連鑄坯中間裂紋與表面裂紋的萌生及擴(kuò)展規(guī)律：基于多因素耦合分析

連鑄坯中間裂紋與表面裂紋的萌生及擴(kuò)展規(guī)律：基于多因素耦合分析一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代鋼鐵生產(chǎn)中，連鑄技術(shù)作為鋼鐵工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。然而，連鑄坯裂紋問(wèn)題一直是影響鋼材質(zhì)量和生產(chǎn)穩(wěn)定性的重要因素。連鑄坯裂紋主要包括中間裂紋和表面裂紋，這些裂紋的存在不僅降低了鋼材的力學(xué)性能和加工性能，還可能導(dǎo)致產(chǎn)品在后續(xù)使用過(guò)程中出現(xiàn)安全隱患。連鑄坯裂紋對(duì)鋼材質(zhì)量產(chǎn)生多方面的負(fù)面影響。在力學(xué)性能方面，裂紋的存在破壞了鋼材的連續(xù)性和完整性，降低了鋼材的強(qiáng)度、韌性和疲勞壽命。當(dāng)裂紋擴(kuò)展到一定程度時(shí)，鋼材在承受載荷時(shí)容易發(fā)生斷裂，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的使用性能和安全性。在加工性能方面，裂紋會(huì)導(dǎo)致鋼材在軋制、鍛造等加工過(guò)程中出現(xiàn)開(kāi)裂、分層等問(wèn)題，增加加工難度和廢品率，降低生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。例如，在軋制過(guò)程中，表面裂紋可能會(huì)隨著軋制變形而擴(kuò)展，導(dǎo)致板材出現(xiàn)分層缺陷，無(wú)法滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求。連鑄坯裂紋也對(duì)生產(chǎn)過(guò)程造成諸多不利影響。裂紋的產(chǎn)生會(huì)增加鑄坯的廢品率，導(dǎo)致生產(chǎn)成本上升。在澆鑄過(guò)程中，嚴(yán)重的裂紋還可能引發(fā)拉漏事故，造成鋼水泄漏，不僅會(huì)損壞設(shè)備，還可能危及生產(chǎn)人員的安全，影響連鑄機(jī)的正常生產(chǎn)，造成生產(chǎn)中斷和鋼水浪費(fèi)。裂紋還會(huì)限制鑄坯熱送技術(shù)和連鑄連軋技術(shù)的應(yīng)用，降低生產(chǎn)效率和能源利用率。研究連鑄坯中間裂紋與表面裂紋的萌生及擴(kuò)展規(guī)律，對(duì)優(yōu)化連鑄工藝具有重要意義。通過(guò)深入了解裂紋的形成機(jī)制和影響因素，可以為連鑄工藝參數(shù)的優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)，從而有效減少裂紋的產(chǎn)生，提高鑄坯質(zhì)量。例如，通過(guò)調(diào)整鋼水成分、澆鑄溫度、拉坯速度、二次冷卻等工藝參數(shù)，可以改善鑄坯的凝固條件，減少應(yīng)力集中，降低裂紋的敏感性。合理的工藝優(yōu)化還可以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。研究裂紋的萌生及擴(kuò)展規(guī)律有助于開(kāi)發(fā)新的連鑄技術(shù)和設(shè)備，推動(dòng)鋼鐵行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀連鑄坯裂紋問(wèn)題一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者和鋼鐵企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來(lái)，隨著連鑄技術(shù)的不斷發(fā)展和對(duì)鋼材質(zhì)量要求的日益提高，關(guān)于連鑄坯裂紋的研究取得了豐碩的成果。國(guó)外對(duì)連鑄坯裂紋的研究起步較早，在理論和實(shí)踐方面都積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。在裂紋形成機(jī)理方面，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型和物理模擬，深入研究了鋼水凝固過(guò)程中的傳熱、傳質(zhì)和應(yīng)力分布規(guī)律，揭示了裂紋產(chǎn)生的本質(zhì)原因。有學(xué)者運(yùn)用有限元方法對(duì)連鑄坯凝固過(guò)程進(jìn)行模擬，分析了不同工藝參數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的影響，從而為裂紋形成機(jī)理的研究提供了有力的工具。在裂紋影響因素方面，國(guó)外研究主要集中在鋼水成分、澆鑄溫度、拉坯速度、二次冷卻等工藝參數(shù)以及結(jié)晶器振動(dòng)、輥縫控制等設(shè)備因素上。研究發(fā)現(xiàn)，鋼中碳、硫、磷等元素的含量對(duì)裂紋敏感性有顯著影響，合理控制這些元素的含量可以降低裂紋的產(chǎn)生幾率。國(guó)外還在連鑄工藝優(yōu)化和裂紋控制技術(shù)方面取得了重要進(jìn)展，如采用輕壓下技術(shù)、電磁攪拌技術(shù)、動(dòng)態(tài)二冷控制技術(shù)等，有效減少了連鑄坯裂紋的產(chǎn)生。國(guó)內(nèi)對(duì)連鑄坯裂紋的研究也在不斷深入，結(jié)合國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際，取得了一系列具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的成果。在裂紋形成機(jī)理方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，對(duì)連鑄坯中間裂紋和表面裂紋的形成過(guò)程有了更深入的認(rèn)識(shí)。通過(guò)高溫拉伸實(shí)驗(yàn)、金相分析等手段，研究了鋼在高溫下的力學(xué)性能和組織變化，為裂紋形成機(jī)理的研究提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。在裂紋影響因素方面，國(guó)內(nèi)研究不僅關(guān)注工藝參數(shù)和設(shè)備因素，還對(duì)鋼水純凈度、夾雜物形態(tài)等因素進(jìn)行了深入研究。發(fā)現(xiàn)鋼水中的夾雜物會(huì)降低鋼的塑性和韌性，增加裂紋的敏感性，通過(guò)優(yōu)化煉鋼工藝和精煉技術(shù)，可以提高鋼水的純凈度，減少夾雜物的含量，從而降低裂紋的產(chǎn)生。在裂紋控制技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)積極引進(jìn)和消化國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，同時(shí)開(kāi)展自主創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)出了適合國(guó)內(nèi)生產(chǎn)條件的裂紋控制技術(shù)，如結(jié)晶器在線調(diào)寬技術(shù)、鑄坯熱裝熱送技術(shù)等，有效提高了連鑄坯的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。