论文部分内容阅读
[摘 要]针对35CrMo连铸圆管坯产生的表面纵向裂纹，从生产工艺、裂纹的宏观形貌、气体含量、低倍组织和金相组织等方面进行了分析。结果表明：凝固坯壳不均匀及钢中气体含量偏高是造成圆管坯表面纵向裂纹形成的根本原因，提出了防止连铸圆管坯表面纵向裂纹形成的措施。
[关键词]35CrMo；圆管坯；表面纵向裂纹
中图分类号：TM173 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）31-0399-01
沿拉坯方向产生的表面纵向裂纹是弧形连铸圆管坯生产中比较严重的一种表面质量缺陷，裂纹裂开到一定程度会产生漏钢缺流的生产事故，对连铸设备造成较大的损害；同时，带有表面纵向裂纹质量缺陷的圆管坯也是造成轧管管体产生外折叠的主要原因[1]。
2014年3月17日衡阳华菱钢管有限公司（以下简称衡钢）弧形连铸机生产的∮180mm规格35CrMo连铸圆管坯出现了批量性的表面纵向裂纹缺陷，导致了恶性的质量事故，给公司造成了较大的经济损失。因此，研究35CrMo连铸圆管坯表面纵向裂纹产生的原因，从而为改善连铸圆管坯的质量提供依据，以避免产生同类恶性质量事故。
1 生产工艺及连铸机技术参数
根据衡钢工艺装备条件确定的35CrMo连铸圆管坯工艺流程为：废钢+50%铁水→45tEBT→45tLF→CC→检验入库。
2 表面纵向裂纹检验分析
2.1 表面纵向裂纹宏观观察
2014年3月17日一个浇次生产7炉∮180mm规格35CrMo连铸圆管坯，送检200支，其中因圆管坯表面纵向裂纹质量缺陷判废100支，圆管坯检验废品率达50%，其中一个炉号的圆管坯全部判废。在检验现场观察到，35CrMo连铸圆管坯表面纵向裂纹分布区域基本一致，呈一条直线断断续续出现在圆管坯侧弧位置处。部分圆管坯火焰切割端面也存在裂纹，说明裂纹在切割前已产生。
图1为35CrMo连铸圆管坯表面纵向裂纹宏观形貌。表面纵向裂纹长短不一，由几毫米至1米不等。坯壳裂纹处振痕清楚，裂纹细小，两边无凹陷形貌。
2.2 酸浸试验
在圆管坯表面纵向裂纹缺陷处锯切一块20mm厚的横向试样做热酸浸蚀试验，其结晶组织如图2所示，圆管坯结晶组织自表面至中心由表层细小等轴晶区、柱状晶区、中心等轴晶区三部分组成。图中所示裂纹位于坯壳表层细小等轴晶区，裂纹尖端没有深入相邻柱状晶区。
圆管坯初生坯壳激冷层的表层细小等轴晶区不均匀，呈现左弧等轴晶层最薄，有裂纹缺陷，右弧最厚，内外弧从右弧呈对称性周向减薄，说明铸坯在结晶器时初生坯壳不均匀凝固。在坯壳薄弱处的细小等轴晶在冷却过程中固相收缩产生周向应力，这是裂纹产生的敏感区域。
2.3 金相分析
在所取圆管坯低倍试样同一横截面切取2个相邻金相试样，分别为1#、2#试样，其中2#试样为裂纹缺陷样。将试样观察面打磨、抛光，经4%硝酸酒精溶液侵蚀后，用金相显微镜观察其金相组织和裂纹扩展形貌。
1#试样的金相组织如图3，其组织为先共析铁素体+贝氏体+珠光体，属正常组织。
