摘要：R8m弧铸机在无结晶器电磁搅拌的情况下，高拉速生产高强度螺纹钢HRB500E系列大规格在热送轧制时，铸坯经过轧机初轧位置，肉眼可见大量角部横裂纹，轧制成品表面有裂纹缺陷，表面质量差。通过生产工艺以及设备条件的研究分析，小弧度铸机高拉速下冷却强度大，铸坯出二冷温度偏低，柱状晶发达，铸坯质量随着钢中V、N元素的含量增加，裂纹敏感性逐步增强，且轧制规格越大，裂纹缺陷造成的质量影响越发严重。结合实际生产情况，对结晶器铜管锥度、振动台参数、热送铸坯入炉温度三个方面做优化设计，解决高强度螺纹钢热送轧制表面横裂纹缺陷。
　　关键词：深振痕；横裂纹；热送铸坯入炉温度
　　目前螺纹钢的发展主要是由屈服强度400MPa系列不断向500MPa以及更高强度发展，高强度钢筋的屈服强度≥500MPa，需要加入更多的合金细化晶粒提升强度，目前大部分钢厂主要以加入钒氮（VN）合金为主。阳春新钢铁生产HRB500E的高强度大规格螺纹钢，钒（V）含量控制在0.08%以上，氮（N）含量在120ppm以上。在生产过程中，连铸155mm×155mm方坯拉速主要控制在4.4~4.6m/min，二冷室冷却强度≥1.8L/kg，在热送轧制规格≥28mm时，铸坯入炉温度≤730℃,表面角部横裂纹缺陷严重，轧制成品表面存在大量裂纹、翘皮缺陷，质量不满足要求导致判废。
　　1工艺流程
　　120t转炉→CAS吹氩站→R8m弧铸机→热送加热炉加热轧制→棒材。
　　2大规格成分设计及拉速控制
　　高强度螺纹钢需要达到屈服强度≥500MPa，因此设定钢种成分如表1。

根据中间包温度控制情况，设定连铸浇钢的拉速如表2。

3裂纹缺陷原因分析
　　在高强度HRB500E大规格热送轧制过程中，经初轧位置对红坯进行检查，铸坯角部沿振痕处有大量角部横裂纹的产生，如图1所示。

铸坯过初轧后，将有缺陷的铸坯停轧吊出检查，表面裂纹严重如图2所示。

由于热送铸坯在初轧出现大量表面裂纹，轧制过程中不能焊合，钢材表面普遍存在深浅不一的纵向裂纹以及表面翘皮现象，质量不满足要求，轧材进行判废，造成大量的成本浪费。取铸坯低倍样进行酸洗，在振痕处有横裂纹，如图3所示。

3.1 HRB500E大规格成分设计分析
　　钢水成分设计V含量高，需要在钢水中加入大量VN合金调整成分，同时VN合金中的N含量也随之增高，达到120ppm以上，研究表明，钢水中N含量升高，铸坯角部横裂纹产生概率增加，如图4所示。V、N元素容易在钢中形成低温化合物，先共析铁素体形核析出，同时形成的微合金碳氮化合物分布在原奥氏体晶界、弱化晶界，铸坯塑性降低。2#小方坯铸机为R8m弧，弧度偏短，无结晶器电磁搅拌设备，相对大弧度铸机呈现明显劣势，冶金长度短且拉速快，铸坯二冷强度达到1.80L/kg，钢水在凝固过程中，结晶器液相穴夹杂物上浮使一部分被正在凝固的树枝晶捕捉，外加重力作用，晶体下沉，外弧侧柱状晶生长受到抑制，内弧柱状晶比外弧侧长，内弧冶金质量差，更容易在内弧侧诱发横裂纹的产生。

