異形坯生產(chǎn)S450J0V鋼樁鋼表面質(zhì)量控制與改善

1、異形坯生產(chǎn)S450J0V鋼樁鋼表面質(zhì)量控制與改善DOI：10.16640/jki.37-1222/t.2017.20.001H型鋼樁在生產(chǎn)時采用一次軋制而成，較鋼管樁在成本上便 宜 40%左右，同時具有易于拼接、可采用兩面焊接等特點，既可 以提高接頭施工效率， 又可以保證接頭強度與樁身強度接近， 實 際應(yīng)用中具有沉樁灌入能力強、擠土量小、易拼接等優(yōu)點，可用 于各種地質(zhì)復(fù)雜、 巖面起伏大、 混凝土樁難以施打的地基中 1 ， 目前H型鋼樁在美國、日本、新加坡及國內(nèi)的香港、上海等軟土 層較厚的地區(qū)得到了大量應(yīng)用。 日照鋼鐵 2014 年引入異形坯后， 不斷拓展新品種， 通過技術(shù)人員與生產(chǎn)單位的共同努

2、力， 成功開 發(fā)出鋼樁鋼S450J0V。在開發(fā)過程中遇到性能不合、R角裂紋、腹板裂紋、腿部橫裂紋諸多問題，通過反復(fù)的試驗，跟蹤生產(chǎn)并 分析總結(jié)最終獲得了較為成熟的生產(chǎn)工藝流程。1 生產(chǎn)工藝控制1.1 工藝流程煉鋼按照混鐵爐轉(zhuǎn)爐冶煉f LF精煉-異形坯連鑄機-下 線碼垛。為了保證鋼水的純凈度，精煉嚴(yán)格控制鋼水氧含量，采 用延長精煉軟吹時間， 全程保護澆注等措施。 針對存在質(zhì)量問題 鑄坯采用修磨處理，嚴(yán)重者切廢處理。1.2 化學(xué)成分控制S450J0V鋼樁鋼對于機械性能的要求以及日鋼異形坯的軋制設(shè)備與技術(shù)共同決定了化學(xué)成分設(shè)計， 為了保證型材的品質(zhì)， 采 用氮化釩鐵與釩鐵混合的方式，鋼中氮含量控制在

3、110ppm左右，P+SC 0.030%。實際化學(xué)成分控制如下表所示：1.3 關(guān)鍵工藝控制轉(zhuǎn)爐采用點吹1次出鋼，控制出鋼P含量w 0.020%;精煉爐 精煉時間35min,軟吹時間10min,精煉渣堿度2.3 wRw2.8 , 白渣時間10min；連鑄機采用3流3機BB3斷面異形坯，全程 保護澆鑄，結(jié)晶器冷卻水量：1190/675，進水溫度30-35C;二 冷水采用“弱冷”模式，中包過熱度20-35C，拉速控制在1m± 0.05m/min，保護渣使用 ST-SP/BM-BB32 異形坯表面質(zhì)量缺陷及原因分析2.1異形坯R角縱裂紋通過觀察連鑄坯R角裂紋缺陷部分，可以看到R角裂紋周圍 存

4、在輕微凹陷。R角裂紋主要出現(xiàn)在 BB3斷面生產(chǎn)過程中，BB1 斷面所產(chǎn)鑄坯R角裂紋較少，但是由于BB1斷面生產(chǎn)鑄坯腹板裂 紋較多, 且在軋制過程中無法彌合。 因此在實際生產(chǎn)中更多采用 BB3斷面生產(chǎn)S450J0V。將裂紋部分取樣酸洗后切片，R角裂紋 如圖 1 所示：表面R角裂紋產(chǎn)生的原因主要是保護渣性能不良和冷卻水 配比不當(dāng)?shù)取?保護渣主要是防止鋼液二次氧化和在振動過程中起 潤滑作用, 但它又是鋼液夾雜來源之一, 因此選擇合適的保護渣 顯得尤為重要。 異形坯所用保護渣與一般方坯用保護渣相比黏度 稍高些， 以便能均勻地流入鑄坯的各個冷卻面， 起到良好的潤滑 和傳熱作用，若結(jié)晶器內(nèi)保護渣潤滑效果不