盡管國(guó)內(nèi)外在連鑄坯裂紋研究方面取得了顯著成果，但仍存在一些不足之處。一方面，對(duì)于復(fù)雜鋼種和特殊工況下的連鑄坯裂紋問(wèn)題，研究還不夠深入，缺乏系統(tǒng)性和針對(duì)性的解決方案。不同鋼種的凝固特性和裂紋敏感性差異較大，在實(shí)際生產(chǎn)中，一些新型鋼種的連鑄坯裂紋問(wèn)題仍然較為突出，需要進(jìn)一步深入研究其形成機(jī)理和控制方法。另一方面，現(xiàn)有的研究主要集中在單一因素對(duì)裂紋的影響，而對(duì)于多因素耦合作用下的裂紋形成和擴(kuò)展規(guī)律，研究還相對(duì)較少。連鑄過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的多物理場(chǎng)耦合過(guò)程，鋼水成分、工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)等因素相互影響，共同作用于連鑄坯裂紋的產(chǎn)生和發(fā)展，因此，需要開(kāi)展多因素耦合作用下的裂紋研究，為連鑄工藝優(yōu)化提供更全面的理論支持?，F(xiàn)有研究在裂紋檢測(cè)和預(yù)測(cè)技術(shù)方面還存在一定的局限性，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)連鑄坯裂紋的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確檢測(cè)和預(yù)測(cè)，需要進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。1.3研究?jī)?nèi)容與方法本文主要研究連鑄坯中間裂紋與表面裂紋的萌生及擴(kuò)展規(guī)律，具體研究?jī)?nèi)容如下：連鑄坯中間裂紋的形成機(jī)理：深入研究連鑄坯在凝固過(guò)程中的傳熱、傳質(zhì)和應(yīng)力分布規(guī)律，分析中間裂紋產(chǎn)生的熱力學(xué)和力學(xué)條件。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬，探究鋼水成分、澆鑄溫度、拉坯速度、二次冷卻等工藝參數(shù)對(duì)中間裂紋形成的影響，揭示中間裂紋的形成機(jī)理。例如，研究鋼中碳、硫、磷等元素的含量對(duì)鑄坯凝固過(guò)程中晶界偏析和裂紋敏感性的影響，以及不同澆鑄溫度和拉坯速度下鑄坯內(nèi)部應(yīng)力的分布情況。連鑄坯表面裂紋的形成機(jī)理：研究連鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)的凝固過(guò)程，分析表面裂紋產(chǎn)生的原因和影響因素。通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察和理論分析，探討結(jié)晶器振動(dòng)、保護(hù)渣性能、鋼水液面波動(dòng)等因素對(duì)表面裂紋形成的影響，揭示表面裂紋的形成機(jī)理。比如，研究結(jié)晶器振動(dòng)參數(shù)對(duì)鑄坯表面振痕深度和裂紋萌生的影響，以及保護(hù)渣的潤(rùn)滑性能和傳熱性能對(duì)坯殼生長(zhǎng)和表面裂紋的影響。裂紋的擴(kuò)展規(guī)律：運(yùn)用斷裂力學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)方法，研究連鑄坯中間裂紋和表面裂紋在不同工況下的擴(kuò)展規(guī)律。通過(guò)建立裂紋擴(kuò)展模型，分析裂紋擴(kuò)展的驅(qū)動(dòng)力和阻力，預(yù)測(cè)裂紋的擴(kuò)展路徑和擴(kuò)展速率。例如，研究在不同溫度、應(yīng)力和介質(zhì)環(huán)境下，裂紋的擴(kuò)展行為和擴(kuò)展機(jī)制，以及裂紋擴(kuò)展對(duì)鑄坯質(zhì)量和性能的影響。工藝參數(shù)對(duì)裂紋的影響：系統(tǒng)研究鋼水成分、澆鑄溫度、拉坯速度、二次冷卻等工藝參數(shù)對(duì)連鑄坯中間裂紋和表面裂紋的影響規(guī)律。通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)和單因素實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化工藝參數(shù)，降低裂紋的產(chǎn)生幾率。例如，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究不同鋼水成分和澆鑄溫度下鑄坯裂紋的發(fā)生率，確定最佳的鋼水成分和澆鑄溫度范圍，以及研究拉坯速度和二次冷卻水量對(duì)裂紋敏感性的影響，優(yōu)化拉坯速度和二次冷卻制度。裂紋控制技術(shù)：基于對(duì)連鑄坯中間裂紋和表面裂紋形成機(jī)理和擴(kuò)展規(guī)律的研究，提出有效的裂紋控制技術(shù)和措施。包括優(yōu)化連鑄工藝參數(shù)、改進(jìn)結(jié)晶器結(jié)構(gòu)和振動(dòng)方式、采用電磁攪拌技術(shù)、優(yōu)化二次冷卻制度等。例如，通過(guò)優(yōu)化結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)和振動(dòng)參數(shù)，改善鑄坯的凝固條件，減少應(yīng)力集中，降低裂紋的產(chǎn)生；采用電磁攪拌技術(shù)，改善鋼水的流動(dòng)狀態(tài)和凝固組織，提高鑄坯的質(zhì)量。本文采用實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)值模擬和理論分析相結(jié)合的方法，對(duì)連鑄坯中間裂紋與表面裂紋的萌生及擴(kuò)展規(guī)律進(jìn)行深入研究。實(shí)驗(yàn)研究：通過(guò)在實(shí)際連鑄生產(chǎn)中采集鑄坯樣本，運(yùn)用金相分析、掃描電鏡、能譜分析等實(shí)驗(yàn)手段，觀察裂紋的形態(tài)、分布和微觀結(jié)構(gòu)，分析裂紋的產(chǎn)生原因和影響因素。設(shè)計(jì)并進(jìn)行連鑄實(shí)驗(yàn)，研究不同工藝參數(shù)對(duì)裂紋形成的影響，為理論分析和數(shù)值模擬提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。例如，在連鑄實(shí)驗(yàn)中，改變鋼水成分、澆鑄溫度、拉坯速度等參數(shù)，觀察鑄坯裂紋的產(chǎn)生情況，分析各參數(shù)對(duì)裂紋形成的影響。數(shù)值模擬：利用有限元軟件對(duì)連鑄坯的凝固過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，分析鑄坯內(nèi)部的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)分布，研究裂紋的萌生和擴(kuò)展過(guò)程。通過(guò)建立連鑄坯凝固過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，模擬不同工藝參數(shù)下鑄坯的凝固行為，預(yù)測(cè)裂紋的產(chǎn)生位置和擴(kuò)展趨勢(shì)，為工藝優(yōu)化提供理論支持。