图4为2#试样裂纹横截面金相图，裂纹开口较宽，纵向深度约3mm，尖端较钝，呈圆秃形。裂纹走向为沿晶扩展，沿奥氏体晶界的先共析铁素体带内扩展，没有非金属夹杂物富集。裂纹周围无脱碳现象，说明圆管坯表面纵向裂纹产生的温度相对较低，如在结晶器内高温环境下钢中凝固过程中产生，裂纹处会产生较严重的脱碳，且裂纹处会含有Na、K的保护渣成分[2]。根据钢的高温性能研究推測，圆管坯表面纵向裂纹产生的温度低于900℃，而高于600℃。此温度区间为钢的低温脆化区，钢的延塑性呈下降趋势，与铸坯表面裂纹的产生有着较为密切的关系。
3 讨论
上述检验分析认为，35CrMo连铸圆管坯产生表面纵向裂纹有二个主要因素：一是圆管坯凝固坯壳不均匀，二是钢中气体含量偏高。
3.1 圆管坯凝固坯壳不均匀
在坯料检验中发现，圆管坯表面纵向裂纹有规律的产生在侧弧位置，且一炉铸坯因裂纹全部判废，说明在4个流生产的铸坯都有裂纹产生。同时，低倍检验发现圆管坯凝固坯壳不均匀，侧弧裂纹处凝固坯壳较薄。主要是中间包整体浸入式水口与结晶器对中不良，偏向侧弧，钢流冲刷凝固壳出现重熔导致局部坯壳过薄。
圆管坯凝固坯壳不均匀的影响因素较多，需要采取以下措施确保凝固坯壳均匀：
（1）稳定钢中吊包温度，确保炉与炉之间中间包钢中过热度在连铸工艺控制范围内；
（2）提高钢中洁净度，防止浸入式水口因结瘤造成偏流；
（3）提高整体浸入式水口抗侵蚀能力，防止耐材侵蚀造成出口钢中流股不对称；
（4）提高中间包整体浸入式水口安装质量，确保浸入式水口垂直度、流间距精度符合工艺控制要求；
（5）连铸生产确保整体浸入式水口在结晶器对中质量，不偏流；
（6）结晶器保护渣使用性。
3.2 钢中气体含量较高
从35CrMo钢生产工艺流程可知，35CrMo钢在精炼工序是非VD处理钢种，2014年3月份使用在线定氢仪抽检了9炉钢的氢含量，检测结果显示w（H）最高达到了4.3×10-6，最低为2.2×10-6，平均为3.6×10-6。说明非VD处理的35CrMo钢在精炼终点钢中氢含量较高且极不稳定，主要原因就是3月份雨水多、空气湿度较大，造成原辅材料如造渣材料石灰、合成渣等受潮，废钢生锈，另外合金烘烤能力不足、电炉电极喷淋水过大、设备漏水和废钢工序配入湿润的水泼渣钢等也会造成钢中增氢。
4 结论
（1）中间包整体浸入式水口与结晶器不对中，偏向侧弧，导致35CrMo钢圆管坯凝固坯壳不均匀，在坯壳薄弱处的细小等轴晶区产生较大的应力集中，形成裂纹产生的敏感区域。
（2）35CrMo钢气体含量偏高，特别是w（H）含量超过临界值，在氢陷井处产生氢致裂纹，并由内向外扩张到坯壳表面形成表面纵向裂纹。
（3）降低钢中气体含量、保证圆管坯凝固坯壳均匀是防止35CrMo连铸圆管坯表面纵向裂纹形成的有效措施。
参考文献
[1] 魏军，洪慧平，廖向军等.37Mn5钢管外折叠成因分析和工艺控制[J].特殊钢.2010，31（1）：30-32.
[2] 蔡开科.连铸坯质量控制[M].北京：冶金工业出版社，2010：180-182.
[3] 孙彦辉，赵长亮，蔡开科等.连铸板坯表层网状裂纹的成因研究[J]﹒中国冶金.2008，18（4）：15-20.
[4] 李秀艳，李依依编著，奥氏体合金的氢损伤[M].北京：科学出版社，2003：13-25.
