·352· 工程科学学报，第38卷，第3期 连铸板坯进行轻压下时，中间裂纹的发生率比较 20mm×130mm.图2为取样示意图 高，倘若压缩比不够，就很难在以后的轧制工序中焊 合，对钢铁材料的均匀性和连续性造成很大的破坏，从 1040mm 而严重影响钢板厚度方向的力学性能.因此，本文针 厚度中心线 对连铸板坯中间裂纹进行研究，对中间裂纹的形貌、断 2080mm 口以及轻压下时凝固前沿承受的应力情况进行分析， 旨为找到中间裂纹的开裂原因，了解其开裂机理，并提 图2中间裂纹取样示意图 出切实有效的避免措施 Fig.2 Schematic diagram of intemal cracks 1实验 将选取的典型裂纹试样沿厚度方向锯成小块，然 以某钢厂Q345R连铸板坯为研究对象，进行了大 后将试样进行加工处理，表面抛光，置于热饱和苦味酸 量的轻压下实验，虽然中心偏析和疏松有了很大的改 水溶液中侵蚀，观察中间裂纹、枝晶及等轴晶间关系 善，但中间裂纹的发生率依然很高.该厂使用奥钢联 图3为苦味酸侵蚀下中间裂纹形貌.可以看出，中间 凝固传热模型确定不同工艺参数条件下连铸机上不同 裂纹位于内弧侧柱状晶区末端的一次枝晶间隙中，其 位置凝固坯壳的厚度，从而为连铸机长度、拉速以及辊 延伸方向与二次枝晶的生长方向相平行，开裂的终止 列布置的设计提供参考.暂定Q345R最佳轻压下参数 位置均位于柱状晶区与等轴晶区的交界处，但等轴晶 为：总压下量5mm,固相率∫为0.2~0.5，相应压下区 区没有开裂发生，并且开裂区域一般不会只有一条中 间为7、8扇形段.对现场低倍数据库进行整理，中间 间裂纹，附近会有几条裂纹几乎平行分布，长度相差 裂纹的典型低倍照片如图1所示.从宏观上看，中间 不大 裂纹全部出现在连铸坯的内弧侧，呈非常不规则的 图4为扫描电镜下裂纹断口的形貌.可以看出中 “河流”状分布，并且形成的位置相对较为集中，基本 间裂纹不是很深，在裂纹剥开过程中，会发生撕裂，故 在距表面80~93mm的范围内，长度大致在6~20 裂纹断口局部位置会观察到典型的塑性变形断口形 mm. 貌，但从整体上看，裂纹开裂面上存在着大量的液相自 然凝固形成的平滑曲面，几乎没有韧窝存在，表明裂纹 产生时，该位置存在一定量的液态钢液，说明中间裂纹 内部 是在固液两相区形成的，属于低熔点开裂. 川间裂致 根据前人的研究成果，内裂纹通常在黏滞性温度 →中心的析线 (LT)和零塑性温度(ZDT)之间形成，黏滞性温度和 零塑性温度对应的固相率∫依次为0.9和1.05-，如 图5所示.图中C。为初始溶质元素浓度，C,为固相中 溶质元素浓度，C为液相中溶质元素浓度，k。为溶质平 衡分配系数，C,k。为系统平衡时液相溶质元素浓度， δ、为扩散层厚度。在该温度区间，溶质元素的浓度会 很高，尤其对于易偏析的P、S等元素，浓度会更高，这 图1板坯纵断面低倍情况 Fig.1 Macroscopic feature of the slab vertical section 些富集的溶质元素一般以夹杂物等形式存在于晶界 上，会大大降低树枝晶晶界的高温强度和高温塑性”， 为了进一步对中间裂纹进行分析，选取一块典型 从而降低钢的抗拉强度，引起晶间断裂，并且还会降低 的中间裂纹横截面试样进行研究，截取尺寸为20mm× 树枝晶间液膜的凝固点，使黏滞性温度和零塑性温度 柱状扁区 表层激冷层 等轴晶区 图3苦味酸侵蚀后中间裂纹形貌 Fig.3 Morphology of interal cracks etched with picric acid工程科学学报，第 38 卷，第 3 期 连铸板坯进行轻压下时，中间裂纹的发生率比较 高，倘若压缩比不够，就很难在以后的轧制工序中焊 合，对钢铁材料的均匀性和连续性造成很大的破坏，从 而严重影响钢板厚度方向的力学性能． 