例如，運(yùn)用有限元軟件模擬不同澆鑄溫度和拉坯速度下鑄坯內(nèi)部的溫度分布和應(yīng)力變化，分析裂紋的萌生和擴(kuò)展情況，為優(yōu)化工藝參數(shù)提供參考。理論分析：基于金屬凝固原理、傳熱學(xué)、力學(xué)等理論知識(shí)，對(duì)連鑄坯裂紋的形成機(jī)理和擴(kuò)展規(guī)律進(jìn)行理論分析。建立裂紋形成和擴(kuò)展的理論模型，推導(dǎo)相關(guān)公式，分析裂紋產(chǎn)生的熱力學(xué)和力學(xué)條件，為實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬提供理論指導(dǎo)。例如，運(yùn)用斷裂力學(xué)理論分析裂紋擴(kuò)展的驅(qū)動(dòng)力和阻力，建立裂紋擴(kuò)展的理論模型，預(yù)測(cè)裂紋的擴(kuò)展速率和擴(kuò)展路徑。二、連鑄坯中間裂紋的萌生及擴(kuò)展規(guī)律2.1中間裂紋的形成機(jī)理連鑄坯中間裂紋是在鑄坯凝固過(guò)程中產(chǎn)生的一種內(nèi)部裂紋，其形成機(jī)理較為復(fù)雜，涉及到凝固過(guò)程中的應(yīng)力變化、鋼水成分等多個(gè)因素。了解中間裂紋的形成機(jī)理，對(duì)于控制和減少裂紋的產(chǎn)生具有重要意義。2.1.1凝固過(guò)程中的應(yīng)力分析在連鑄坯凝固過(guò)程中，會(huì)受到多種應(yīng)力的作用，這些應(yīng)力的相互作用是導(dǎo)致中間裂紋形成的重要原因。熱應(yīng)力是由于鑄坯在凝固過(guò)程中溫度分布不均勻而產(chǎn)生的。鑄坯表面冷卻速度快，溫度低，而內(nèi)部冷卻速度慢，溫度高，這種溫度差會(huì)導(dǎo)致鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力。在凝固初期，坯殼較薄，熱應(yīng)力較小，但隨著坯殼的增厚和凝固的進(jìn)行，熱應(yīng)力逐漸增大。當(dāng)熱應(yīng)力超過(guò)鑄坯的高溫強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。例如，在二次冷卻區(qū)，鑄坯表面受到強(qiáng)烈的冷卻，溫度急劇下降，而內(nèi)部溫度下降較慢，從而在鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，容易引發(fā)中間裂紋。鼓肚力是由于鑄坯在凝固過(guò)程中，內(nèi)部鋼水靜壓力作用于坯殼，使坯殼向外膨脹而產(chǎn)生的。當(dāng)鑄坯的支撐條件不足或輥縫開(kāi)口度不均勻時(shí)，坯殼會(huì)在鋼水靜壓力的作用下發(fā)生鼓肚變形。鼓肚變形會(huì)導(dǎo)致鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，當(dāng)拉伸應(yīng)力超過(guò)鑄坯的高溫強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。在鑄坯的凝固末端，坯殼較薄，鼓肚力的影響更為顯著，容易導(dǎo)致中間裂紋的產(chǎn)生。矯直力是在鑄坯進(jìn)入矯直區(qū)時(shí)，由于鑄坯的彎曲變形而產(chǎn)生的。當(dāng)鑄坯的矯直工藝不合理或鑄坯的高溫塑性較差時(shí)，矯直力會(huì)使鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而引發(fā)裂紋。例如，在連續(xù)彎曲連續(xù)矯直過(guò)程中，如果矯直點(diǎn)的位置和矯直力的大小控制不當(dāng)，就會(huì)使鑄坯在矯直過(guò)程中受到過(guò)大的應(yīng)力，導(dǎo)致中間裂紋的產(chǎn)生。這些應(yīng)力在鑄坯凝固過(guò)程中相互疊加，共同作用于鑄坯的凝固界面。當(dāng)綜合應(yīng)力超過(guò)鑄坯在該溫度下的高溫強(qiáng)度和臨界應(yīng)變值時(shí)，就會(huì)在凝固界面處產(chǎn)生裂紋，并向鑄坯內(nèi)部擴(kuò)展，形成中間裂紋。因此，在連鑄過(guò)程中，合理控制這些應(yīng)力的大小和分布，對(duì)于減少中間裂紋的產(chǎn)生至關(guān)重要。2.1.2鋼水成分的影響鋼水成分對(duì)連鑄坯中間裂紋的敏感性有著顯著影響，其中S、P、C等元素的含量起著關(guān)鍵作用。硫（S）是一種有害元素，它在鋼中會(huì)形成低熔點(diǎn)的硫化物，如FeS。這些硫化物在晶界處偏析，降低了晶界的強(qiáng)度和塑性。當(dāng)鑄坯在凝固過(guò)程中受到應(yīng)力作用時(shí)，晶界處的硫化物容易引發(fā)裂紋的萌生和擴(kuò)展。研究表明，鋼中硫含量越高，中間裂紋的敏感性就越強(qiáng)。當(dāng)硫含量超過(guò)一定值時(shí)，鑄坯中間裂紋的發(fā)生率會(huì)顯著增加。磷（P）也是一種裂紋敏感性元素，它在鋼中會(huì)引起晶界偏析，降低鋼的高溫塑性。磷的偏析會(huì)使晶界處的強(qiáng)度降低，容易在應(yīng)力作用下產(chǎn)生裂紋。同時(shí)，磷還會(huì)與其他元素形成脆性化合物，進(jìn)一步增加鋼的裂紋敏感性。在連鑄生產(chǎn)中，嚴(yán)格控制鋼中磷的含量，可以有效降低中間裂紋的產(chǎn)生幾率。碳（C）含量對(duì)鋼的凝固特性和力學(xué)性能有重要影響。在包晶鋼中，碳含量在一定范圍內(nèi)（0.09%-0.14%）時(shí)，由于δ-γ相變和樹(shù)枝晶的顯微偏析，會(huì)導(dǎo)致鑄坯線收縮增大，坯殼與結(jié)晶器壁之間容易形成氣隙，從而影響傳熱，使坯殼生長(zhǎng)不均勻，增加中間裂紋的敏感性。因此，在生產(chǎn)包晶鋼時(shí)，需要合理控制碳含量，以降低中間裂紋的產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。鋼中的其他元素如Mn、Si等也會(huì)對(duì)中間裂紋的敏感性產(chǎn)生一定影響。錳（Mn）可以與硫形成MnS，減少硫的有害作用，提高鋼的抗裂紋能力。硅（Si）可以提高鋼的強(qiáng)度和硬度，但過(guò)高的硅含量會(huì)降低鋼的塑性，增加裂紋敏感性。在實(shí)際生產(chǎn)中，需要綜合考慮鋼水成分的各個(gè)因素，通過(guò)優(yōu)化成分設(shè)計(jì)，降低連鑄坯中間裂紋的敏感性。2.2中間裂紋萌生的影響因素2.2.1工藝參數(shù)拉速：拉速對(duì)連鑄坯中間裂紋的影響較為顯著。當(dāng)拉速過(guò)高時(shí)，鑄坯內(nèi)部的液芯長(zhǎng)度會(huì)顯著增加，這使得鑄坯在凝固過(guò)程中受到的鋼水靜壓力增大，容易導(dǎo)致坯殼鼓肚變形。鼓肚變形會(huì)在鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，當(dāng)拉伸應(yīng)力超過(guò)鑄坯的高溫強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)引發(fā)中間裂紋。在實(shí)際生產(chǎn)中，若拉速?gòu)恼５?.0m/min提高到1.3m/min，鑄坯的中間裂紋發(fā)生率明顯上升。