[5] 黄振东.钢铁金相图谱[M].广东：中国科技文化出版社，2005：1224.
作者简介
李恒华（1983-），男，汉族，贵州六盘水，助理工程师，现从事炼钢连铸工艺技术和质量管理工作。
[关键词]35CrMo；圆管坯；表面纵向裂纹
中图分类号：TM173 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）31-0399-01
沿拉坯方向产生的表面纵向裂纹是弧形连铸圆管坯生产中比较严重的一种表面质量缺陷，裂纹裂开到一定程度会产生漏钢缺流的生产事故，对连铸设备造成较大的损害；同时，带有表面纵向裂纹质量缺陷的圆管坯也是造成轧管管体产生外折叠的主要原因[1]。
2014年3月17日衡阳华菱钢管有限公司（以下简称衡钢）弧形连铸机生产的∮180mm规格35CrMo连铸圆管坯出现了批量性的表面纵向裂纹缺陷，导致了恶性的质量事故，给公司造成了较大的经济损失。因此，研究35CrMo连铸圆管坯表面纵向裂纹产生的原因，从而为改善连铸圆管坯的质量提供依据，以避免产生同类恶性质量事故。
1 生产工艺及连铸机技术参数
根据衡钢工艺装备条件确定的35CrMo连铸圆管坯工艺流程为：废钢+50%铁水→45tEBT→45tLF→CC→检验入库。
2 表面纵向裂纹检验分析
2.1 表面纵向裂纹宏观观察
2014年3月17日一个浇次生产7炉∮180mm规格35CrMo连铸圆管坯，送检200支，其中因圆管坯表面纵向裂纹质量缺陷判废100支，圆管坯检验废品率达50%，其中一个炉号的圆管坯全部判废。在检验现场观察到，35CrMo连铸圆管坯表面纵向裂纹分布区域基本一致，呈一条直线断断续续出现在圆管坯侧弧位置处。部分圆管坯火焰切割端面也存在裂纹，说明裂纹在切割前已产生。
图1为35CrMo连铸圆管坯表面纵向裂纹宏观形貌。表面纵向裂纹长短不一，由几毫米至1米不等。坯壳裂纹处振痕清楚，裂纹细小，两边无凹陷形貌。
2.2 酸浸试验
在圆管坯表面纵向裂纹缺陷处锯切一块20mm厚的横向试样做热酸浸蚀试验，其结晶组织如图2所示，圆管坯结晶组织自表面至中心由表层细小等轴晶区、柱状晶区、中心等轴晶区三部分组成。图中所示裂纹位于坯壳表层细小等轴晶区，裂纹尖端没有深入相邻柱状晶区。
圆管坯初生坯壳激冷层的表层细小等轴晶区不均匀，呈现左弧等轴晶层最薄，有裂纹缺陷，右弧最厚，内外弧从右弧呈对称性周向减薄，说明铸坯在结晶器时初生坯壳不均匀凝固。在坯壳薄弱处的细小等轴晶在冷却过程中固相收缩产生周向应力，这是裂纹产生的敏感区域。
2.3 金相分析
在所取圆管坯低倍试样同一横截面切取2个相邻金相试样，分别为1#、2#试样，其中2#试样为裂纹缺陷样。将试样观察面打磨、抛光，经4%硝酸酒精溶液侵蚀后，用金相显微镜观察其金相组织和裂纹扩展形貌。
1#试样的金相组织如图3，其组织为先共析铁素体+贝氏体+珠光体，属正常组织。
图4为2#试样裂纹横截面金相图，裂纹开口较宽，纵向深度约3mm，尖端较钝，呈圆秃形。裂纹走向为沿晶扩展，沿奥氏体晶界的先共析铁素体带内扩展，没有非金属夹杂物富集。裂纹周围无脱碳现象，说明圆管坯表面纵向裂纹产生的温度相对较低，如在结晶器内高温环境下钢中凝固过程中产生，裂纹处会产生较严重的脱碳，且裂纹处会含有Na、K的保护渣成分[2]。根据钢的高温性能研究推測，圆管坯表面纵向裂纹产生的温度低于900℃，而高于600℃。此温度区间为钢的低温脆化区，钢的延塑性呈下降趋势，与铸坯表面裂纹的产生有着较为密切的关系。
