·356· 工程科学学报，第38卷，第3期 时内弧侧凝固前沿所承受的最大拉应力没有超过钢的 参考文献 临界应力值.因此，连铸板坯在进行轻压下时要尽量 [1]Ai X,Sun Y H,Zeng Y N,et al.Study on the hot ductility of 避开矫直段，对于裂纹敏感的钢种更应该如此 low carbon steel Q345B bloom.Iron Steel Vanadium Titanium, 2014,35(4):103 3 机理分析 (艾西，孙彦辉，曾亚南，等.低碳钢Q345B大方坯热塑性研 究.钢铁钒钛，2014,35(4)：103) 连铸板坯在凝固过程中，柱状晶末端会非常粗大， Liu Z Y,Cao X M,Cheng J G,et al.Analyse and improve the 柱状晶在生长的同时，不断地向前端和侧面排出溶质， intermediate crack in continuous casting slab based on QES.Steel- 这样，溶质便被裹入枝晶间的液体之中，而富集于枝晶 making,2013,29(3):14 之间.于是，在非平衡结晶的条件下，分配到液相中溶 (刘志远，曹晓明，程巨广，等.基于QS分析和改善板坯中间 质元素会更多些，造成残余液相中溶质元素浓度偏高， 裂纹.炼钢，2013,29(3)：14) 致使柱状晶间偏析严重，尤其在脆性温度区间（黏滞 B]Han ZQ,Cai KK.Application of micro-segregation model of in- ternal cracks in carbon steel.J Unie Sci Technol Beijing,2000, 性温度至零塑性温度)，P、S等易偏析元素的浓度会非 22(5):442 常高，这些富集的溶质元素一般会以夹杂物等形式存 (韩志强，蔡开科.微观偏析模型在碳钢内裂纹敏感分析中应 在于晶界上，便大大降低晶界的高温强度和高温塑性， 用.北京科技大学学报，2000,22(5)：442) 从而引起晶间脆性，同时还会降低枝晶间液膜的凝固 4]Seol D J,Won Y M,Oh K H,et al.Mechanical behavior of car- 点，使黏滞性温度和零塑性温度之间的温差增大，致使 bon steels in the temperature range of mushy zone.IS//Int, 2000,40(4)：356 凝固前沿开裂变得相对容易一些，这便是中间裂纹形 5] Nakagawa T,Umeda T,Murata J.et al.Deformation behavior 成的内在原因.凝固前沿所承受的拉应力是造成铸坯 during solidification of steels.ISIJ Int,1995,35(6):723 开裂的真正原因.这是因为铸坯通过矫直段时，中心 6] Clyne T W,Wolf M,Kurz W.The effect of melt composition on 液芯较厚，柱状晶间的液相还未完全凝固，而压下辊的 solidification cracking of steel with particular reference to continu- 压下作用，致使多处位置凝固前沿所承受的拉应力超 ous casting.Metall Trans B,1982,13(2):259 过钢的临界值，导致凝固前沿很容易开裂延伸，形成中 7]Mintz B.The influence of composition on the hot ductility of steels and to the problem of transverse cracking./S//Int,1999,39 间裂纹：而弧形段和水平段，凝固前沿所承受的拉应力 (9):833 不会超过钢的临界值，便没有裂纹产生 8] Wang Z L,Wang X J,Chen Y,et al.Analysis of the cause of in- 分别对避开矫直区轻压下和不避开矫直区轻压下 tercolumnar crack in CC slab and its precaution measures./ron 两种工况随机抽取了49块板坯试样进行中间裂纹检 Steel,2004,39(7):31 测，结果发现避开矫直区轻压下中间裂纹发生的几率 (王子亮，王新江，陈煜，等.板坯中间裂纹的成因分析及预防 降低41.3%左右. 措施.