拉速的頻繁波動(dòng)也會(huì)對(duì)中間裂紋的產(chǎn)生產(chǎn)生不利影響。拉速的變化會(huì)導(dǎo)致鑄坯凝固末端位置的改變，使得凝固前沿的應(yīng)力分布不均勻，增加了裂紋萌生的幾率。在升速或降速過(guò)程中，鑄坯內(nèi)部的熱應(yīng)力和相變應(yīng)力會(huì)發(fā)生變化，容易在薄弱部位產(chǎn)生裂紋。過(guò)熱度：鋼水過(guò)熱度是影響中間裂紋的重要因素之一。過(guò)熱度偏高時(shí)，凝固前沿結(jié)晶形核的速率變低，等軸晶不易形成，凝固坯殼與中心鋼液的溫度梯度增大，柱狀晶易于生長(zhǎng)和長(zhǎng)大。發(fā)達(dá)的柱狀晶會(huì)導(dǎo)致鑄坯的各向異性增強(qiáng)，裂紋更容易沿著柱狀晶界擴(kuò)展。過(guò)熱度偏高還會(huì)使凝固末端位置下移，鑄坯在凝固過(guò)程中受到的應(yīng)力作用時(shí)間延長(zhǎng)，增加了中間裂紋產(chǎn)生的可能性。有研究表明，當(dāng)過(guò)熱度從20℃提高到40℃時(shí)，鑄坯中間裂紋的發(fā)生率增加了約30%。鋼水過(guò)熱度還會(huì)影響鑄坯的凝固組織和中心偏析程度。過(guò)熱度高會(huì)使中心偏析加重，在有鼓肚以及澆注異常時(shí)，對(duì)中間裂紋的產(chǎn)生有明顯的促進(jìn)作用。二冷制度：二冷制度對(duì)連鑄坯中間裂紋的產(chǎn)生有著重要影響。二冷強(qiáng)度過(guò)大，鑄坯表面冷卻速度過(guò)快，會(huì)導(dǎo)致鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，容易引發(fā)中間裂紋。冷卻強(qiáng)度過(guò)大還會(huì)使鑄坯表面溫度過(guò)低，在后續(xù)的矯直過(guò)程中，鑄坯的塑性降低，增加了裂紋產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。二冷強(qiáng)度過(guò)小，鑄坯冷卻不足，坯殼生長(zhǎng)緩慢，在鋼水靜壓力的作用下，鑄坯容易發(fā)生鼓肚變形，從而導(dǎo)致中間裂紋的產(chǎn)生。二冷區(qū)各段冷卻不均勻也會(huì)對(duì)中間裂紋的產(chǎn)生產(chǎn)生影響。如果鑄坯的某一部分冷卻過(guò)快，而另一部分冷卻過(guò)慢，會(huì)導(dǎo)致鑄坯內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻，在應(yīng)力集中的部位容易產(chǎn)生裂紋。因此，合理的二冷制度對(duì)于減少中間裂紋的產(chǎn)生至關(guān)重要，需要根據(jù)鑄坯的材質(zhì)、斷面尺寸和拉速等因素，優(yōu)化二冷區(qū)各段的冷卻水量和冷卻方式，使鑄坯均勻冷卻，降低應(yīng)力集中，減少中間裂紋的產(chǎn)生幾率。2.2.2設(shè)備因素結(jié)晶器冷卻不均勻：結(jié)晶器是連鑄過(guò)程中鑄坯凝固的關(guān)鍵設(shè)備，其冷卻均勻性對(duì)鑄坯質(zhì)量有著重要影響。如果結(jié)晶器冷卻不均勻，會(huì)導(dǎo)致鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)的凝固坯殼厚度不一致。在冷卻較快的部位，坯殼生長(zhǎng)較快，而在冷卻較慢的部位，坯殼生長(zhǎng)較慢，這會(huì)使鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力超過(guò)鑄坯的高溫強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在坯殼薄弱處產(chǎn)生裂紋，并有可能向鑄坯內(nèi)部擴(kuò)展，形成中間裂紋。結(jié)晶器角部冷卻不均勻是導(dǎo)致角部裂紋和中間裂紋的常見(jiàn)原因之一。由于結(jié)晶器角部的散熱條件與其他部位不同，容易出現(xiàn)冷卻過(guò)快或過(guò)慢的情況，從而引發(fā)裂紋。結(jié)晶器的冷卻水質(zhì)、水流分布和銅板磨損等因素都會(huì)影響冷卻均勻性。因此，需要定期檢查和維護(hù)結(jié)晶器，確保冷卻系統(tǒng)正常運(yùn)行，保證結(jié)晶器冷卻均勻，減少中間裂紋的產(chǎn)生。輥縫對(duì)弧精度：輥縫對(duì)弧精度是保證鑄坯在連鑄機(jī)內(nèi)正常運(yùn)行和凝固的重要條件。如果輥縫對(duì)弧不準(zhǔn)確，鑄坯在通過(guò)輥縫時(shí)會(huì)受到不均勻的壓力和摩擦力，導(dǎo)致鑄坯表面變形和內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻。在高溫狀態(tài)下，鑄坯的塑性較好，但當(dāng)受到過(guò)大的不均勻應(yīng)力時(shí)，仍然容易在固液界面處產(chǎn)生裂紋，進(jìn)而發(fā)展為中間裂紋。輥縫開(kāi)口度過(guò)大或過(guò)小都會(huì)對(duì)鑄坯質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。開(kāi)口度過(guò)大，鑄坯在鋼水靜壓力的作用下會(huì)發(fā)生鼓肚變形，增加中間裂紋的產(chǎn)生幾率；開(kāi)口度過(guò)小，鑄坯會(huì)受到過(guò)大的擠壓應(yīng)力，也容易導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。因此，需要嚴(yán)格控制輥縫對(duì)弧精度，定期檢查和調(diào)整輥縫，確保鑄坯在連鑄機(jī)內(nèi)平穩(wěn)運(yùn)行，減少因輥縫問(wèn)題導(dǎo)致的中間裂紋。支撐輥?zhàn)冃危褐屋佋谶B鑄過(guò)程中起著支撐鑄坯和引導(dǎo)鑄坯運(yùn)動(dòng)的作用。如果支撐輥發(fā)生變形，會(huì)使鑄坯在運(yùn)行過(guò)程中受到不均勻的支撐力，導(dǎo)致鑄坯表面局部應(yīng)力集中。在凝固過(guò)程中，鑄坯的坯殼較薄，對(duì)應(yīng)力較為敏感，當(dāng)受到不均勻的支撐力時(shí)，容易在坯殼內(nèi)部產(chǎn)生裂紋，這些裂紋可能會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展形成中間裂紋。支撐輥的磨損、疲勞和熱變形等都可能導(dǎo)致支撐輥?zhàn)冃?。因此，需要加?qiáng)對(duì)支撐輥的維護(hù)和管理，定期檢查支撐輥的表面質(zhì)量和形狀，及時(shí)更換磨損或變形嚴(yán)重的支撐輥，保證支撐輥的正常工作，減少因支撐輥?zhàn)冃螌?dǎo)致的中間裂紋。2.3中間裂紋的擴(kuò)展行為2.3.1擴(kuò)展方向與路徑中間裂紋在鑄坯中的擴(kuò)展方向和路徑受到多種因素的影響，包括應(yīng)力分布、凝固組織以及鋼水成分等。通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察和數(shù)值模擬，能夠深入了解其擴(kuò)展規(guī)律。在連鑄坯凝固過(guò)程中，由于熱應(yīng)力、鼓肚力和矯直力等的綜合作用，中間裂紋通常沿著柱狀晶界擴(kuò)展。