3 讨论
上述检验分析认为，35CrMo连铸圆管坯产生表面纵向裂纹有二个主要因素：一是圆管坯凝固坯壳不均匀，二是钢中气体含量偏高。
3.1 圆管坯凝固坯壳不均匀
在坯料检验中发现，圆管坯表面纵向裂纹有规律的产生在侧弧位置，且一炉铸坯因裂纹全部判废，说明在4个流生产的铸坯都有裂纹产生。同时，低倍检验发现圆管坯凝固坯壳不均匀，侧弧裂纹处凝固坯壳较薄。主要是中间包整体浸入式水口与结晶器对中不良，偏向侧弧，钢流冲刷凝固壳出现重熔导致局部坯壳过薄。
圆管坯凝固坯壳不均匀的影响因素较多，需要采取以下措施确保凝固坯壳均匀：
（1）稳定钢中吊包温度，确保炉与炉之间中间包钢中过热度在连铸工艺控制范围内；
（2）提高钢中洁净度，防止浸入式水口因结瘤造成偏流；
（3）提高整体浸入式水口抗侵蚀能力，防止耐材侵蚀造成出口钢中流股不对称；
（4）提高中间包整体浸入式水口安装质量，确保浸入式水口垂直度、流间距精度符合工艺控制要求；
（5）连铸生产确保整体浸入式水口在结晶器对中质量，不偏流；
（6）结晶器保护渣使用性。
3.2 钢中气体含量较高
从35CrMo钢生产工艺流程可知，35CrMo钢在精炼工序是非VD处理钢种，2014年3月份使用在线定氢仪抽检了9炉钢的氢含量，检测结果显示w（H）最高达到了4.3×10-6，最低为2.2×10-6，平均为3.6×10-6。说明非VD处理的35CrMo钢在精炼终点钢中氢含量较高且极不稳定，主要原因就是3月份雨水多、空气湿度较大，造成原辅材料如造渣材料石灰、合成渣等受潮，废钢生锈，另外合金烘烤能力不足、电炉电极喷淋水过大、设备漏水和废钢工序配入湿润的水泼渣钢等也会造成钢中增氢。
4 结论
（1）中间包整体浸入式水口与结晶器不对中，偏向侧弧，导致35CrMo钢圆管坯凝固坯壳不均匀，在坯壳薄弱处的细小等轴晶区产生较大的应力集中，形成裂纹产生的敏感区域。
（2）35CrMo钢气体含量偏高，特别是w（H）含量超过临界值，在氢陷井处产生氢致裂纹，并由内向外扩张到坯壳表面形成表面纵向裂纹。
（3）降低钢中气体含量、保证圆管坯凝固坯壳均匀是防止35CrMo连铸圆管坯表面纵向裂纹形成的有效措施。
参考文献
[1] 魏军，洪慧平，廖向军等.37Mn5钢管外折叠成因分析和工艺控制[J].特殊钢.2010，31（1）：30-32.
[2] 蔡开科.连铸坯质量控制[M].北京：冶金工业出版社，2010：180-182.
[3] 孙彦辉，赵长亮，蔡开科等.连铸板坯表层网状裂纹的成因研究[J]﹒中国冶金.2008，18（4）：15-20.
[4] 李秀艳，李依依编著，奥氏体合金的氢损伤[M].北京：科学出版社，2003：13-25.
[5] 黄振东.钢铁金相图谱[M].广东：中国科技文化出版社，2005：1224.
作者简介
李恒华（1983-），男，汉族，贵州六盘水，助理工程师，现从事炼钢连铸工艺技术和质量管理工作。