消除太钢304不锈钢板坯纵向凹陷的研究

消除太钢304不锈钢板坯纵向凹陷的研究 孙铭山、李志斌 (太原钢铁集团有限公司) 摘要:针对太钢生产的304不锈钢板坯存在纵向凹陷以及微裂纹缺陷，在分析其产生机理和 原因的基础上，提出消除这类缺陷的工艺技术 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 ，通过试验并在大生产应用，效果 十分明显。 关键词:304不锈钢、板坯、纵向凹陷 Research on the Resolve of the Longitudinal Depression in 304 Stainless Steel Slab Abstract: The process measures were provided based on the production mechanism and reason of the defect, which resolved the longitudinal depression in 304 stainless steel slab in TISCO. Applied in the continues casting production, these measures made remarkable effectiveness. Keywords:304 Stainless Steel, Slab, Longitudinal Depression 1、前言 304不锈钢是具有良好的耐蚀、力学和加工性能并广泛使用的一类钢，是不锈钢中用量最大的钢。这类钢高温存在包晶反应区，是一类强收缩的钢种，连铸过程中非常容易在板坯宽面两边部产生凹陷，导致铸坯产生纵向凹陷裂纹缺陷。 太钢在连铸304不锈钢板坯时时有较深的纵向凹陷(深度2-3mm)缺陷出现，导致冷板表面这一部位经常产生缺陷产生废品。因此，如何消除这类钢的铸坯纵向凹陷缺陷，对提高太钢304不锈钢冷板表面质量和降低生产成本具有非常重要的现实意义。 2、太钢304不锈钢板坯纵向凹陷微裂纹缺陷 在太钢生产存在深的纵向凹陷的304不锈钢连铸板坯上切取铸块并制样，最后通过显微镜下观察来确认是否存在微裂纹和检验微裂纹的形状。 具体的试验方法:1)在连铸坯横截面距边部100mm处(凹陷最深处)切取40×40×40mm的铸块(如图1所示);2)在切取的铸块与连铸方面垂直的面进行粗磨、细磨和抛光制样;3)在显微镜下观察试样。具体观察到的结果见图2。从图中可看出，连铸坯表面凹陷部位存在微裂纹，且这些微裂纹是顺着连铸方向向基体延深的。 因此，304不锈钢连铸坯存在凹陷缺陷以及凹陷裂纹必然导致其在热轧过程中凹陷部位因轧制变形过大产生裂纹以及凹陷裂纹的进一步扩展，最后必然在酸洗的冷板表面上出现明显的条状缺陷。 连铸方向 100 观察方向 图1 连铸坯取样位置示意图 图2 金相显微镜下连铸坯纵向凹陷部位表面微裂纹 3、304不锈钢板坯凹陷的产生原因和形成机理 针对太钢304不锈钢板坯边部凹陷深及引起的裂纹问题，基于304不锈钢的凝固特性，分析了其产生纵向凹陷微机理和原因。 3.1 304不锈钢的凝固特性 304是亚稳定奥氏体不锈钢，其在 ,,1不同温度下由不同相组成(见图3)。 图1是含19%Cr的Fe-Ni-Cr三元相图 的垂直截面图，304的成分位于B点 左右的位置，其凝固过程为:L?L， δ?L+δ，γ?δ，γ?γ(δ、γ分 别为铁素体和奥氏体)。凝固时，首先 从液相析出δ铁素体，而周围成为富 Ni、贫Cr的区域。温度降低到一定程 度，发生L，δ?γ包晶,δ铁素体周 围形成γ奥氏体，然后δ铁素体和γ 图3 含Cr19,的Fe-Ni-Cr三元相图的垂直截面图 奥氏体同时向液相生长。当温度下降 到1400?左右，液相逐渐消失。到1300?以下，δ铁素体转变为γ奥氏体，成为γ奥氏体钢。因此，304不锈钢在连铸过程中存在L，δ?γ包晶反应，且其凝固收缩大约为6-7%，是一类强收缩的钢。 3.2 304不锈钢板坯凹陷微裂纹形成机理 在结晶器中，连铸坯的角部是二维冷却，冷却强度最高。这样角部先收缩而与结晶器之间产生间隙，就会在邻近角部的宽面和窄面各产生一个凝固坯壳最薄的拐点，即热点。考虑实际的温度场分布，在结晶器弯月面宽面边部温度比较低，先处于这类钢包晶反应温度区，这样弯月面处铸坯窄面与结晶器产生较大的间隙，另一方面宽面热点处的坯壳没有窄面的厚(见图4a)。