柱狀晶在凝固過(guò)程中呈定向生長(zhǎng)，其晶界處存在著成分偏析和應(yīng)力集中，這些區(qū)域的強(qiáng)度相對(duì)較低，容易成為裂紋擴(kuò)展的路徑。當(dāng)鑄坯受到外部應(yīng)力作用時(shí)，裂紋會(huì)優(yōu)先在晶界處萌生，并沿著晶界向鑄坯內(nèi)部擴(kuò)展。在一些低碳鋼連鑄坯中，通過(guò)金相分析可以觀察到中間裂紋沿著柱狀晶界呈“之”字形或直線狀擴(kuò)展。鑄坯的凝固組織對(duì)裂紋擴(kuò)展路徑也有重要影響。等軸晶區(qū)的存在可以阻礙裂紋的擴(kuò)展，因?yàn)榈容S晶的晶粒取向隨機(jī)，裂紋在擴(kuò)展過(guò)程中需要不斷改變方向，消耗更多的能量，從而減緩了裂紋的擴(kuò)展速度。當(dāng)鑄坯中存在較大比例的等軸晶時(shí)，中間裂紋在擴(kuò)展到等軸晶區(qū)時(shí)，會(huì)發(fā)生明顯的偏轉(zhuǎn)和分支，擴(kuò)展路徑變得更加曲折。鋼水成分中的雜質(zhì)元素如S、P等會(huì)降低晶界的強(qiáng)度，促進(jìn)裂紋的擴(kuò)展。這些雜質(zhì)元素在晶界處偏析，形成低熔點(diǎn)化合物，降低了晶界的結(jié)合力，使得裂紋更容易在晶界處擴(kuò)展。研究表明，鋼中硫含量越高，中間裂紋的擴(kuò)展速率越快，擴(kuò)展路徑也更加不穩(wěn)定。通過(guò)數(shù)值模擬，可以更直觀地分析中間裂紋的擴(kuò)展方向和路徑。利用有限元軟件建立連鑄坯凝固過(guò)程的模型，考慮熱應(yīng)力、鼓肚力等因素的作用，模擬裂紋的萌生和擴(kuò)展過(guò)程。模擬結(jié)果可以清晰地顯示裂紋在鑄坯中的擴(kuò)展方向和路徑，以及不同因素對(duì)裂紋擴(kuò)展的影響。在模擬過(guò)程中，改變拉速、過(guò)熱度等工藝參數(shù)，可以觀察到裂紋擴(kuò)展路徑的變化，為優(yōu)化連鑄工藝提供理論依據(jù)。2.3.2擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力中間裂紋的擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力主要來(lái)源于應(yīng)力和溫度等因素，這些因素相互作用，共同影響著裂紋的擴(kuò)展行為。應(yīng)力是導(dǎo)致中間裂紋擴(kuò)展的主要驅(qū)動(dòng)力之一。在連鑄坯凝固過(guò)程中，熱應(yīng)力、鼓肚力和矯直力等會(huì)在鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)鑄坯的斷裂強(qiáng)度時(shí)，裂紋就會(huì)擴(kuò)展。熱應(yīng)力是由于鑄坯在凝固過(guò)程中溫度分布不均勻而產(chǎn)生的，鑄坯表面冷卻速度快，溫度低，內(nèi)部冷卻速度慢，溫度高，這種溫度差會(huì)導(dǎo)致鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力。當(dāng)熱應(yīng)力達(dá)到一定程度時(shí)，就會(huì)使裂紋尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子增大，從而驅(qū)動(dòng)裂紋擴(kuò)展。鼓肚力是由于鑄坯在凝固過(guò)程中，內(nèi)部鋼水靜壓力作用于坯殼，使坯殼向外膨脹而產(chǎn)生的。鼓肚變形會(huì)導(dǎo)致鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，當(dāng)拉伸應(yīng)力超過(guò)鑄坯的高溫強(qiáng)度時(shí)，裂紋就會(huì)在固液界面處擴(kuò)展。在鑄坯的凝固末端，坯殼較薄，鼓肚力的影響更為顯著，容易導(dǎo)致中間裂紋的擴(kuò)展。矯直力是在鑄坯進(jìn)入矯直區(qū)時(shí)，由于鑄坯的彎曲變形而產(chǎn)生的。當(dāng)鑄坯的矯直工藝不合理或鑄坯的高溫塑性較差時(shí)，矯直力會(huì)使鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而驅(qū)動(dòng)裂紋擴(kuò)展。在連續(xù)彎曲連續(xù)矯直過(guò)程中，如果矯直點(diǎn)的位置和矯直力的大小控制不當(dāng)，就會(huì)使鑄坯在矯直過(guò)程中受到過(guò)大的應(yīng)力，導(dǎo)致中間裂紋的擴(kuò)展。溫度也是影響中間裂紋擴(kuò)展的重要因素。在高溫下，鑄坯的塑性較好，但隨著溫度的降低，鑄坯的強(qiáng)度增加，塑性降低，裂紋的擴(kuò)展阻力增大。在鑄坯凝固過(guò)程中，裂紋尖端的溫度場(chǎng)分布會(huì)影響裂紋的擴(kuò)展行為。當(dāng)裂紋尖端的溫度較高時(shí)，材料的塑性變形能力較強(qiáng)，裂紋容易擴(kuò)展；而當(dāng)裂紋尖端的溫度較低時(shí)，材料的脆性增加，裂紋擴(kuò)展阻力增大。鋼水成分中的雜質(zhì)元素如S、P等會(huì)降低晶界的強(qiáng)度，增加裂紋的擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力。這些雜質(zhì)元素在晶界處偏析，形成低熔點(diǎn)化合物，降低了晶界的結(jié)合力，使得裂紋在擴(kuò)展時(shí)所需的驅(qū)動(dòng)力減小。鋼中硫含量較高時(shí)，晶界處容易形成低熔點(diǎn)的硫化物，在應(yīng)力作用下，這些硫化物容易發(fā)生變形和開(kāi)裂，從而促進(jìn)裂紋的擴(kuò)展。三、連鑄坯表面裂紋的萌生及擴(kuò)展規(guī)律3.1表面裂紋的形成機(jī)理3.1.1結(jié)晶器內(nèi)的凝固行為在連鑄過(guò)程中，鋼水首先進(jìn)入結(jié)晶器，結(jié)晶器作為連鑄的關(guān)鍵部件，其內(nèi)部的凝固行為對(duì)表面裂紋的產(chǎn)生有著至關(guān)重要的影響。鋼水在結(jié)晶器內(nèi)的凝固是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，可大致分為三個(gè)階段：彎月面區(qū)、緊密接觸區(qū)和氣隙區(qū)。在彎月面區(qū)，鋼水與結(jié)晶器壁初次接觸，由于結(jié)晶器壁的強(qiáng)制冷卻作用，鋼水迅速散熱，在結(jié)晶器壁表面形成一層極薄的初生坯殼。這層初生坯殼的形成速度極快，其厚度和質(zhì)量對(duì)后續(xù)的凝固過(guò)程和表面裂紋的產(chǎn)生有著重要影響。初生坯殼的形成過(guò)程中，鋼水的過(guò)冷度、結(jié)晶器壁的冷卻強(qiáng)度以及鋼水的流動(dòng)狀態(tài)等因素都會(huì)影響初生坯殼的均勻性和完整性。如果初生坯殼厚度不均勻，在后續(xù)的凝固過(guò)程中，就容易在薄弱部位產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而引發(fā)表面裂紋。隨著凝固的進(jìn)行，坯殼逐漸向下生長(zhǎng)，進(jìn)入緊密接觸區(qū)。在這個(gè)區(qū)域，坯殼與結(jié)晶器壁緊密貼合，傳熱效果較好，坯殼繼續(xù)增厚。然而，由于鋼水的凝固收縮和鑄坯的拉坯運(yùn)動(dòng)，坯殼與結(jié)晶器壁之間會(huì)產(chǎn)生摩擦力，這種摩擦力會(huì)對(duì)坯殼產(chǎn)生一定的拉伸應(yīng)力。