹指数的关系韶理爵部翻豁藩０ ０１ ０２让３ ０４ ０５Ｃｊ％ 图３Ｍｎ／５对纵裂的影响图４含碳量，保护渣私度和板坯厚度对宽面纵裂纹的影响 １１４３．２拉速 拉速增加，纵裂纹指数增加（图５）拉速增加，渣膜厚度减少（图６） ０保护渣Ａ１４ｋ’。「凑…毕。，ｌ ＇Ｏ Ｉ ．Ｉ １．２ １．３２３３．３保护渣 液渣层厚度＜ｌｏｍｍ，纵裂纹增加（图７）０高凝固温度和高结晶器温度的保护渣，减少结晶器弯月面传热可使纵裂发生率减少 ５０％．３．４结晶器液面波动液面波动＜士５ｍｍ，纵裂纹最少（图８）０ 翻理倒劫郁疽名拉诬／ ．－０拉谏了曰・ｍｌｎ图５拉速对纵裂纹的影响图６拉速对渣膜厚度的影响二匕．Ｅ‘￣浏邓渊者翻靶岛礴厄器士５ ５－７ ７－１０ １０－１２ ＞１２钢液面波动范围加ｍ液渣层厚度ｉｍｍ图７液渣层厚度对纵裂纹的影响图８结晶器液面波动对纵裂纹的影响１１５液面控制方式对纵裂纹影响如图９０ ３．５结晶器热流和冷却如图１ ０所示，９０ｍｍ ｘ ｌ０００ｍｍ板坯结晶器弯月面以下４５二热流与纵裂纹指数关系。仄一１１ｍ４ＥＱｖｋｚｉｆ１ｗｌ： ／／ 、尹、、 ：一涡流ｂ／．、 ．、、 ．． １０ｘ ｍ＾２０ｘ１０＾ 手动热电偶热流４｝１－（．Ｉ－ｈｒ，口曰。翼气．１．．１‘丫ｅｓ．上ｌｅｓ０１－ｊＪ才产了ｄ．／ 图９液面控制方式对纵裂纹的影响 图１０铸坯热流对纵裂指数的影响 低碳钢（０． ０５％Ｃ），结晶器热流＞６０ｃＷｃｍ２＂ｓ （２．１ＭＷ／ｍ２），纵裂纹增加；中碳钢（ ０． １１％Ｃ），结晶器热流＞４１ｃ｝ｃｍ２＂ｓ （１．７ＭＷ／ｍ２），纵裂纹增加。２ ５０ｍｍ ｘ １４００ｍｍ板坯，结晶器的宽面平均热流与板坯纵裂指数如图Ｉ１。结晶的侧面 热流与纵裂纹指数如图１２０ｌ—４ｅｎｗｏＡｌＬ 么００夕么ｏ ｅ ０，ｆ．ｍＮＢ吞 ＂剔占Ｏ ｛，一ｔ鹭，岛‘’ｏＯ＂黔ａ、，｝ｋ；者。目乞－００ｏ二飞“｀ｉｆｎ忽八‘ＯＮ １０！２ 甸‘１．４Ｉ６辰Ｉ月０．７ ０９’介和加．１ＡＭｍ１ｗ曲１．５ １７平均热流／ＭＷ．ｍ一２＋Ｗ｝１３．．图ＩＩ宽面铜板热流与裂纹的关系图１２侧面铜板热流与裂纹的关系 由图可知：结晶器的宽面铜板平均热流为１．４一１．６ＭＷｉ扩，侧面平均热流为１．１１．３ＭＷ／甘板坯表面纵裂纹发生率最小。图１ ３和图１４分别为结晶器两宽面铜板和两侧面铜板热流差值与板坯纵裂纹关系。 由图可知，对称铜板热流差值控制在，０．０５ＭＷ／时时，板坯表面纵裂纹发生率较小这说明对称铜板导出热量相近凝固坯壳厚度生长均匀。１１６翻理韶部翠者武妻０．１５－０．１０ －０ ０５ ０００５ ０．１０ ０．１５ ０２０平均热流Ｐ值ＭＷ－Ｚ平均热流差值厂Ｍｗ一ｍ一２图１ ３宽面铜板热流差值与裂纹的关系图１４侧面铜板热流差值与裂纹的关系 侧边铜板热流与宽边铜板热流之比为０．８－０．９时板坯表面纵裂纹最小（图１５）。如比值太小，说明侧面铜板热流过低，凝固坯壳厚度较薄，钢水静压力作用使侧面鼓胀，加大了宽面坯壳变形，在薄弱处产生微裂纹。如比值过大，说明侧边热流过高，侧边凝固坯壳生长过厚，当宽面鼓肚时，侧边不能随之收缩而导致宽面坯壳薄弱处应力集中产生微细裂纹。 结晶器弱冷，有利于减少纵裂纹（图１６）。某厂板坯结晶器水量减少（由１００％降至８７％），二冷强度由１００％降至８０％，纵裂指数由１．９２降至０．５１０纵裂长度：５ －１０，，．州任 ‘．１１／一￣、。００｝・令 －＼强冷 韶理邓、口户簇七翻＼部荡｜侧面热流２宽面热流ｘ１００．，０．０５压ｔｏ ０１５ ０２０含碳盈ｒｖ％图巧侧面热流与宽面热流比值与裂纹关系图１６结晶器弱冷对小纵裂纹的影响３．‘结晶器的锥度 锥度＜０．８％／ｍ，侧面凸出，角部纵裂；锥度＞０． ８％／ｍ，侧面凹人￣无角部纵裂板坯角部纵裂纹与出结晶器宽面鼓肚有关。宽面鼓肚而侧面随之收缩（凹人），则无 １１７角部纵裂纹，而窄面凸出则有角部纵裂纹。强化足辊宽面冷却，减弱侧面冷却可消除角部纵裂纹。 ３．７结晶器振动 振痕浅，无角部纵裂纹；振痕深，角部纵裂纹增加； 负滑脱时间， Ｎ值增大，板坯表面纵裂纹升高；ｔＮ ＝ ０．２一。３ｓ，纵裂纹降低。３．８结晶器钢液流动 水口对中，防止产生偏流；水口材质浸蚀，出口流股不对称，造成偏流。水口插人深度合适。 ３．，结晶器变形 对于小方坯常出现角部纵裂纹（靠近角部棱边或离开角部１０ － １５ｍｍ），它是与凝固前沿热撕裂有关的。它的产生决定于： 方坯菱变；结晶器圆角半径Ｒ （Ｒ大，纵裂沿棱角；Ｒ小，纵裂离开角部）；结晶器变形与磨损。 保持结晶器合适锥度，较大的圆角半径（Ｒ＝６一８ｍｍ），准确对弧和支撑，防止结晶 器磨损，均匀的冷却等可消除小方坯角部纵裂。３．１０出结晶器下口的冷却 足辊和零段二冷水过强，板坯宽面纵裂加剧，如水流密度由１１０Ｕｍｚ＂ ｍｉｎ降到６０１／ｍ２ ＂ ｍｉｎ，纵裂指数由２降到零。４防止表面纵裂纹措施防止纵裂纹产生的根本措施，就是使结晶器弯月面区域坯壳生长厚度均匀。４．１结晶器初始坯壳均匀生长热顶结晶器（弯月面区热流减少５０％－６０％）０波浪结晶器（弯月面区热流减少１７％－２５％）０结晶器弱冷。合适结晶器锥度。对于板坯：为补偿结晶器宽面凝固壳收缩，侧面给出线性锥度，如图１７所示，应满足：２邺Ｗ ＝ａ（Ｔ，一孔）式中Ｗ—板坯宽度１１８ａ－钢收缩系数ｘ １０一“／℃； Ｔ，—结晶器弯月面凝壳温度；Ｔｚ —出结晶器坯壳温度。 由上式可求出△Ｗｏ对于方坯：用管式结晶器由单锥度（０． ６％／ｍ，０．７５％／ｍ）￣多锥度（结晶器上部１．４一２．３％／ｍ，结晶器日曰一曰曰口下部０．６％／ｍ－０．８％／ｍ）￣抛物线锥度。控制结晶器窄面热流与宽面热流比值为０． ８一０．９，以减少板坯纵裂纹。图１７侧面线性锥度调节结晶器水量和进出水温度，控制结晶器弯月面铜 板温度为恒定值。４．２结晶器钢水流动的合理性液面波动土３一土５ｍｍ； 水口对中； 浸入式水口设计（合适的出口直径，倾角）；水口插人深度。 ４．３结晶器振动合适的ｔ Ｎ； 合适的频率和振幅；振动偏差（纵向，横向＜０． ２ｍｍ） ｏ４．４合适的保护渣选用保护渣的原则是： 对结晶器坯壳表面易产生凹陷（纵裂）和粘结的钢种，凹陷钢（ 包晶钢）粘结钢热流控制 摩擦力控制固体渣层厚度 液渣膜厚度较高熔点 低熔点较高猫度 低勃度较高结晶温度（高碱度） 低碱度（玻璃性）除设计合适的保护渣组成和熔化性能外，在生产上， 根据浇注钢种和拉速，控制好：Ｉ＂ ｖ（猫度・拉速）二。．２一ＯＡＰｓ ＂ ｓ ＂ ｍ／ｍｉｎｏ 结晶器钢液面上液渣层厚度１０一１５｝ａ均匀渣膜厚度（ｄ二０． ９５． Ｖ｝ １．４７）．合适渣子消耗（ （０．３一０．５ｋｇ／ｍＺ）ｏ４．５出结晶器铸坯运行结晶器与零段的支撑； １１９冷却均匀性。 ４．６控制合适的Ｓ和Ｍｎ／Ｓ控制合适的Ｓ和Ｍｎ ／ｓ，必要时在保证力学性能条件下，把钢中碳按上限控制，以避开包晶反应区。５结论 板坯表面纵裂纹是在结晶的弯月面区凝固坯壳厚度生长不均匀，在坯壳薄弱处应力集中产生的，在二冷区扩展。影响纵裂纹产生的因素是极其复杂的。要结合连铸机的工艺条件具体分析，找出有效 对策防止纵裂纹产生。参考文献１ Ｎ． Ｓ． Ｈｕｎｔｅｒ ｅｔ ａｌ，结晶器冶金对包晶钢表面缺陷影响．Ｈｅｖａｅ ｄｅ Ｍｅｔｎｌｌｕｒｇｙ－ＣｒＴ， Ａｖｄｌ １９９９２ Ｔ． Ｊ． Ｈ． Ｂｉｌａｎｙ ｅｔ ａｌ，连铸坯表面裂纹．Ｉｍｎｍａｋｉｎｇ ａｎｄ Ｓｔｅｅｈｎａｋｉｎｇ， Ｖ． １８． １９９１３ Ｔ． Ｅｍｉ ｅｔ ａｌ，结晶器初生凝固壳渣膜传热．ｋ４Ｕ Ｉｎｔｅｒ． Ｖ． ３８． １９９８４． Ｈ． ｙａａｒａ－ｗｙｅ ｅｔ ａｌ，连铸板坯浸人式水口对纵裂纹影响．１９９４年欧洲连铸会议文集５朱志远．连铸板坯纵裂纹机理及控制方法．北京科技大学博士论文２００２６蔡开科．连铸坯裂纹．北京科技大学学报Ｖ． １５， １９９３１２０