钢铁，2004,39(7)：31) ] Wray P J.Effect of carbon content on the plastic flow of plain car- 4结论 bon steels at elevated temperatures.Metall Trans A,1982,13 (1):125 (1)中间裂纹几乎全部出现在距内弧表面80~ [10]Suzuki T.Creep properties of steel at continuous casting tempera- 93mm的柱状晶区末端，沿一次枝晶间隙延伸，终止于 tures.Ironmaking Steelmaking,1988,15(2):90 柱状晶区与等轴晶区的交界处，等轴晶区没有开裂发 [11]Kozlowski P F,Thomas B G,Azzi J A,et al.Simple constitutive 生，长度约为6~20mm. equations for steel at high temperature.Metall Trans A,1992, (2)裂纹断口的开裂面上存在着大量的液相自然 23(3):903 02] Han Z Q,Cai KK.Review of formation condition for internal 凝固形成的平滑曲面，说明开裂是在固液两相区发生 crack in continuous casting slab.J lron Steel Res,2001,13(1) 的.裂纹处的C、P和S元素均存在着一定的富集，尤 68 其P和S元素，偏析较为严重，而M元素只有微弱的 (韩志强，蔡开科.连铸坯内裂纹形成条件的评述.钢铁研究 偏析存在 学报，2001,13(1)：68) (3)铸坯通过矫直段时，多处位置凝固前沿所承 03 Xia G M,Zimngast J,Hiebler H,et al.High temperature me- 受的拉应力超过钢的临界值，这样凝固前沿很容易开裂 chanical properties of in situ solidified steel measured by the new 延伸，于是形成中间裂纹：而弧形段和水平段，凝固前沿所 SSCT test /Conference on Continuous Casting of Steel in Develo- ping Countries.Beijing,1993:165 承受的拉应力不会超过钢的临界值，无裂纹产生. (夏光明，兹恩加斯特，海布勒，等.用新型SSCT试验测试钢 (4)统计大量现场轻压下实验的结果发现：轻压下 凝固时的高温机械性能//发展中国家连铸会议.北京，1993： 避开矫直区进行时，中间裂纹的发生率降低41.3%左右. 165)工程科学学报，第 38 卷，第 3 期 时内弧侧凝固前沿所承受的最大拉应力没有超过钢的 临界应力值． 因此，连铸板坯在进行轻压下时要尽量 避开矫直段，对于裂纹敏感的钢种更应该如此． 3 机理分析 连铸板坯在凝固过程中，柱状晶末端会非常粗大， 柱状晶在生长的同时，不断地向前端和侧面排出溶质， 这样，溶质便被裹入枝晶间的液体之中，而富集于枝晶 之间． 于是，在非平衡结晶的条件下，分配到液相中溶 质元素会更多些，造成残余液相中溶质元素浓度偏高， 致使柱状晶间偏析严重，尤其在脆性温度区间( 黏滞 性温度至零塑性温度) ，P、S 等易偏析元素的浓度会非 常高，这些富集的溶质元素一般会以夹杂物等形式存 在于晶界上，便大大降低晶界的高温强度和高温塑性， 从而引起晶间脆性，同时还会降低枝晶间液膜的凝固 点，使黏滞性温度和零塑性温度之间的温差增大，致使 凝固前沿开裂变得相对容易一些，这便是中间裂纹形 成的内在原因． 凝固前沿所承受的拉应力是造成铸坯 开裂的真正原因． 这是因为铸坯通过矫直段时，中心 液芯较厚，柱状晶间的液相还未完全凝固，而压下辊的 压下作用，致使多处位置凝固前沿所承受的拉应力超 过钢的临界值，导致凝固前沿很容易开裂延伸，形成中 间裂纹; 而弧形段和水平段，凝固前沿所承受的拉应力 不会超过钢的临界值，便没有裂纹产生． 分别对避开矫直区轻压下和不避开矫直区轻压下 两种工况随机抽取了 49 块板坯试样进行中间裂纹检 测，结果发现避开矫直区轻压下中间裂纹发生的几率 降低 41. 3% 左右． 4 结论 ( 1) 中间裂纹几乎全部出现在距内弧表面 80 ～ 93 mm 的柱状晶区末端，沿一次枝晶间隙延伸，终止于 柱状晶区与等轴晶区的交界处，等轴晶区没有开裂发 生，长度约为 6 ～ 20 mm． ( 2) 裂纹断口的开裂面上存在着大量的液相自然 凝固形成的平滑曲面，说明开裂是在固液两相区发生 的． 裂纹处的 C、P 和 S 元素均存在着一定的富集，尤 其 P 和 S 元素，偏析较为严重，而 Mn 元素只有微弱的 偏析存在． ( 3) 铸坯通过矫直段时，多处位置凝固前沿所承 受的拉应力超过钢的临界值，这样凝固前沿很容易开裂 延伸，于是形成中间裂纹; 而弧形段和水平段，凝固前沿所 承受的拉应力不会超过钢的临界值，无裂纹产生． ( 4) 统计大量现场轻压下实验的结果发现: 轻压下 避开矫直区进行时，中间裂纹的发生率降低41. 3%左右． 参 考 文 献 ［1］ Ai X，Sun Y H，Zeng Y N，et al． Study on the hot ductility of low carbon steel Q345B bloom． Iron Steel Vanadium Titanium， 2014，35( 4) : 103 ( 艾西，孙彦辉，曾亚南，等． 