Q355B钢厚板表面裂纹原因分析及改进措施.pdf

2024年第1期新疆钢铁总第169期Q355B钢厚板表面裂纹原因分析及改进措施郭鹏（新疆八一钢铁有限公司，新疆 乌鲁木齐 830022）摘要：本文针对某钢厂Q355B钢板表面裂纹问题，通过对裂纹缺陷位置取样做金相检测和对铸坯扒皮检查，分析造成Q355B钢板表面裂纹的主要原因是Nb强化铸坯第脆性温度区间较Ti的高，加之浇注速度降低了0.2 m/min，铸坯矫直时表面温度正好在第脆性温度区容易产生裂纹。铸坯直接热送热装到加热炉，于奥氏体晶界的先共析铁素体和析出的第二相粒子，在加热过程不能充分回溶且轧制过程易产生裂纹。本文采取优化合金、改善铸坯冷却强度、适当提高浇注速度和铸坯下线缓冷等措施降低铸坯表面裂纹发生的概率。关键词：Q355B；钢板；表面裂纹DOI：10.20146/ki.1672-4224.2024.01.026中图分类号：TF777文献标识码：B文章编号：1672-4224（2024）01-0080-03Cause Analysis and Improvement Measures of Surface Crackof Q355B Steel Thick PlatePeng Guo(Xinjiang Bayi Iron and Steel Co.,Ltd.,Urumqi,Xinjiang 830022）Abstract:Aiming at the surface crack problem of q355b steel plate in a steel plant,this paper analyzes the main reason for thesurface crack of q355b steel plate by taking samples from the crack defect location for metallographic inspection and peelinginspection of the slab,and analyzes that the main reason for the surface crack of q355b steel plate is that the third brittlenesstemperature range of Nb strengthened slab is higher than that of Ti,and the pouring speed is reduced by 0.2 mgmin.When theslab is straightened,the surface temperature is just in the third brittleness temperature range,which is prone to crack.The billets are directly heated and charged to the heating furnace.The precipitated ferrite and the precipitated second phase particlesat the austenite grain boundary can not be fully re dissolved during the heating process,and cracks are easy to occur during therolling process.In this paper,some measures are taken to reduce the probability of slab surface crack,such as optimizing thealloy,improving the cooling intensity of slab,appropriately increasing the pouring speed and slow cooling of slab.Key words:Q355B;steel plate;surface crack作者简介：郭鹏，男，34岁，本科，工程师，新疆八一钢铁有限公司。E-mail：引言为了降低生产成本，现场做了很多节能增效的工作。其中，在保证成品性能合格的情况下，合金优化和代替是降低成本有效的措施。某钢厂对Q355B钢用铌代替钛合金强化，在钢板表面出现了很多中间裂纹，该钢厂Q355B钢板的生产流程是钢水从120 t转炉到LF精炼炉，从LF精炼炉到连铸机，铸坯热送热装，中厚板轧制成一定规格的钢板。中心裂纹产生的原因除了热送热装温度控制不当外，还有铸坯本身有裂纹缺陷，在后工序轧制过程中裂纹缺陷扩大遗留在钢板上。国内外很多学者和生产工作者对钢板表面中心裂纹做了研究和控制工作，取得了良好的效果1。本文以某钢厂Q355B钢板表面中间裂纹为研究对象，通过对钢板中间裂纹位置取样做金相检验，对相应连铸坯表面扒皮检查，找到了裂纹产生的原因，并制定了优化合金、改善铸坯冷却强度、适当提高浇注速度和铸坯下线缓冷等措施，钢板表面中间裂纹率得到有效控制。1试验过程1.1宏观检测本次对 Q355B 厚度 20 mm 的钢板表面裂纹取样，在距离试样边部200300 mm位置有很多裂纹缺陷，对试样进行酸洗，酸洗后裂纹缺陷更明显，其形貌呈舌头状，每个裂纹根部与钢板本体连接在一起。宏观形貌见图1。1.2金相检验取与裂纹方向垂直的试样进行分析，裂纹缺陷从钢板表面向内部延伸了210m，然后沿与钢板表面平行的方向继续扩展，裂纹内部可以看到大量的二次氧化颗粒。钢板的组织为铁素体+珠光体，晶粒度为8.5级，裂纹缺陷处的组织为铁素体、珠光体及少量的贝氏体，裂纹位置有明显的脱碳现象2。