异形坯生产S450J0V钢桩钢表面质量控制与改善

1、异形坯生产S450J0V钢桩钢表面质量控制与改善DOI：10.16640/jki.37-1222/t.2017.20.001H型钢桩在生产时采用一次轧制而成，较钢管桩在成本上便 宜 40%左右，同时具有易于拼接、可采用两面焊接等特点，既可 以提高接头施工效率， 又可以保证接头强度与桩身强度接近， 实 际应用中具有沉桩灌入能力强、挤土量小、易拼接等优点，可用 于各种地质复杂、 岩面起伏大、 混凝土桩难以施打的地基中 1 ， 目前H型钢桩在美国、日本、新加坡及国内的香港、上海等软土 层较厚的地区得到了大量应用。 日照钢铁 2014 年引入异形坯后， 不断拓展新品种， 通过技术人员与生产单位的共同努

2、力， 成功开 发出钢桩钢S450J0V。在开发过程中遇到性能不合、R角裂纹、腹板裂纹、腿部横裂纹诸多问题，通过反复的试验，跟踪生产并 分析总结最终获得了较为成熟的生产工艺流程。1 生产工艺控制1.1 工艺流程炼钢按照混铁炉转炉冶炼f LF精炼-异形坯连铸机-下 线码垛。为了保证钢水的纯净度，精炼严格控制钢水氧含量，采 用延长精炼软吹时间， 全程保护浇注等措施。 针对存在质量问题 铸坯采用修磨处理，严重者切废处理。1.2 化学成分控制S450J0V钢桩钢对于机械性能的要求以及日钢异形坯的轧制设备与技术共同决定了化学成分设计， 为了保证型材的品质， 采 用氮化钒铁与钒铁混合的方式，钢中氮含量控制在

3、110ppm左右，P+SC 0.030%。实际化学成分控制如下表所示：1.3 关键工艺控制转炉采用点吹1次出钢，控制出钢P含量w 0.020%;精炼炉 精炼时间35min,软吹时间10min,精炼渣碱度2.3 wRw2.8 , 白渣时间10min；连铸机采用3流3机BB3断面异形坯，全程 保护浇铸，结晶器冷却水量：1190/675，进水温度30-35C;二 冷水采用“弱冷”模式，中包过热度20-35C，拉速控制在1m± 0.05m/min，保护渣使用 ST-SP/BM-BB32 异形坯表面质量缺陷及原因分析2.1异形坯R角纵裂纹通过观察连铸坯R角裂纹缺陷部分，可以看到R角裂纹周围 存

4、在轻微凹陷。R角裂纹主要出现在 BB3断面生产过程中，BB1 断面所产铸坯R角裂纹较少，但是由于BB1断面生产铸坯腹板裂 纹较多, 且在轧制过程中无法弥合。 因此在实际生产中更多采用 BB3断面生产S450J0V。将裂纹部分取样酸洗后切片，R角裂纹 如图 1 所示：表面R角裂纹产生的原因主要是保护渣性能不良和冷却水 配比不当等。 保护渣主要是防止钢液二次氧化和在振动过程中起 润滑作用, 但它又是钢液夹杂来源之一, 因此选择合适的保护渣 显得尤为重要。 异形坯所用保护渣与一般方坯用保护渣相比黏度 稍高些， 以便能均匀地流入铸坯的各个冷却面， 起到良好的润滑 和传热作用，若结晶器内保护渣润滑效果不

5、好， 渣膜厚度不均匀， 会导致铸坯冷却不均匀，渣膜较厚的地方坯壳薄，强度较差，容 易产生裂纹。2.2 异形坯腹板纵裂纹 造成异形坯腹板裂纹的原因主要有：（1）异形坯形状特殊，与普通板坯相比受力更加复杂（如 下图2所示），其最大区别在于：a、腹板坯壳收缩受翼缘（结晶器凸出部分） 的牵制，形成额外的应力，而板坯宽面坯壳自 由收缩；b、翼缘的变形使得腹板与结晶器壁之间的摩擦力增加， 造成腹板坯壳冷却收缩所产生的应力更大；c、在结晶器下部和二次冷却区，翼缘的收缩变形使腹板表面裂纹扩展趋势增大。（2）表面温度梯度对腹板裂纹的影响异形坯断面形状不规 则，很难实现均匀冷却，表现在铸坯上是表面温度梯度大，现场

6、 实测表明腹板温度比其他部位低 120240 C,且腹板处于低 温脆性区，裂纹敏感性强。BB1断面较BB3断面腹板薄20mm生 产实际检验中显示，腹板裂纹数量明显较多。（3）应力集中？Q拱辶盐频挠跋煳露鹊牟痪？匀造成应力分 布不均匀，且异形坯表面受力多维，异形坯 表面应力分布更加 复杂。通过有限元分析法模拟温度场和应力场， 结果显示应力集 中于腹板部位，是其他部位的 10 倍以上（上图 3 所示）。腹板 部位应力集中，增加了裂纹的出现概率 。2.3 异形坯腿部横裂纹在采用BB3断面生产S450J0V时个别浇次铸坯表面出现严重 的横裂纹（如下图 4、图 5 所示）。铸坯翼 R 角以上靠近翼缘的