當(dāng)摩擦力過(guò)大時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致坯殼表面產(chǎn)生微小的裂紋，這些裂紋如果得不到及時(shí)的愈合，就會(huì)在后續(xù)的凝固過(guò)程中進(jìn)一步擴(kuò)展，形成表面裂紋。坯殼繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入氣隙區(qū)。在氣隙區(qū)，坯殼與結(jié)晶器壁之間形成了氣隙，氣隙的存在大大降低了傳熱效率，使得坯殼的生長(zhǎng)速度減緩。此時(shí)，坯殼受到鋼水靜壓力和自身收縮應(yīng)力的作用，容易產(chǎn)生變形和裂紋。如果氣隙分布不均勻，坯殼各部位的受力情況也會(huì)不同，導(dǎo)致應(yīng)力集中，增加表面裂紋產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)晶器內(nèi)的凝固行為還受到鋼水成分、澆鑄溫度、拉坯速度等因素的影響。不同的鋼水成分具有不同的凝固特性，例如，含碳量較高的鋼在凝固過(guò)程中會(huì)發(fā)生包晶反應(yīng)，導(dǎo)致坯殼收縮量增大，容易產(chǎn)生表面裂紋。澆鑄溫度過(guò)高會(huì)使鋼水的凝固速度減慢，坯殼厚度不均勻，增加表面裂紋的敏感性。拉坯速度過(guò)快則會(huì)導(dǎo)致坯殼受到的摩擦力和鋼水靜壓力增大，也容易引發(fā)表面裂紋。3.1.2應(yīng)力集中與裂紋萌生結(jié)晶器振動(dòng)、摩擦力、鋼水靜壓力等因素導(dǎo)致的應(yīng)力集中是引發(fā)表面裂紋的重要原因。結(jié)晶器振動(dòng)是連鑄過(guò)程中的一個(gè)重要工藝參數(shù)，其目的是防止鑄坯與結(jié)晶器壁粘結(jié)，促進(jìn)保護(hù)渣的滲入，改善鑄坯的表面質(zhì)量。然而，不當(dāng)?shù)慕Y(jié)晶器振動(dòng)參數(shù)會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中，從而引發(fā)表面裂紋。在結(jié)晶器振動(dòng)過(guò)程中，鑄坯表面會(huì)受到周期性的作用力，當(dāng)振動(dòng)頻率和振幅不合適時(shí)，會(huì)使鑄坯表面產(chǎn)生較大的應(yīng)力，特別是在負(fù)滑脫期間，結(jié)晶器向下運(yùn)動(dòng)的速度大于鑄坯的拉坯速度，坯殼受到的摩擦力和剪切力增大，容易在表面產(chǎn)生微小的裂紋。如果這些微小裂紋在后續(xù)的振動(dòng)過(guò)程中得不到及時(shí)的愈合，就會(huì)逐漸擴(kuò)展形成表面裂紋。摩擦力是鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)不可避免的因素。鑄坯與結(jié)晶器壁之間的摩擦力主要來(lái)源于保護(hù)渣的潤(rùn)滑性能和鑄坯與結(jié)晶器壁的接觸狀態(tài)。當(dāng)保護(hù)渣的潤(rùn)滑性能不良時(shí)，鑄坯與結(jié)晶器壁之間的摩擦力增大，會(huì)對(duì)坯殼產(chǎn)生較大的拉伸應(yīng)力。在結(jié)晶器的角部和窄面，由于傳熱和受力情況的特殊性，摩擦力更容易導(dǎo)致應(yīng)力集中，從而引發(fā)表面裂紋。鑄坯的拉坯速度、結(jié)晶器的錐度以及結(jié)晶器壁的粗糙度等因素也會(huì)影響摩擦力的大小和分布，進(jìn)而影響表面裂紋的產(chǎn)生。鋼水靜壓力是作用在鑄坯表面的另一個(gè)重要應(yīng)力源。在結(jié)晶器內(nèi)，鋼水靜壓力隨著鋼水液面的高度而增加，它會(huì)對(duì)鑄坯表面產(chǎn)生一個(gè)向外的壓力。當(dāng)鑄坯的坯殼較薄或強(qiáng)度較低時(shí)，鋼水靜壓力容易使坯殼產(chǎn)生變形和裂紋。在結(jié)晶器的彎月面區(qū)，鋼水靜壓力的作用尤為明顯，因?yàn)檫@里的坯殼最薄，抵抗變形的能力最弱。如果鋼水液面波動(dòng)較大，鋼水靜壓力的變化也會(huì)加劇，進(jìn)一步增加表面裂紋產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。除了上述因素外，結(jié)晶器的熱應(yīng)力、鑄坯的熱收縮應(yīng)力以及鋼中夾雜物的存在等也會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中，從而引發(fā)表面裂紋。結(jié)晶器在工作過(guò)程中，由于受到鋼水的高溫作用和冷卻水的冷卻作用，會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，這種熱應(yīng)力會(huì)傳遞到鑄坯表面，影響表面裂紋的產(chǎn)生。鑄坯在凝固過(guò)程中會(huì)發(fā)生熱收縮，當(dāng)收縮受到限制時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生熱收縮應(yīng)力，這種應(yīng)力也容易導(dǎo)致表面裂紋的萌生。鋼中的夾雜物會(huì)降低鋼的塑性和強(qiáng)度，在應(yīng)力作用下，夾雜物周圍容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而引發(fā)表面裂紋。3.2表面裂紋萌生的影響因素3.2.1結(jié)晶器相關(guān)因素冷卻不均勻：結(jié)晶器冷卻不均勻是導(dǎo)致表面裂紋萌生的重要因素之一。當(dāng)結(jié)晶器冷卻不均勻時(shí)，會(huì)使鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)的凝固坯殼厚度不一致，從而產(chǎn)生熱應(yīng)力。在結(jié)晶器的角部和窄面，由于散熱條件的特殊性，更容易出現(xiàn)冷卻不均勻的情況，導(dǎo)致局部熱應(yīng)力集中，增加表面裂紋的敏感性。結(jié)晶器的冷卻水質(zhì)、水流分布以及銅板的磨損等都會(huì)影響冷卻均勻性。冷卻水中的雜質(zhì)可能會(huì)堵塞冷卻通道，導(dǎo)致水流不暢，從而使冷卻不均勻；銅板的磨損會(huì)使結(jié)晶器的傳熱性能發(fā)生變化，也會(huì)影響冷卻效果。研究表明，結(jié)晶器冷卻不均勻時(shí)，鑄坯表面的溫度差可達(dá)50-100℃，這種溫度差會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，容易引發(fā)表面裂紋。振動(dòng)參數(shù)不合理：結(jié)晶器振動(dòng)參數(shù)對(duì)表面裂紋的萌生有著重要影響。振動(dòng)頻率和振幅是結(jié)晶器振動(dòng)的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，它們的選擇直接影響到鑄坯表面的振痕深度和應(yīng)力分布。振動(dòng)頻率過(guò)高或振幅過(guò)大，會(huì)使鑄坯表面受到較大的沖擊力和摩擦力，導(dǎo)致表面振痕加深，應(yīng)力集中加劇，從而增加表面裂紋的產(chǎn)生幾率。當(dāng)振動(dòng)頻率從正常的150次/min提高到200次/min時(shí)，鑄坯表面的振痕深度明顯增加，表面裂紋的發(fā)生率也相應(yīng)提高。