见80新疆钢铁总第169期2024年第1期图2、图3、图4所示。（a）钢板表面中心连续裂纹（b）单个裂纹形貌图1 试样宏观形貌图2 试样组织照片（50X）图3 试样组织照片（100X）图4 试样组织照片（500X）1.3铸坯扒皮分析对相应的铸坯进行表面扒皮检查，从表面向下扒皮 25 mm 就会出现表面横向裂纹，裂纹长度在50100 mm之间，主要集中在铸坯内弧面，在铸坯宽度方向上四分之一位置分布居多，中间位置有少量出现。横向微裂纹形貌见图5。图5 铸坯横向微裂纹图2原因分析和控制措施2.1原因分析经对试样宏观和金相检测分析，试样裂纹缺陷位置有大量的二次氧化颗粒，并且有明显的脱碳现象，结合铸坯扒皮后内弧面四分之一位置有横向微裂纹，综合分析钢板表面产生裂纹的原因如下：（1）铸坯在凝固过程中Nb的氮化物和碳化物从铸坯晶界析出，降低了铸坯晶界强度，第脆性温度区间较Ti的碳（氮）化物第脆性温度区间高100，铸坯冷却强度没有同步优化，矫直时表面温度正好在第脆性温度区间，增加了铸坯表面横裂纹产生的概率3；（2）为了降低铁耗，生产现场开展了在钢包加废钢工作，连铸工序等钢水降低了0.2 m/min浇注速度，连铸坯在扇形段停留时间增加，辐射散热增加。铸坯矫直时温度从850降低到800，矫直温度正好在铸坯第脆性温度 600950 区间，铸坯表面容易产生横裂纹，如果对这些裂纹不进行修磨，轧制后将遗留在钢板上；（3）Q355B铸坯切断后直接热送热装到加热炉，进加热炉的铸坯表面温度 600730，奥氏体没有完全转变为铁素体，在奥氏体晶界的先析铁素体和析出的第二相粒子在加热过程不能充分回溶，降低了晶界强度，在轧制过程中沿晶界裂开产生裂纹4。2.2控制措施控制Q355B钢厚板表面裂纹的措施主要有以下几点：（1）用 Ti 代替 Nb 合金进行强化，Ti 的碳化物和氮化物第脆性温度区间比Nb的低，降低了裂纹发生的概率，优化前微合金只用铌细化晶粒强化性能，优化后微合金只用钛细化晶粒提高性能。优化前后Q355B钢成分见表1；（2）优化铸坯二次冷却强度，铸坯冷却强度从0.6 L/kg降低到0.45 L/kg，冷却水带走的热量减少，再将最低拉速控制到 0.9 m/min，缩短铸坯在扇形段停留时间，除冷却水带走的热量外其他类型的散热量也减少，提高铸坯矫直区温度到 950 以上，避开铸坯第脆性温度区间；（3）Q355B 铸坯下线缓冷 48 小时后送后工序轧制，铸坯表面温度降低到 600以下，铸坯表面奥氏体完全转变为铁素体，在加热炉加热过程再从铁素体转变为奥氏体，铸坯晶粒细化。同时，原来在晶界的碳氮化物变到晶粒内部，增加晶界强度，铸坯在弯曲矫直过程受到应力后不容易产生表面裂纹；（4）对于头坯、尾坯和换水口铸坯，因这个过程连铸机不可避免要进行加拉速和降拉速，存在一段铸坯拉速过低，这块铸坯弯曲矫直时表面温度较低，正812024年第1期新疆钢铁总第169期好在第三脆性温度区间容易产生裂纹，对这些铸坯全部进行扒皮修磨合格后再轧制；（5）开机过程加的酸性开浇渣更换为碱性开浇渣，保护渣析晶温度提高到1180 以上，保护渣形成枪晶石降低了结晶器铜板和坯壳之间传热的效率，提高了凝固坯壳厚度的均匀性，应力在薄弱位置集中的概率降低，减少铸坯表面裂纹的产生5。2.3取得的效果优化后，Q355B钢板表面中心的裂纹率由之前的0.81%减低到0.38%，裂纹主要集中在头坯、尾坯和换水口等异常坯轧制的钢板表面，裂纹的形貌从沿钢板长度方向通常条状分布变为零星断续线状分布，钢板表面裂纹数量和裂纹量得到改善，详细表面裂纹情况见图6和图7。图6 优化前后钢板表面裂纹率对比图（a）优化前（b）优化后图7 优化前后钢板表面裂纹形貌对比图3结论（1）Q355B钢铸坯矫直温度在第脆性温度区间时容易产生横向裂纹，大部分横向裂纹在后工序轧制过程中演变成钢板表面裂纹；（2）通过提高拉速和降低二冷水比水量能有效提高铸坯矫直区温度，微合金选用铌的钢种矫直区铸坯温度达到950 以上才能避开第脆性温度区间，用钛强化的钢种第脆性温度区间要低于铌强化的第脆性温度区间；（3）通过开展优化合金、改善铸坯冷却强度、适当提高浇注速度和铸坯下线缓冷等措施可以降低铸坯表面裂纹发生的概率。同时，控制进加热炉的铸坯表面温度600，奥氏体完全转变为铁素体，避免在奥氏体晶界的先析铁素体和析出的第二相粒子在加热过程不能充分回溶，可以防止钢板轧制过程中沿晶界裂开产生裂纹；（4）使用碱性开浇渣，保护渣析晶温度提高到1180 以上，降低了结晶器铜板和坯壳之间传热的效率，提高了凝固坯壳厚度的均匀性，减少铸坯表面裂纹的产生。参考文献1 肖寄光，王福明，程慧静.残余元素铜砷锡对钢板表面微裂纹形成的影响 J.金属热处理，2010，35（12）：102-107.2 吴巍，王春怀，干勇等.含铌、钛船板钢中板表面微裂纹研究 J.钢铁，2002（07）：41-44.3 何宇明，朱斌，陈文满等.中厚板表面微裂纹成因及影响因素研究 J.钢铁，2006（01）：36-38.4 张海民.红送板坯轧制钢板表面裂纹的原因分析及预防措施 J.宽厚板，2014，20（01）：21-23.5 雷柯.厚规格低合金钢板表面裂纹率高的原因分析及措施J.宽厚板，2010，16（02）：1-4.6 陈庭记，刘永生，陶欣等.热镀锌钢板锌层表面浅裂纹扩展特性研究 J.中国科技论文，2023，18（12）：1390-1396.元素优化前优化后C0.170.16Si0.30.3Mn1.251.33P0.0180.015S0.0080.008Al0.010.01Nb0.0150Ti00.015N0.0060.006表1 Q355B钢成分优化前后对比82