7、部位有翼板横向开裂， 裂纹无确定起始位置， 火焰吹扫掉氧化铁 皮后隐约可见。长度20-100mm左右，深度不等，有的不开口， 有的开口很大在振痕的波谷处， 多发生在内弧， 两侧翼缘发生概 率基本一样，外弧几乎没有，裂纹深度达4mm以上，几乎达到深不见底的情况。 此铸坯在轧制后出现严重的腿部结疤， 从轧钢退 出的半成品铸坯可以看到， 经过粗轧机 BD1 一个道次后， 腿部横 裂纹加深加宽加长。横裂纹的产生原因具体有以下几个方面：（1 ）铸坯轿直温度较低，异形坯在进入拉矫机前表面温度 较低，由于异形坯的特殊性， 翼缘散热较快而腹板散热较慢在拉 矫机入口第一矫直点前测量连铸坯的表面温度， 异形坯在矫

8、直区 温度分布很不均匀 3 ，表面温度从翼缘顶端、 R 角、腹板等位 置温度差异跨度200C左右，翼缘端部到 R角温差较大，翼缘矫 直温度较低， 矫直度处于第三脆性区， 铸坯内弧在张力作用易下 产生裂纹。（2）化学成分影响，该钢含有一定量的 V、N等元素，由于 本钢种对于机械性能的要求，钢中 N含量往往超过100ppm铸 坯冷却过程中， 氮化物在晶界析出导致降低钢的热塑性， 促进异 形坯表面横裂纹的发生； 在晶界的析出物越细小， 析出物体积百 分比越高对钢种的热塑性恶化越严重 4 , N对横裂纹敏感性的影响会因钢种合金元素的不同而不同， 但最大限度地减少氮含量 可减少横裂纹的发生。 3 改进措

9、施S450J0V的V目标值控制在0.11%，氮化钒铁的加入量在实 际生产中不断的摸索试验，采用BB3断面时，分别试验过使用1.2kg/t 2kg/t，力学实验结果显示，氮化钒铁在1.4kg/t可以 满足机械性能要求，此时钢中氮含量110ppm左右。此时氮化物在冷却过程中极易析出， 造成矫直横裂纹， 因此需要提高对铸坯 矫直温度的控制。BB3断面R角裂纹多少取决于保护渣性能。因 此控制措施主要从以下几个方面：3.1 保护渣调整日钢在生产S450J0V过程中，主要使用斯多伯格保护渣， 经 过研究对比使用，目前使用的斯多伯格 ST-SP/BM-BB3在 BB3断 面上应用较为广泛。实际生产中铸坯检验

10、结果显示， 改进型保护渣 ST-SP/BM-BB3 对异形坯表面质量改善作用较好，能够保证铸坯质量 R角裂纹可控。3.2 连铸拉速控制 连铸坯矫直区温度除了受到冷却制度的直接影响外， 异形坯连铸拉速也起到重要影响。 提高拉速， 虽然不影响直接冷却强度， 但二冷区停留时间变短，实际出坯温度明显升高。 BB3断面拉速 在0.7m/min与1.0m/min时矫直区温度相差100C以上。经过不 断实践，结合日钢生产节奏，采用BB3断面生产S450J0V时拉速控制在 1.0 ±0.05m/min3.3 冷却制度改善生产异形坯品种钢采用尽可能弱的一冷与二冷可以改善裂 纹，通过对某先进钢企品种钢生

11、产的交流与学习， 发现日钢设备 原设计冷却强度过大， 腹板部位冷却过强， 铸坯在出二冷段后回 热，热应力再次集中，容易导致裂纹在二冷区扩展，使裂纹在深 度和宽度上得以延伸， 有些皮下裂纹甚至会发展为表面裂纹。 根 据避开温度脆性区的原则， 通过实测铸坯温度， 结合日钢生产的 实际情况，将BB3断面一冷水调整为1190/675,二冷水采用弱 冷，比水量 0.55L/kg 。使铸坯腿部裂纹敏感区在二次冷却过后 温度达到900C，通过图6可以看出，提高铸坯表面温度一定程 度的避开了低温脆性区，有效少缓横裂纹产生。4 改善效果通过实施以上的改进措施，BB3断面异形坯生产S450J0V时 铸坯表面质量取得较大进步， 目前铸坯表面仅有少量 R 角裂纹与 腹板裂纹，通过修磨处理，能够满足轧钢生产要求。5 结论（ 1 ）化学成分稳定的前提下， 氮化钒铁加入量控制在 1.4kg/t 可以满足客 ?舳曰 ?械性能要求， 又可以最大限度控制氮化物的析 出