低碳钢 Q345B 大方坯热塑性研 究． 钢铁钒钛，2014，35( 4) : 103) ［2］ Liu Z Y，Cao X M，Cheng J G，et al． Analyse and improve the intermediate crack in continuous casting slab based on QES． Steel￾making，2013，29( 3) : 14 ( 刘志远，曹晓明，程巨广，等． 基于 QES 分析和改善板坯中间 裂纹． 炼钢，2013，29( 3) : 14) ［3］ Han Z Q，Cai K K． Application of micro-segregation model of in￾ternal cracks in carbon steel． J Univ Sci Technol Beijing，2000， 22( 5) : 442 ( 韩志强，蔡开科． 微观偏析模型在碳钢内裂纹敏感分析中应 用． 北京科技大学学报，2000，22( 5) : 442) ［4］ Seol D J，Won Y M，Oh K H，et al． Mechanical behavior of car￾bon steels in the temperature range of mushy zone． ISIJ Int， 2000，40( 4) : 356 ［5］ Nakagawa T，Umeda T，Murata J，et al． Deformation behavior during solidification of steels． ISIJ Int，1995，35( 6) : 723 ［6］ Clyne T W，Wolf M，Kurz W． The effect of melt composition on solidification cracking of steel with particular reference to continu￾ous casting． Metall Trans B，1982，13( 2) : 259 ［7］ Mintz B． The influence of composition on the hot ductility of steels and to the problem of transverse cracking． ISIJ Int，1999，39 ( 9) : 833 ［8］ Wang Z L，Wang X J，Chen Y，et al． Analysis of the cause of in￾tercolumnar crack in CC slab and its precaution measures． Iron Steel，2004，39( 7) : 31 ( 王子亮，王新江，陈煜，等． 板坯中间裂纹的成因分析及预防 措施． 钢铁，2004，39( 7) : 31) ［9］ Wray P J． Effect of carbon content on the plastic flow of plain car￾bon steels at elevated temperatures． Metall Trans A，1982，13 ( 1) : 125 ［10］ Suzuki T． Creep properties of steel at continuous casting tempera￾tures． Ironmaking Steelmaking，1988，15( 2) : 90 ［11］ Kozlowski P F，Thomas B G，Azzi J A，et al． Simple constitutive equations for steel at high temperature． Metall Trans A，1992， 23( 3) : 903 ［12］ Han Z Q，Cai K K． Ｒeview of formation condition for internal crack in continuous casting slab． J Iron Steel Ｒes，2001，13( 1) : 68 ( 韩志强，蔡开科． 连铸坯内裂纹形成条件的评述． 钢铁研究 学报，2001，13( 1) : 68) ［13］ Xia G M，Zirngast J，Hiebler H，et al． High temperature me￾chanical properties of in situ solidified steel measured by the new SSCT test / / Conference on Continuous Casting of Steel in Develo￾ping Countries． Beijing，1993: 165 ( 夏光明，兹恩加斯特，海布勒，等． 用新型 SSCT 试验测试钢 凝固时的高温机械性能/ /发展中国家连铸会议． 北京，1993: 165) ·356·