負(fù)滑脫時(shí)間也是一個(gè)重要的振動(dòng)參數(shù)，它影響著保護(hù)渣的滲入和鑄坯表面的質(zhì)量。負(fù)滑脫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)使鑄坯表面與結(jié)晶器壁之間的摩擦力增大，容易導(dǎo)致表面裂紋的產(chǎn)生。因此，合理調(diào)整結(jié)晶器的振動(dòng)參數(shù)，如降低振動(dòng)頻率、減小振幅、優(yōu)化負(fù)滑脫時(shí)間等，可以有效減少表面裂紋的萌生。潤(rùn)滑不良：結(jié)晶器潤(rùn)滑不良會(huì)導(dǎo)致鑄坯與結(jié)晶器壁之間的摩擦力增大，從而產(chǎn)生較大的拉伸應(yīng)力，容易引發(fā)表面裂紋。保護(hù)渣是結(jié)晶器潤(rùn)滑的關(guān)鍵介質(zhì)，其性能對(duì)潤(rùn)滑效果有著重要影響。保護(hù)渣的黏度、熔點(diǎn)、析晶性能等都會(huì)影響其在結(jié)晶器壁和鑄坯之間的潤(rùn)滑作用。如果保護(hù)渣的黏度不合適，會(huì)導(dǎo)致其在結(jié)晶器壁和鑄坯之間的分布不均勻，從而使?jié)櫥Ч儾?；保護(hù)渣的熔點(diǎn)過(guò)高，會(huì)使其在結(jié)晶器內(nèi)難以熔化，無(wú)法起到良好的潤(rùn)滑作用。結(jié)晶器的錐度、表面粗糙度等也會(huì)影響潤(rùn)滑效果。結(jié)晶器錐度不合適會(huì)導(dǎo)致鑄坯與結(jié)晶器壁之間的間隙不均勻，從而影響保護(hù)渣的滲入；結(jié)晶器表面粗糙度大，會(huì)增加鑄坯與結(jié)晶器壁之間的摩擦力，降低潤(rùn)滑效果。因此，選擇合適的保護(hù)渣，優(yōu)化結(jié)晶器的結(jié)構(gòu)和表面質(zhì)量，保證良好的潤(rùn)滑效果，對(duì)于減少表面裂紋的萌生至關(guān)重要。3.2.2鋼水質(zhì)量因素夾雜物含量：鋼水中的夾雜物是導(dǎo)致表面裂紋的重要原因之一。夾雜物的存在會(huì)降低鋼的塑性和強(qiáng)度，在應(yīng)力作用下，夾雜物周圍容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而引發(fā)表面裂紋。夾雜物的類型、尺寸和分布對(duì)裂紋的產(chǎn)生有著不同的影響。脆性?shī)A雜物如Al2O3、SiO2等，其硬度高、塑性差，在鋼中容易形成應(yīng)力集中點(diǎn)，促進(jìn)裂紋的萌生。大尺寸的夾雜物比小尺寸的夾雜物更容易引發(fā)裂紋，因?yàn)榇蟪叽鐘A雜物與基體之間的界面結(jié)合力較弱，在應(yīng)力作用下更容易產(chǎn)生脫粘和開(kāi)裂。夾雜物在鋼中的分布不均勻也會(huì)增加裂紋的敏感性，當(dāng)夾雜物在晶界或表面附近聚集時(shí)，會(huì)降低晶界和表面的強(qiáng)度，容易導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。通過(guò)優(yōu)化煉鋼工藝，如采用精煉技術(shù)、控制脫氧制度等，可以減少鋼水中夾雜物的含量和尺寸，改善夾雜物的分布，從而降低表面裂紋的產(chǎn)生幾率。氣體含量：鋼水中的氣體主要包括氫氣、氮?dú)夂脱鯕獾?，這些氣體的存在會(huì)對(duì)連鑄坯的質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，增加表面裂紋的敏感性。氫氣在鋼中會(huì)形成氫脆，降低鋼的塑性和韌性，使鋼在受力時(shí)容易產(chǎn)生裂紋。當(dāng)鋼水中的氫含量超過(guò)一定值時(shí)，鑄坯在冷卻過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生白點(diǎn)缺陷，白點(diǎn)處的氫原子聚集會(huì)產(chǎn)生巨大的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。氮?dú)庠阡撝袝?huì)形成氮化物，如AlN等，這些氮化物在晶界處析出，會(huì)降低晶界的強(qiáng)度，增加裂紋的敏感性。氧氣在鋼中會(huì)形成氧化物夾雜，這些夾雜會(huì)降低鋼的質(zhì)量，促進(jìn)表面裂紋的產(chǎn)生。通過(guò)控制鋼水的熔煉和澆注過(guò)程，如采用真空處理、吹氬攪拌等技術(shù)，可以降低鋼水中氣體的含量，減少表面裂紋的產(chǎn)生。3.3表面裂紋的擴(kuò)展行為3.3.1軋制過(guò)程中的擴(kuò)展在連鑄坯的后續(xù)加工中，軋制是重要的環(huán)節(jié)，而表面裂紋在軋制過(guò)程中的擴(kuò)展行為對(duì)最終產(chǎn)品質(zhì)量有著關(guān)鍵影響。通過(guò)有限元模擬和實(shí)驗(yàn)研究，能深入了解其擴(kuò)展規(guī)律。利用有限元軟件，如ABAQUS，建立連鑄坯軋制過(guò)程的模型。在模型中，考慮軋制力、摩擦力、溫度場(chǎng)等因素對(duì)表面裂紋擴(kuò)展的影響。設(shè)置不同的軋制工藝參數(shù)，如軋制道次、壓下量、軋制速度等，模擬表面裂紋在不同工況下的擴(kuò)展情況。研究發(fā)現(xiàn)，隨著軋制道次的增加，表面裂紋的擴(kuò)展長(zhǎng)度和深度呈現(xiàn)不同程度的變化。在軋制初期，裂紋深度減小明顯，這是因?yàn)樵谲堉屏Φ淖饔孟?，裂紋尖端的材料發(fā)生塑性變形，使裂紋逐漸被壓實(shí)。隨著軋制的進(jìn)行，裂紋深度減小的幅度逐漸減小，而裂紋寬度則逐漸增加，這是由于軋制過(guò)程中的橫向延展導(dǎo)致裂紋兩側(cè)材料被拉開(kāi)。在實(shí)驗(yàn)室中，對(duì)帶有表面裂紋的連鑄坯進(jìn)行熱軋實(shí)驗(yàn)。在鑄坯表面預(yù)制“V”形裂紋，模擬實(shí)際生產(chǎn)中的表面裂紋情況。通過(guò)控制軋制工藝參數(shù)，觀察裂紋在軋制過(guò)程中的擴(kuò)展情況，并與有限元模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，寬度較小的裂紋在軋制過(guò)程中可能出現(xiàn)表面貼合的現(xiàn)象，但如果裂紋不能完全愈合，仍會(huì)對(duì)產(chǎn)品表面質(zhì)量造成潛在影響。而寬度較大的裂紋在軋制過(guò)程中，兩側(cè)逐漸展開(kāi)，最終暴露到軋材表面，影響軋材的表面質(zhì)量。軋制過(guò)程中，軋制力是影響表面裂紋擴(kuò)展的關(guān)鍵因素。軋制力越大，裂紋擴(kuò)展的驅(qū)動(dòng)力越大，裂紋越容易擴(kuò)展。摩擦力也會(huì)對(duì)裂紋擴(kuò)展產(chǎn)生影響，它會(huì)改變裂紋尖端的應(yīng)力分布，從而影響裂紋的擴(kuò)展方向和速率。溫度場(chǎng)的變化會(huì)影響材料的力學(xué)性能，在高溫下，材料的塑性較好，裂紋擴(kuò)展阻力相對(duì)較小。3.3.2環(huán)境因素的影響連鑄坯表面裂紋的擴(kuò)展不僅受軋制過(guò)程的影響，還與環(huán)境因素密切相關(guān)，其中溫度和氧化是兩個(gè)重要的環(huán)境因素。溫度對(duì)表面裂紋擴(kuò)展的影響較為復(fù)雜。