分析与预防：连铸坯表面夹渣问题

采用高炉→电炉→精炼→连铸→连轧短流程工艺生产180mm×220mm连铸坯，轧制ϕ60～ϕ110mm合金钢棒材时，遇到的基本问题是钢材的表面裂纹、清理及各工序生产节奏的同步，以及对后续产品质量的影响，尤其以三角口裂纹为主的表面缺陷对钢材的修磨合格率及其生产效率影响较大。某公司曾对生产的ϕ100～ϕ110mm的110炉20钢进行了统计，出现7%以上三角口裂纹缺陷的有39炉，占总炉数的35%。为此，对连铸坯表面夹渣的特征及产生机理进行分析，旨在通过有效手段减少钢材表面夹渣的生成，减少修磨量，提高生产效率和产品合格率。本研究主要探讨影响钢材表面质量的夹渣缺陷。

三角口裂纹、直线裂纹和渣孔是连铸坯表面夹渣的主要表现形式。从组成上看夹渣主要有两类：一类是锰-硅酸盐系夹渣，一般颗粒大，潜入钢坯深度浅；另一类是氧化铝系夹渣，颗粒小而分散，潜入深度约2～10mm。在保护浇注的情况下，夹渣主要由被卷入钢液中未熔化的渣粉或上浮的夹杂物造成。

1.三角口裂纹

在生产过程中，不同的钢种均发现存在三角口裂纹，这种裂纹的分布很有规律。三角口裂纹沿长度方向呈串状分布，并与辊缝呈45°夹角，分布在钢材的四个加工面上的三个面、两个面或一个面上，一个面的占多数。裂纹呈Y形，严重的呈△形。对20钢137mm×137mm中间坯进行宏观检查，发现△形裂纹在坯料的角部呈链状分布，裂纹深度达4mm，定位取样后金相放大到100倍进行观察，发现裂纹两侧有0.10mm脱碳，与基体表面脱碳深度一致，说明裂纹在加热前就已经形成。

为了找出三角口裂纹缺陷产生的原因，定位取样进行检验。图6-41所示是20钢定位取样分析的三角口裂纹宏观（见图6-41a）及内部的组成物（见图6-41b、c、d）形貌特征及分布。对三角口裂纹进行分析，发现在裂纹的末端未开裂部位的组织与基体组织有较大区别，并有明显的分界线（见图6-41c）。对图6-41c中A部位局部放大至500倍进行观察，发现在此部位存在着弥散的颗粒状物质（见图6-41d）。这种物质定性为高温氧化物。对图6-41d中B处裂纹中间及周围黑点进行扫描电镜（见图6-42）及电子探针能谱分析（见图6-43、图6-44），发现黑点的主要组成物为FeO、MnO、SiO₂和Al₂O₃（见图6-43），裂纹中间主要组成物为FeO（见图6-44）。

图6-41 钢材裂纹及内部夹渣物形貌特征

a）三角口裂纹×2 b）Ⅰ-Ⅰ断面裂纹开口端形态×50 c）Ⅰ-Ⅰ断面裂纹末端的形态×50 d）A处局部放大的高温氧化物×500

图6-42 图6-41d中B处裂纹及黑点SEM形貌

图6-43 对图6-42黑点的能谱分析图(www.xing528.com)

图6-44 图6-42裂纹处能谱分析图

2.直线型裂纹

从钢材外观看似直线的裂纹（见图6-45），经修磨后发现裂缝中有白色夹渣（见图6-46a），在ϕ60～ϕ110mm轧材上，这种裂纹的深度一般为0.5～2mm。在37Mn5 ϕ100mm轧材上定位取样分析，裂纹处夹渣的形态及分布如图6-46b所示，其表现形式与20钢相同。这种缺陷在42CrMo、45Mn2等钢材上同样存在。

分析认为，夹渣按其在连铸坯中的位置，有表面夹渣、皮下夹渣和内部夹渣三种，前两种夹渣在轧制后一般暴露于钢材表面形成裂纹，也是夹渣的主要形式。表面夹渣的表现形式分为三角口、直线和渣孔三种；皮下夹渣存在于距连铸坯表面3～10mm以内的坯壳内，轧制后因表层金属变形逐步暴露于钢材表面以直线形式存在，严重的可看到白色的渣缝；内部夹渣分布于距连铸坯表面10mm以上的心部，轧制后仍保留在钢材内部，这种缺陷主要由结晶器水口侵蚀剥落所致，不会产生表面裂纹，但影响钢材质量，应尽量避免。

图6-45 直线形裂纹的宏观特征

a）直线型裂纹×2 b）裂纹修磨后×2

图6-46 直线裂纹夹渣形貌特征及分布

a）轧材表面夹渣宏观形态×2 b）断面夹渣及钢的基体组织形貌×50