因此，本文针 对连铸板坯中间裂纹进行研究，对中间裂纹的形貌、断 口以及轻压下时凝固前沿承受的应力情况进行分析， 旨为找到中间裂纹的开裂原因，了解其开裂机理，并提 出切实有效的避免措施． 1 实验 以某钢厂 Q345Ｒ 连铸板坯为研究对象，进行了大 量的轻压下实验，虽然中心偏析和疏松有了很大的改 善，但中间裂纹的发生率依然很高． 该厂使用奥钢联 凝固传热模型确定不同工艺参数条件下连铸机上不同 位置凝固坯壳的厚度，从而为连铸机长度、拉速以及辊 列布置的设计提供参考． 暂定 Q345Ｒ 最佳轻压下参数 为: 总压下量 5 mm，固相率 fs为 0. 2 ～ 0. 5，相应压下区 间为 7、8 扇形段． 对现场低倍数据库进行整理，中间 裂纹的典型低倍照片如图 1 所示． 从宏观上看，中间 裂纹全部出现在连铸坯的内弧侧，呈非常不规则的 “河流”状分布，并且形成的位置相对较为集中，基本 在距表面 80 ～ 93 mm 的范围内，长度 大 致 在 6 ～ 20 mm． 图 3 苦味酸侵蚀后中间裂纹形貌 Fig． 3 Morphology of internal cracks etched with picric acid 图 1 板坯纵断面低倍情况 Fig． 1 Macroscopic feature of the slab vertical section 为了进一步对中间裂纹进行分析，选取一块典型 的中间裂纹横截面试样进行研究，截取尺寸为 20 mm × 20 mm × 130 mm． 图 2 为取样示意图． 图 2 中间裂纹取样示意图 Fig． 2 Schematic diagram of internal cracks 将选取的典型裂纹试样沿厚度方向锯成小块，然 后将试样进行加工处理，表面抛光，置于热饱和苦味酸 水溶液中侵蚀，观察中间裂纹、枝晶及等轴晶间关系． 图 3 为苦味酸侵蚀下中间裂纹形貌． 可以看出，中间 裂纹位于内弧侧柱状晶区末端的一次枝晶间隙中，其 延伸方向与二次枝晶的生长方向相平行，开裂的终止 位置均位于柱状晶区与等轴晶区的交界处，但等轴晶 区没有开裂发生，并且开裂区域一般不会只有一条中 间裂纹，附近会有几条裂纹几乎平行分布，长度相差 不大． 图 4 为扫描电镜下裂纹断口的形貌． 可以看出中 间裂纹不是很深，在裂纹剥开过程中，会发生撕裂，故 裂纹断口局部位置会观察到典型的塑性变形断口形 貌，但从整体上看，裂纹开裂面上存在着大量的液相自 然凝固形成的平滑曲面，几乎没有韧窝存在，表明裂纹 产生时，该位置存在一定量的液态钢液，说明中间裂纹 是在固液两相区形成的，属于低熔点开裂． 根据前人的研究成果，内裂纹通常在黏滞性温度 ( LIT) 和零塑性温度( ZDT) 之间形成［4］，黏滞性温度和 零塑性温度对应的固相率 fs依次为 0. 9 和 1. 0 ［5--6］，如 图 5 所示． 图中 C0为初始溶质元素浓度，Cs为固相中 溶质元素浓度，CL为液相中溶质元素浓度，k0为溶质平 衡分配系数，Cs / k0为系统平衡时液相溶质元素浓度， δN为扩散层厚度． 在该温度区间，溶质元素的浓度会 很高，尤其对于易偏析的 P、S 等元素，浓度会更高，这 些富集的溶质元素一般以夹杂物等形式存在于晶界 上，会大大降低树枝晶晶界的高温强度和高温塑性［7］， 从而降低钢的抗拉强度，引起晶间断裂，并且还会降低 树枝晶间液膜的凝固点，使黏滞性温度和零塑性温度 ·352·