矩形坯GCr15高碳铬轴承钢角部横裂纹分析及控制

张爱忠

(本溪钢铁(集团)有限责任公司，辽宁 本溪 117000)

矩形坯连铸生产的GCr15高碳铬轴承钢，在铸坯角部时常出现角部横裂纹缺陷，因GCr15钢种含碳量高原因，对于出现角部裂纹的铸坯，无法进行二次清理修复，整块铸坯将按判废坯进行处理。同时，由于极少部分的角裂宽度不足0.05 mm，人工肉眼检查比较困难，一旦漏检后轧制，将会在棒材上出现表面缺陷，给企业带来重大的经济损失。本文通过对角部裂纹位置和形态分析，找出原因并改善工艺，基本解决角部横裂纹缺陷的产生，提高了GCr15钢铸坯表面和轧后质量。

1 工艺现状及缺陷分析

1.2 GCr15成份控制

GCr15成分见表1。

表1 GCr15钢成分要求

1.3 连铸机简介

矩形坯连铸机由达涅利设计,年产量80万吨，四机四流，全弧形铸机，浇铸断面350×470 mm，矫直半径14 m，冶金长度33 m，最大拉速0.8 m/min，带有结晶器和末端电磁搅拌、轻压下技术，整体式浸入水口，中包滑板自动控制，结晶器液位塞棒自动控制，钢水全程无氧化保护浇铸。

表2 本钢炼钢厂矩形坯连铸机的主要参数

1.4 裂纹缺陷位置和形态

我厂GCr15轴承钢角部横裂纹出现的位置可分为四类，分别为多发性角横裂(A类)、铸坯头尾部角横裂(B类)、表面接痕位置角横裂(C类)以及凹坑位置角横裂(D类)，见图1，为论述方便，以下分别简称为A类、B类、C类和D类角横裂。

(a)A类：多发性角横裂 (b)B类：铸坯头尾部角横裂

(c)C类：表面接痕位置角横裂 (d)D类：凹坑位置角横裂

1.4.1 A类角横裂

此种角裂缺陷量较大，约占角裂总数的36%～40%，角裂从角部向两侧延展，延展长度约5～10 mm，裂口宽度约0.5～2 mm，这种角裂均发生在铸坯同一侧的角部，以3.6 m铸坯为例，在铸坯单侧角部上会出现约有15～20处的裂纹，见图1(a)。

1.4.2 B类角横裂

此种角裂缺陷约占缺陷总数27%～29%，均发生在铸坯的内弧(上表面)头尾部，距头尾部约100～200 mm处，角裂裂口宽度均小于1 mm，3.6 m定尺铸坯上仅有1处角裂出现，见图1(b)。

1.4.3 C类角横裂

此种角裂缺陷约占缺陷总数14～19%，均发生在浇次头炉，且头坯较多，裂纹位置在表面出现的接痕位置，裂口宽度0.5～2 mm，3.6 m定尺铸坯上约有3～5处，见图1(c)。

1.4.4 D类角横裂

此种角裂缺陷约占缺陷总数17%～20%，发生在角部凹坑处，在凹坑位置产生裂纹，裂口宽度小于1 mm，3.6 m定尺铸坯上约有2～3处，见图1(d)。

2 角部横裂纹缺陷原因分析

文献指出，结晶器锥度超差大、表面划伤，以及结晶器出口与零段对弧不准，出结晶器口的铸坯坯壳较薄，作用于坯壳上的应力超过钢的高温允许强度，在凝固前沿产生裂纹，铸坯矫直后向角部扩展，随着铸坯的冷却，角部产生线性热应力，从而放大铸坯形态，出现角部横裂纹〔1〕。