5、好， 渣膜厚度不均勻， 會導(dǎo)致鑄坯冷卻不均勻，渣膜較厚的地方坯殼薄，強度較差，容 易產(chǎn)生裂紋。2.2 異形坯腹板縱裂紋 造成異形坯腹板裂紋的原因主要有：（1）異形坯形狀特殊，與普通板坯相比受力更加復(fù)雜（如 下圖2所示），其最大區(qū)別在于：a、腹板坯殼收縮受翼緣（結(jié)晶器凸出部分） 的牽制，形成額外的應(yīng)力，而板坯寬面坯殼自 由收縮；b、翼緣的變形使得腹板與結(jié)晶器壁之間的摩擦力增加， 造成腹板坯殼冷卻收縮所產(chǎn)生的應(yīng)力更大；c、在結(jié)晶器下部和二次冷卻區(qū)，翼緣的收縮變形使腹板表面裂紋擴展趨勢增大。（2）表面溫度梯度對腹板裂紋的影響異形坯斷面形狀不規(guī) 則，很難實現(xiàn)均勻冷卻，表現(xiàn)在鑄坯上是表面溫度梯度大，現(xiàn)場

6、 實測表明腹板溫度比其他部位低 120240 C,且腹板處于低 溫脆性區(qū)，裂紋敏感性強。BB1斷面較BB3斷面腹板薄20mm生 產(chǎn)實際檢驗中顯示，腹板裂紋數(shù)量明顯較多。（3）應(yīng)力集中？Q拱辶鹽頻撓跋煳露鵲牟瘓？勻造成應(yīng)力分 布不均勻，且異形坯表面受力多維，異形坯 表面應(yīng)力分布更加 復(fù)雜。通過有限元分析法模擬溫度場和應(yīng)力場， 結(jié)果顯示應(yīng)力集 中于腹板部位，是其他部位的 10 倍以上（上圖 3 所示）。腹板 部位應(yīng)力集中，增加了裂紋的出現(xiàn)概率 。2.3 異形坯腿部橫裂紋在采用BB3斷面生產(chǎn)S450J0V時個別澆次鑄坯表面出現(xiàn)嚴(yán)重 的橫裂紋（如下圖 4、圖 5 所示）。鑄坯翼 R 角以上靠近翼緣的

7、部位有翼板橫向開裂， 裂紋無確定起始位置， 火焰吹掃掉氧化鐵 皮后隱約可見。長度20-100mm左右，深度不等，有的不開口， 有的開口很大在振痕的波谷處， 多發(fā)生在內(nèi)弧， 兩側(cè)翼緣發(fā)生概 率基本一樣，外弧幾乎沒有，裂紋深度達4mm以上，幾乎達到深不見底的情況。 此鑄坯在軋制后出現(xiàn)嚴(yán)重的腿部結(jié)疤， 從軋鋼退 出的半成品鑄坯可以看到， 經(jīng)過粗軋機 BD1 一個道次后， 腿部橫 裂紋加深加寬加長。橫裂紋的產(chǎn)生原因具體有以下幾個方面：（1 ）鑄坯轎直溫度較低，異形坯在進入拉矯機前表面溫度 較低，由于異形坯的特殊性， 翼緣散熱較快而腹板散熱較慢在拉 矯機入口第一矯直點前測量連鑄坯的表面溫度， 異形坯在矯

8、直區(qū) 溫度分布很不均勻 3 ，表面溫度從翼緣頂端、 R 角、腹板等位 置溫度差異跨度200C左右，翼緣端部到 R角溫差較大，翼緣矯 直溫度較低， 矯直度處于第三脆性區(qū)， 鑄坯內(nèi)弧在張力作用易下 產(chǎn)生裂紋。（2）化學(xué)成分影響，該鋼含有一定量的 V、N等元素，由于 本鋼種對于機械性能的要求，鋼中 N含量往往超過100ppm鑄 坯冷卻過程中， 氮化物在晶界析出導(dǎo)致降低鋼的熱塑性， 促進異 形坯表面橫裂紋的發(fā)生； 在晶界的析出物越細小， 析出物體積百 分比越高對鋼種的熱塑性惡化越嚴(yán)重 4 , N對橫裂紋敏感性的影響會因鋼種合金元素的不同而不同， 但最大限度地減少氮含量 可減少橫裂紋的發(fā)生。 3 改進措