3.2振动台及冷却工艺分析
　　①高拉速铸机采用高频小振幅的正弦振动工艺，频率f=C3+C4×Vc（次／min），C3=50，C4=50，最高振动频率为200次/min。研究表明横裂纹与振痕是共生的，深振痕是诱发横裂纹的重要原因，铸坯表面振痕越深，横裂纹越严重。当拉速v≥4.4m/min时，铸坯振痕间距达到23mm，负滑脱时间0.097s，铸坯振痕间距大且振痕深，减少横裂纹需要降低振痕深度，而振痕深度的控制是由振动参数设计决定的［1］。
　　②铸机在生产HRB500E大规格钢种时，当上线结晶器铜管过钢量为0吨，新铜管下口锥度过大，锥度值≥1.40%/m，拉坯阻力大，锥度越大，内弧所受应力越大。在实际生产过程中，当使用新铜管大锥度的条件下，单炉铸坯产生横裂纹缺陷的占比达到90%。同时铸坯弧度为R8m弧，在高拉速下冷却强度大，铸坯内弧侧集聚夹杂物的能力进一步提升，铸坯凝固矫直的过程中，拉矫机处铸坯表面温度在920~950℃,角部温度在780~850℃,高温塑性差，内弧所受拉应力增大，恶化内弧冶金质量，角部横裂纹愈发严重。
　　3.3铸坯热送轧制温度分析
　　铸坯热装热送技术分为5类［2］，第一类为铸坯直接轧制，热送温度需要达到1100℃;第二类为铸坯直接轧制；热送温度为A3-1100℃（A3为铸坯冷却时奥氏体开始析出游离铁素体的温度，后续简称A3）；第三类为铸坯直接热装轧制，热送温度为A1-A3（A1为铸坯冷却冷却时奥氏体向珠光体转变的开始温度，后续简称A1）；第四类为铸坯热装轧制，热送温度为400℃-A1；第五类为冷坯装炉加热轧制，热送温度为室温。铸坯热送温度主要分布为：开浇前期拉速慢，铸坯热送至加热炉温度为600℃左右；连浇炉拉速达到4m/min以上，铸坯入炉平均温度在700~720℃。从铸坯热送相变分析，按照经验公式Ar3=901-325C-92Mn+33Si+287P+40Al-20Cr计算HRB500E钢种A3温度约730℃,热装工艺属于第三类。在此热送温度区间，铸坯表层组织为γ+α两相区，在热送加热轧制过程中，铸坯表面加热与内部进行热传导，表层与内部出现温度差而产生热应力，铸坯表层相变后新生成的奥氏体与未完全相变的奥氏体之间形成晶粒差，这种奥氏体晶粒大小差异造成了铸坯表层塑性降低，铸坯角部在加热炉热应力以及相变组织应力的作用下形成拉应力，超出了角部晶界强度，在振痕位置加剧了横裂纹的产生。同时，根据钢水中VN化合物析出理论分析，V含量高的钢种在氮含量高的情况下，低温化合物析出的温度在800℃时呈现明显增加，图5所示。生产HRB500E钢种大规格钢中V含量≥0.080%，随着温度的降低，析出含量增加，铸坯塑性受到影响加剧，此结论从轧制开浇前期热送铸坯，铸坯入炉温度低角部裂纹更为严重得到验证。因此，需要对铸坯热送温度优化，减少铸坯角部振痕处的V（C，N）析出，达到改善铸坯塑性的效果。目前，国内大部分钢厂铸坯入炉热送温度普遍低于对应钢种的Ar3温度，在铸坯热送热装采用高温热送法方面没有大面积应用。

4铸坯热送横裂纹控制措施
　　4.1优化内弧冶金能力，降低铸坯内弧拉应力
　　由于采用R8m弧铸机生产高强度螺纹钢，且未采用电磁搅拌技术，优化内弧冶金能力的主要途径在于改善结晶器的铜管设计，通过现场结晶器铜管数据分析，原有使用的结晶器铜管锥度从上口到下口锥度坡度值变化大，下口锥度值最大为1.45%/m，因此对结晶器铜管锥度重新设计，降低铜管上口到下口的锥度变化趋势，下口锥度值控制在0.9%~1.3%/m。降低结晶器铜管锥度，横裂纹产生几率下降。
　　4.2优化振动台参数设计
　　解决铸坯深振痕根据负滑脱时间、振动频率、振幅和拉速的关系分析，在拉速不变、振幅不变的情况下，主要从振动频率考虑调整，将振动频率最优化，同时对振动台进行试振调试，排除调整频率可能带来的振动台偏振影响，根据频率公式f=C3+C4×Vc的技术要求，经过理论计算后调整C3=65，C4=50，限定最高振动频率215次/min，当拉速V≥4.4m/min时，负滑脱时间≤0.09s，铸坯振痕间距降低至20.5mm以内，铸坯超前量下降，振痕深度变浅，在满足高拉速生产的同时，铸坯表面质量得到提升，降低深振痕带来的横裂几率，图6所示。

4.3提高铸坯入炉温度
　　控制铸坯热送轧制质量，降低铸坯温度至钢种Ar1以下是一种方法，铸坯组织发生奥氏体向铁素体和珠光体转变，相变基本结束，铸坯组织晶粒细小，再次加热轧制形成的新奥氏体大小均匀［3］，与热送组织相变产生混晶情况不同，塑性也不同，轧制出现横裂纹概率低，但由于入炉温度的降低，增加了加热炉煤气消耗，在节能降耗方面存在较大的成本损失，因此提升铸坯热送温度采用高温热送法是解决高强度螺纹钢热送轧制缺陷的有效途径。通过降低钢水过热度，由原来的15~30℃降低至10~25℃,降低高拉速下的铸坯二冷强度至1.75L/kg，铸坯出二冷室温度提高至1000~1050℃。在铸坯输送段以及热送辊道增加保温装置，调整热送铸坯组坯方式，由原来4支/组降低至3支/组，加快铸坯热送入炉的周转时间，热送辊道至加热炉的运行时长由平均4min/组降低至2.5min/组，大幅度降低铸坯热送热装的热量损失，将铸坯入炉温度由平均710℃提升至平均850℃。入炉温度的提升，降低了低温VN化合物的析出，铸坯相变过程得到优化，塑性提高，角部振痕处横裂纹明显降低。
　　5结论
　　高强度螺纹钢热送轧制铸坯横裂纹主要由于铸坯角部塑性差造成，在高拉速生产的过程中，结晶器铜管锥度不宜过大；振动台参数设计通过降低负滑脱时间以及合理控制结晶器振动超前量，达到降低振痕深度减少横裂纹的目的；采用热送热装工艺时需要较高的铸坯入炉温度，减少低温化合物的析出，增加铸坯角部晶界强度，改善铸坯塑性，从而提升轧材质量。
　　参考文献
　　［1］蔡开科.连铸坯质量控制［M］.北京：冶金工业出版社，2010.
　　［2］蔡兆镇.微合金钢连铸板坯表面裂纹控制［M］.北京：冶金工业出版社，2021.
　　［3］陈超，丁翠娇.裂纹敏感钢种热送热装技术综述［J］.工业加热，2016，45（3）：58-60.