通过对角裂出现的炉次、流次、人员操作等工艺设备参数进行现场跟踪及大数据分析，归纳出如下几方面原因。

2.1 A类和B类角横裂形成原因

GCr15钢是过共析珠光体类钢，在860℃条件下，冷却速度为30 ℃/s，转变后的显微组织主要为马氏体组织；在 1 050 ℃条件下，冷却速度为7 ℃/s，为全马氏体组织〔2〕。扇形段内铸坯温度约在990～1 300℃范围，一旦发生漏水现象，铸坯角部局部将被强冷，形成马氏体，马氏体塑性很差，几乎为零，铸坯局部过冷后，收缩应力瞬间增大，在角部产生线性收缩，易产生角裂，若铸坯在未矫直前出现局部强冷，铸坯后期进行矫直时，将进一步将裂纹进行扩大，从而出现局部连续的角裂。结合现场实际跟踪结果，发现A类角横裂缺陷为扇形段漏水产生，B类角横裂缺陷为切割机漏水导致。

2.2 C类角横裂形成原因

通过现场实际跟踪和过程曲线进行分析，发现浇次开浇存在引锭链间断性下滑现象，引锭链发生下滑后，形成了铸坯表面轻微的表面接痕，由于铸坯表面存在接痕，铸坯在固态收缩过程中，应力集中，导致在接痕处发生角裂，从而形成了C类角横裂缺陷。

2.3 D类角横裂形成原因

浇次开浇后拉速较低，结晶器内单位体积内钢水热量流失大，钢水表面温度低，导致保护渣熔化不充分，在角部形成薄渣圈，未及时挑出的渣圈挤压弯月面位置初生较薄的坯壳，容易在角部形成凹坑，铸坯在固态收缩过程中，角部发生线性收缩，应力集中在凹坑位置而使铸坯开裂，产生D类角横裂缺陷〔3〕。

3 GCr15角部横裂纹缺陷控制措施

3.1 控制漏水点

在有GCr15生产计划前，设备和工艺人员对线上所有设备进行检查，重点检查漏水点，发现有异常漏水，及时进行处理，未处理的，不组织生产。同时，在浇铸过程中工艺人员对设备进行重点跟踪，定点定时对设备进行检查，浇钢过程中一经发现有漏水出现，及时进行单流终浇操作。

为解决切割机老化，漏水严重问题，对四个流的切割机均进行更换，通过堵漏水，换设备，大大避免了角裂的发生，2019年较2018年A类角横裂缺陷率降低91.30%， B类角横裂缺陷率降低100%，见表3。

表3 缺陷减少比率

3.2 控制开浇铸坯下滑

在C类缺陷发生前，浇次开浇铸坯下滑现象时有发生，为解决这个问题，将以往的引锭链进行加长，这样在原夹持辊夹持的基础上又重新增加了3个拉矫辊夹持，通过改进后，铸坯开浇下滑现象有很大改善，2019年C类角横裂缺陷率较2018年降低68.57%。

3.3 改善保护渣熔化效果

3.3.1 选择合理保护渣

为了使保护渣能在开浇后快速实现其理化指标，同厂家初步沟通后，在保证原有保护渣碱度和黏度的情况下，将保护渣的熔点适当降低。

3.3.2 提前开启结晶器电磁搅拌

将原浇次开浇后铸流长度达2 m时启动电磁搅拌，修改成铸流长度1m启动结晶器电磁搅拌。同时，针对GCr15钢种，由原切头长度0.8 m增加到现在的1 m，两项并行，消除了凹坑在铸坯上出现的几率。

通过以上措施改进后，GCr15角裂纹得到了有效控制。角裂比率较改进前降低86.24%，角横裂得到控制。

4 结论

(1)浇铸过程中的局部过冷是导致我厂GCr15钢角裂的主要原因，因此，在生产GCr15钢种前要对铸机的本体设备进行检查，严格控制设备的异常漏水点。

(2)稳定浇钢操作，保持结晶器液位的稳定性，避免液位的瞬间大幅度波动，液位精度±3 mm。

(3)选择适合GCr15钢生产的保护渣，确保保护渣在浇次开浇后迅速达到其理化指标。