随着凝固的进行，在钢液静压力的作用下，就会将窄面的坯壳压向结晶器，正是由于这一静压力以及宽面收缩的作用，就会使铸坯角部产生扭动，从而在宽面两边部形成凹陷见图4b。在弯月面处由于包晶反应而产生的收缩较大，因此，窄面的锥度所起的作用较小，随着凝固的进行，结晶器下部的锥度所起的作用增大，就会对铸坯窄面产生压力，在 [2,3]这一力的的作用下，宽面的凹陷增加，并在窄面出现一定的鼓肚(见图4c和d)。 从凹陷的形成机理可知，在凝固过程中，铸坯宽面边部和结晶器之间产生间隙。这样在宽面凹陷部位生成的初生凝固壳厚度就会不均匀，而且随着凝固的进行在凹陷部位要承受扭力以及在窄面结晶器作用下的压力,导致凹陷部位应力集中，当应力超过坯壳的抗拉强度时就产生微小的裂纹。由于304是强收缩的钢种，产生的凹陷比其它钢种深，因此更容易在这一部位产生铸坯纵向凹陷表面微裂纹。 坯壳 钢水静压力将坯壳压向结晶器 结晶器窄面 坯壳与结晶器的间隙 角部扭动 热点 宽面收缩 凹陷 a b 窄面 结晶凹陷 器压 向坯 壳 c d 图4 304不锈钢板坯纵向凹陷的形成机理 4、改进措施及效果分析 从对304板坯纵向凹陷形成机理及产生原因可得出以下几点可减轻纵向凹陷的主要措施:1)为了减轻钢水静压力对窄面坯壳作用形成的板坯角部扭转，应适当增加结晶器窄面的锥度，来阻止角部的转动;2)为减轻304不锈钢在结晶器弯月面角部以及窄面除发生的强烈收缩，应减弱板坯角部收缩，从而减轻凹陷的深度，为此，结晶器应弱冷并降低结晶器保护渣的粘度。针对上述分析提出的解决措施进行了试验，以铸坯的凹陷部位缺陷率为检验标准，具体试验的结果情况如下: 4.1增加结晶器窄面锥度试验结果及分析 结晶器窄面锥度由原来的基础上增加2mm进行了试验，具体的结果见图5。从图中的数据可知:适当增加结晶器窄面锥度，对减轻板坯凹陷部位的微裂纹缺陷是有好处的。这说明增加结晶器的锥度对减轻铸坯纵向凹陷部位微裂纹缺陷是有好处的，与形成凹陷理论的窄面锥度影响因素分析是一致的。 4.2降低保护渣粘度的试验结果及分析 生产中分别使用高粘度和低粘度的结晶器保护渣进行了试验，具体结果见图6。从图中可以看出，保护渣的粘度对铸坯缺陷也有较大的影响，随着粘度的增加，铸坯缺陷指数增加。这说明降低结晶器保护渣粘度对减轻铸坯纵向凹陷部位微裂纹的效果是明显的，与形成凹陷理论的结晶器保护渣粘度影响因素分析是一致的。 241422 1220181016 14812 610846 42铸坯凹陷部位微裂纹缺陷率，,铸坯凹陷部位微裂纹缺陷率，,200 1212高粘度低锥度低粘度高锥度 图5 锥度对铸坯凹陷部位微裂纹缺陷率的影响 图6 保护渣粘度对铸坯凹陷部位微裂纹缺陷率的影响 4.3 结晶器弱冷试验结果分析 结晶器冷却强度由强冷变为弱冷进行了试验，具体结果见图7。从图中可知:结晶器采用弱冷后，铸坯的缺陷指数显著降低，说明结晶器弱冷对减轻铸坯纵向凹陷部位微裂纹的效果是非常显著的，与形成凹陷理论的结晶器冷却强度影响因素分析是一致的。 20 2418221620 18141612 141012810 86644 2铸坯凹陷部位微裂纹缺陷率，,铸坯凹陷部位微裂纹缺陷率，,200 1212结晶器强冷结晶器弱冷综合工艺措施改进后综合工艺措施改进前 图7 结晶器冷却强度对铸坯凹陷部位微裂纹缺陷率的影响 图8 综合工艺措施改进效果 4.4 综合大生产效果 在三项工艺改进试验的基础上，在大生产中综合采用这三项措施后，在304不锈钢板坯边部纵向凹陷的深度明显减轻，通过现场测试，深度d?1mm，而对应的铸坯凹陷部位裂纹缺陷率结果见图8，从图中的数据可知:这三项措施对降低304不锈钢铸坯纵向凹陷部位微裂纹缺陷率的效果非常显著。 5. 结论 (1)增加结晶器的锥度、降低保护渣粘度和冷却强度变弱对减轻铸坯纵向凹陷部位微裂纹缺陷的效果明显。 (2)在大生产中综合采用这三项措施对消除铸坯纵向凹陷部位微裂纹缺陷的效果非常显著。 参考文献: 1. G. K. Allan. Solidification of austenitic stainless steels. Ironmaking and Steelmaking, 1995, Vol.22(6) p:465-477 2. 连铸奥氏体表面凹陷的形成。M. Wolf. 现代连铸理论与实践:p:166,192 3. 卢盛意著。连铸坯质量，冶金工业出版社，2003