45#板材表面及内部裂纹研究

孔明姣

（唐山中厚板材有限公司，河北 唐山 063000）

某公司50mm以上优质碳素结构钢板不能够保证探伤合格率，板材金相显示夹杂物含量较高主要以硫化物和硅酸盐夹杂为主，局部有微裂纹，部分板材客户使用时切开后内部有小缩孔，影响使用效果。连铸坯中心偏析较严重，评级在B2.0以上的占90%，有不同程度的中间裂纹。

高碳钢的高温特性和凝固特性，易导致铸坯产生中心裂纹与偏析，加之板坯连铸断面较大，当冷却收缩与相变膨胀两因素同时或单独作用时，在中高碳钢相对较低的塑性影响下，它比低碳钢更易形成裂纹。易导致铸坯产生中心裂纹与偏析，是优质碳素结构钢板生产的难点和控制的重点。

因此，控制钢水洁净度，减少铸坯中心偏析，消除中间裂纹成为攻关50mm以上厚度优质碳素结构板材内部质量的重点，同时也能够控制表面簇状裂纹的形成。

1 试验结果分析

取同浇次板坯低倍样、裂纹板材样进行金相分析

1.1 板材表面裂纹形态

图1 板材表面裂纹形态 图2 垂直于裂纹切开后的钢板断面形貌

板材表面裂纹形态为团簇状，裂纹开口由内向外逐渐变大，不规则分布于板材表面（图1）。裂纹端部较细，向内有一定程度的延伸。（图2）

1.2 该浇次板坯低倍情况

酸洗铸坯表面未发现裂纹。取铸坯低倍样分析，低倍评级：中心偏析A1.0，中间裂纹1.0，三角区裂纹0.5。如图3.1、3.2所示，铸坯中间裂纹长度为5-30mm,距铸坯表面20～30mm处；如图3.3、3.4，三角区裂纹长度约10～20mm，呈不规则分布。

裂纹有单条形式，也有成片分布，裂纹沿铸坯厚度方向延伸。通过对硫印和低倍跟踪检测发现。中间裂纹位于凝固的柱状晶区，始于固液凝固界面，属凝固界面出现的晶界裂纹[1]。主要是由于高温晶界处富集氧、硫、磷等杂质，降低了钢的高温强度和高温塑性[2]。

图3 45#铸坯低倍情况

1.3 从板材裂纹位置取样，进行金相分析

裂纹周围没有脱碳层。板坯表面如果有裂纹，在进入加热炉（温度1220～1300℃）后，裂纹处会有脱碳反应（大于700～800℃时），在金相组织中会观察到明显的脱碳层。

因此该裂纹是在轧制过程中表现于板材表面的。

2 原因及措施

2.1 控制钢水洁净度，减少铸坯中心偏析，消除中间裂纹

对于C含量低于0.20%的炉次按照后吹钢水控制，适当增加脱氧剂的加入量，加入铝锭进行深脱氧，精炼进站加铝线，用铝制脱氧剂脱氧，控制Mn/S≥20。转炉分两批加入顶渣，出钢过程中加石灰300kg+萤石100kg，出钢结束后加顶渣灰300kg+萤石100kg。

精炼软吹时间是否足够，关系到钢水中夹杂物上浮是否完全，直接影响钢水纯净度，①通过控制生产节奏保证软吹时间。②通过控制转炉钢水氩后温度大于1550℃，确保精炼进站温度减少精炼因升温占用的时间。厚规格优质碳素结构钢中Al元素极易与N结合形成AlN化合物，增加钢材的裂纹敏感性，恶化钢材内部性能。

优质碳素钢钢种为45#、50#钢，此类钢C含量较高，高碳钢的高温特性和凝固特性，易导致铸坯产生中心裂纹与偏析，加之板坯连铸断面较大，当冷却收缩与相变膨胀两因素同时或单独作用时，在中高碳钢相对较低的塑性影响下，它比低碳钢更易形成裂纹。

连铸过程是影响铸坯低倍的重要过程，针对中心偏析评级B2.0占90%以上，并伴随有中间裂纹、中心疏松做具体分析，找到问题点，各个击破。辊缝对弧、结晶器冷却方式、二次冷却、拉坯速度、浇注温度均成为制约这一结果的因素。

偏强的二冷会使连铸坯表面回热严重。表面回热产生在凝固面的拉伸应力导致铸坯内部缺陷，所以适当降低冷却强度选择合理的二冷制度，并配以强度较大的一次冷却（结晶器内的冷却）即：铸坯在结晶器内形成坯壳时给以强度较大的冷却条件，使其快速形成较厚的坯壳，铸坯出结晶器后，在二冷区前段采用弱冷，后段应保持铸坯表面温度不产生大的波动，减轻铸坯表面回热造成的中心偏析，甚至裂纹。

通过对标及现场数据的摸索，按照表面温度和铸坯鼓肚极限控制制度进行控制，对二冷区配水做了调整试验（比水量由原来的0.5L/kg降到0.45L/kg、0.4L/kg），在不同比水量的条件下对铸坯低倍情况进行对比分析。比水量0.4L/kg的炉次中心偏析评级B2.0以下的占30%，0.4L/kg的炉次中心偏析评级B2.0以下的占10%。

扇形段对弧、辊缝都是制约铸坯内部质量的关键控制点，细化对弧操作管理规定，在每次拉下后进行对弧保证扇段对弧精度。为解决铸坯低倍结果差的问题，对辊缝值进行了摸索，压下量大小的确定是由钢液在液态转变为固态过程的体积收缩所决定，各段的压下量分配至关重要，压下量偏小时，其压下量不能完全补偿坯壳的凝固收缩，仍将会存在较大的V形偏析，对于中心偏析和疏松改善不明显。而压下量过大，将导致铸坯的应变力和变形率过大，超出钢的高温应变极限后产生内部裂纹。

通过以上对多个控制点的控制，铸坯低倍得到了很大改善，方案实施以来，铸坯低倍未见裂纹及疏松，中心偏析评级未见A级，B2.0以下占80%。铸坯低倍得到了明显的改善。

2.2 优化轧钢工艺，减少内部裂纹

对于厚度大于50mm的厚规格优质碳素结构钢板，通过减少轧制道次，增大粗轧道次压下量，细化组织，减轻中心偏析，轧合一部分中间裂纹，最大限度的弥补连铸过程板坯的内部缺陷带来的危害，进而提高板材内部质量。

如60mm45#板材压下规程，由于其不保性能，在粗放式的管理下按照不保性能钢板轧制规程要求，粗轧道次压下量较小，不能够满足中心偏析较高的优质碳素结构钢板。通过分析铸坯情况，针对板材轧制道次压下量进行改进，通过多次试验最终确定表二中的压下规程进行推广，通过增加道次压下量有效地改善了板材内部质量。

3 结论及措施

①45#钢板表面团簇状裂纹是铸坯内部裂纹在轧制过程中受轧制力的作用扩展到表面形成的。②连铸机不对弧和开口度精度不够是铸坯内部裂纹产生的主要因素。③连铸机漏水使冷却强度过大，45#钢本身脆性较大，铸坯在运行、矫直过程中承受的机械应力过大，导致了内裂的产生。④成功实现了50mm～100mm规格优质碳素结构钢内部质量的提升。50mm以上厚规格优质碳素板材内部合格率98%。