鞍钢含铌钢连铸坯常见缺陷分析与控制(最终稿)

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1、鞍钢含铌钢连铸坯常见缺陷分析与控制郭晓波（鞍钢股份有限公司技术中心）摘要与普碳钢相比，含铌钢连铸坯缺陷有着自身特点。笔者从高温性能、化学成分、连铸工艺等入手，介绍了鞍钢含铌钢连铸坯常见缺陷的产生原因，并结合生产实际，提出了缺陷控制措施。关键词含铌钢横裂纹中心疏松中心偏析1前言鞍钢铌微合金化技术的研究始于上世纪80年代，截止到目前，铌作为有效的微合金元素已被广泛地应用在鞍钢石油管线用钢、汽车用钢、造船板、工程机械用钢、建筑用钢、桥梁用钢、压力容器用钢等高附加值钢种的生产中。但是，随着含铌钢品种及产量的不断增加，连铸坯质

2、量问题也日益暴露出来。本文从铸坯高温性能、化学成分、连铸工艺等入手，介绍了鞍钢含铌钢连铸坯常见缺陷的产生原因，并结合生产实际，提出了缺陷控制措施。2含铌钢连铸坯缺陷描述与普碳钢相比，含铌钢连铸坯缺陷有着自身特点。生产中发现，与铌元素有关联的连铸坯缺陷有两种，一种是铸坯表面横裂纹，这种缺陷经常出现在铸坯内弧侧振痕波谷处，发生几率明显高于普碳钢；另一种是由于铌在铸坯凝固末端的偏聚而导致连铸坯中心疏松和中心偏析倾向严重。鞍钢的热连轧卷板生产、特别是ASP连铸连轧工艺的采用，由于取消了下线清理工序，一旦连铸坯产生表面横裂纹，

3、会遗传到成品板上，造成质量废品，因此，连铸连轧工艺对含铌钢连铸坯的表面质量要求尤为严格。在中厚钢板的生产中，由于可以进行下线清理，铸坯表面横裂纹的危害问题不是特别突出，一般较轻的裂纹经过加热氧化后，可以随氧化铁皮除掉，但严重的表面裂纹需清理之后继续进行后续轧制。影响中厚钢板质量的主要问题是铸坯中心疏松和中心偏析，由于中厚钢板压缩比小，铸坯内部缺陷一旦不能压合，会降低板材使用性能和探伤合格率；典型缺陷形貌见图1～6。15图1X60管线钢铸坯缺陷图2X70管线钢铸坯缺陷图3X60管线钢成品缺陷图4X70管线钢成品缺陷图5

4、DH36高强船板铸坯缺陷图6DH36高强船板成品缺陷3含铌钢连铸坯检验与分析15生产中对缺陷种类的正确判别非常重要，为了搞清含铌钢连铸坯表面横裂纹和内部疏松、偏析等缺陷的微观形貌特征，以含铌管线钢、高强船板为例，进行了相关实验及检验分析。3.1含铌管线钢高温热塑性实验与普碳钢相比，含铌钢连铸坯中Nb、V等合金元素的细微碳、氮化物析出会导致铸坯脆性提高，从而增加表面裂纹发生率。为了掌握含铌钢的高温热塑性变化特点，在GLEEBLE-3800热模拟机上进行了管线钢高温热塑性曲线测量实验，实验钢种为X60、X65、X70，试

5、样化学成分见表1。实验中拉伸速率为10E-3/s。表1试样化学成分，Wt%钢种CSiMnPSAlsNNbVTiBX600.0800.191.320.0180.0070.0240.00330.0390.0270.0130.0001X650.0750.191.480.0170.0060.0260.00380.0500.0500.0120.0001X700.0570.241.540.0120.0010.0260.00260.0590.0480.0040.0001图7X60管线钢高温热塑性15图8X65管线钢高温热塑性图9X

6、70管线钢高温热塑性图7、8、9为测试的三个钢级管线钢铸坯高温热塑性曲线，从图上看，如果以面缩率小于40%为第Ⅲ脆性区，三个钢级管线钢都存在明显的第Ⅲ脆性区，但脆性区间略有不同；X60的第Ⅲ脆性区间为775℃～850℃，X65的脆性区间最窄，为750℃～800℃，X70的脆性区间最宽，为725℃～900℃；脆性区间与各试样中Nb、Ti、C、N等元素含量有很大关系，一般Ti在高温时以TiN的形式析出，可减少与Nb反应的N含量，从而降低Nb(C、N)等的析出量，对改善含铌钢的热塑性有益；实验中由于X70试样的Ti含量略低

7、，造成其脆性区间范围变宽。3.2含铌管线钢表面横裂纹缺陷检验取带有横裂纹的X60管线钢铸坯试样，经打磨、抛光、腐蚀之后，在光学显微镜下观察，结果显示，横裂纹从铸坯表面向基体深入，并伴随着裂纹扩展，裂纹两侧微观形貌与正常15位置铸态组织相近（见图10、11），说明这种裂纹属于低温裂纹，即裂纹产生于相变之后。用扫描电镜、透射电镜等检测手段对横裂纹作了进一步检验，SEM显示裂纹中Nb含量偏高，TEM显示裂纹附近析出大量10~20nm尺寸的铌钛复合碳氮化物，并且析出相呈明显偏聚特征，见图12、13、表2。图10正常位置图11

8、横裂纹处表2铸坯横裂纹处成分Wt%At%NbTiMnFeNbTiMnFe46.576.251.1245.8834.18.841.3955.67图12横裂纹SEM照片图13横裂纹TEM照片国内外学者对含铌钢连铸坯横裂纹的产生原因进行过大量研究，一致认为，横裂纹产生经历三个过程，既：在初生坯壳的形成过程中，伴随着包晶反应的发生，初生坯壳受到结晶器的