9、施S450J0V的V目標(biāo)值控制在0.11%，氮化釩鐵的加入量在實 際生產(chǎn)中不斷的摸索試驗，采用BB3斷面時，分別試驗過使用1.2kg/t 2kg/t，力學(xué)實驗結(jié)果顯示，氮化釩鐵在1.4kg/t可以 滿足機械性能要求，此時鋼中氮含量110ppm左右。此時氮化物在冷卻過程中極易析出， 造成矯直橫裂紋， 因此需要提高對鑄坯 矯直溫度的控制。BB3斷面R角裂紋多少取決于保護渣性能。因 此控制措施主要從以下幾個方面：3.1 保護渣調(diào)整日鋼在生產(chǎn)S450J0V過程中，主要使用斯多伯格保護渣， 經(jīng) 過研究對比使用，目前使用的斯多伯格 ST-SP/BM-BB3在 BB3斷 面上應(yīng)用較為廣泛。實際生產(chǎn)中鑄坯檢驗

10、結(jié)果顯示， 改進型保護渣 ST-SP/BM-BB3 對異形坯表面質(zhì)量改善作用較好，能夠保證鑄坯質(zhì)量 R角裂紋可控。3.2 連鑄拉速控制 連鑄坯矯直區(qū)溫度除了受到冷卻制度的直接影響外， 異形坯連鑄拉速也起到重要影響。 提高拉速， 雖然不影響直接冷卻強度， 但二冷區(qū)停留時間變短，實際出坯溫度明顯升高。 BB3斷面拉速 在0.7m/min與1.0m/min時矯直區(qū)溫度相差100C以上。經(jīng)過不 斷實踐，結(jié)合日鋼生產(chǎn)節(jié)奏，采用BB3斷面生產(chǎn)S450J0V時拉速控制在 1.0 ±0.05m/min3.3 冷卻制度改善生產(chǎn)異形坯品種鋼采用盡可能弱的一冷與二冷可以改善裂 紋，通過對某先進鋼企品種鋼生

11、產(chǎn)的交流與學(xué)習(xí)， 發(fā)現(xiàn)日鋼設(shè)備 原設(shè)計冷卻強度過大， 腹板部位冷卻過強， 鑄坯在出二冷段后回 熱，熱應(yīng)力再次集中，容易導(dǎo)致裂紋在二冷區(qū)擴展，使裂紋在深 度和寬度上得以延伸， 有些皮下裂紋甚至?xí)l(fā)展為表面裂紋。 根 據(jù)避開溫度脆性區(qū)的原則， 通過實測鑄坯溫度， 結(jié)合日鋼生產(chǎn)的 實際情況，將BB3斷面一冷水調(diào)整為1190/675,二冷水采用弱 冷，比水量 0.55L/kg 。使鑄坯腿部裂紋敏感區(qū)在二次冷卻過后 溫度達到900C，通過圖6可以看出，提高鑄坯表面溫度一定程 度的避開了低溫脆性區(qū)，有效少緩橫裂紋產(chǎn)生。4 改善效果通過實施以上的改進措施，BB3斷面異形坯生產(chǎn)S450J0V時 鑄坯表面質(zhì)量取得較大進步， 目前鑄坯表面僅有少量 R 角裂紋與 腹板裂紋，通過修磨處理，能夠滿足軋鋼生產(chǎn)要求。5 結(jié)論（ 1 ）化學(xué)成分穩(wěn)定的前提下， 氮化釩鐵加入量控制在 1.4kg/t 可以滿足客 ?舳曰 ?械性能要求， 又可以最大限度控制氮化物的析 出