在高溫環(huán)境下，材料的原子活動(dòng)能力增強(qiáng)，位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)更加容易，這使得材料的塑性變形能力提高。對(duì)于表面裂紋而言，高溫會(huì)使裂紋尖端的應(yīng)力集中得到一定程度的緩解，因?yàn)椴牧显诟邷叵赂菀装l(fā)生塑性變形來(lái)協(xié)調(diào)應(yīng)力。在一定溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，表面裂紋的擴(kuò)展速率可能會(huì)降低。當(dāng)溫度超過(guò)某一臨界值時(shí)，可能會(huì)發(fā)生一些不利于裂紋擴(kuò)展的現(xiàn)象，如晶界弱化、組織轉(zhuǎn)變等，這些因素可能會(huì)導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展速率反而增加。在高溫下，鋼中的一些合金元素可能會(huì)發(fā)生擴(kuò)散和偏析，影響材料的力學(xué)性能，進(jìn)而影響裂紋的擴(kuò)展。氧化是另一個(gè)重要的環(huán)境因素。連鑄坯在生產(chǎn)和存放過(guò)程中，表面會(huì)與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，形成氧化層。氧化層的存在會(huì)對(duì)表面裂紋的擴(kuò)展產(chǎn)生多方面的影響。一方面，氧化層的硬度和脆性通常比基體材料高，這會(huì)使裂紋尖端的應(yīng)力集中更加嚴(yán)重，從而促進(jìn)裂紋的擴(kuò)展。氧化層與基體材料的結(jié)合力可能較弱，在應(yīng)力作用下，氧化層容易從基體上剝落，導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展路徑發(fā)生改變。另一方面，氧化層的形成也可能會(huì)在一定程度上阻礙裂紋的擴(kuò)展。當(dāng)氧化層較厚時(shí)，它可以起到一定的屏障作用，阻止裂紋向更深的部位擴(kuò)展。氧化層的存在還可能會(huì)改變裂紋尖端的應(yīng)力狀態(tài)，從而影響裂紋的擴(kuò)展行為。在一些情況下，氧化層的生長(zhǎng)速度和厚度分布不均勻，會(huì)導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展的不均勻性增加。四、中間裂紋與表面裂紋的對(duì)比分析4.1裂紋特征對(duì)比中間裂紋與表面裂紋在形態(tài)、分布位置和走向等方面存在明顯差異，這些差異反映了它們不同的形成機(jī)理和影響因素。中間裂紋通常呈線性或鋸齒狀，沿著鑄坯的凝固方向，在鑄坯內(nèi)部的柱狀晶界處擴(kuò)展。其形態(tài)較為規(guī)則，寬度相對(duì)較窄，長(zhǎng)度則根據(jù)裂紋的擴(kuò)展程度而定，一般在幾毫米到幾十毫米之間。通過(guò)對(duì)連鑄坯的低倍檢驗(yàn)和金相分析可以觀察到，中間裂紋在鑄坯橫截面上呈現(xiàn)出與柱狀晶走向一致的形態(tài)，有時(shí)會(huì)呈現(xiàn)出分支狀或“河流”狀分布。表面裂紋的形態(tài)則較為多樣，常見(jiàn)的有縱向裂紋、橫向裂紋、角部裂紋等。縱向裂紋沿著鑄坯的拉坯方向延伸，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，寬度較窄，一般在鑄坯的寬面或窄面出現(xiàn)；橫向裂紋垂直于拉坯方向，通常較短，寬度相對(duì)較大，多發(fā)生在鑄坯的表面振痕處或結(jié)晶器角部；角部裂紋則出現(xiàn)在鑄坯的角部，呈折線狀，對(duì)鑄坯的角部質(zhì)量影響較大。在實(shí)際生產(chǎn)中，通過(guò)對(duì)鑄坯表面的直接觀察和無(wú)損檢測(cè)，可以發(fā)現(xiàn)表面裂紋的形態(tài)各異，且受到多種因素的影響，如結(jié)晶器振動(dòng)、潤(rùn)滑條件等。中間裂紋主要分布在鑄坯的內(nèi)部，位于凝固前沿的固液交界面附近，距離鑄坯表面有一定深度。在鑄坯的橫截面上，中間裂紋通常出現(xiàn)在鑄坯厚度的1/4-3/4區(qū)域內(nèi)，尤其是在柱狀晶發(fā)達(dá)的區(qū)域更容易出現(xiàn)。對(duì)鑄坯進(jìn)行解剖分析，可以清晰地看到中間裂紋在鑄坯內(nèi)部的分布位置。表面裂紋則分布在鑄坯的表面，直接暴露在外界環(huán)境中?？v向裂紋和橫向裂紋主要分布在鑄坯的寬面和窄面，角部裂紋則集中在鑄坯的四個(gè)角部。在連鑄過(guò)程中，通過(guò)對(duì)鑄坯表面的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和檢查，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)表面裂紋的存在及其分布情況。中間裂紋的走向主要沿著柱狀晶界，與鑄坯的凝固方向一致。這是因?yàn)橹鶢罹Ы缣幋嬖诔煞制龊蛻?yīng)力集中，使得裂紋更容易在這些區(qū)域萌生和擴(kuò)展。在凝固過(guò)程中，熱應(yīng)力、鼓肚力等因素會(huì)導(dǎo)致柱狀晶界處的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，從而促使中間裂紋沿著柱狀晶界擴(kuò)展。表面裂紋的走向則與產(chǎn)生裂紋的原因密切相關(guān)?？v向裂紋沿著拉坯方向延伸，這是由于鑄坯在拉坯過(guò)程中受到的摩擦力、鋼水靜壓力等因素在拉坯方向上的作用較為顯著；橫向裂紋垂直于拉坯方向，主要是由于結(jié)晶器振動(dòng)、保護(hù)渣潤(rùn)滑不良等因素導(dǎo)致鑄坯表面在垂直于拉坯方向上產(chǎn)生應(yīng)力集中；角部裂紋的走向則與鑄坯角部的傳熱和受力特點(diǎn)有關(guān)，角部的二維傳熱導(dǎo)致其凝固和收縮不均勻，從而產(chǎn)生特定走向的裂紋。4.2影響因素的異同連鑄坯中間裂紋和表面裂紋在形成過(guò)程中，受到多種因素的影響，這些因素既有相同點(diǎn)，也有不同點(diǎn)。深入分析這些影響因素的異同，對(duì)于針對(duì)性地控制裂紋的產(chǎn)生具有重要意義。4.2.1相同點(diǎn)工藝參數(shù)：鋼水成分、澆鑄溫度、拉坯速度和二次冷卻等工藝參數(shù)對(duì)中間裂紋和表面裂紋的形成都有顯著影響。鋼水中的S、P、C等元素含量會(huì)影響鋼的高溫力學(xué)性能和凝固特性，從而增加裂紋的敏感性。在包晶鋼中，碳含量在一定范圍內(nèi)會(huì)導(dǎo)致鑄坯線收縮增大，增加中間裂紋和表面裂紋的產(chǎn)生幾率。澆鑄溫度過(guò)高或過(guò)低都會(huì)對(duì)裂紋的形成產(chǎn)生不利影響。澆鑄溫度過(guò)高，會(huì)使鋼水的凝固速度減慢，坯殼厚度不均勻，增加表面裂紋的敏感性；同時(shí)，過(guò)高的澆鑄溫度還會(huì)使凝固末端位置下移，鑄坯在凝固過(guò)程中受到的應(yīng)力作用時(shí)間延長(zhǎng)，增加中間裂紋的產(chǎn)生可能性。拉坯速度過(guò)快會(huì)導(dǎo)致坯殼受到的摩擦力和鋼水靜壓力增大，容易引發(fā)表面裂紋；拉坯速度的頻繁波動(dòng)也會(huì)使鑄坯內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻，增加中間裂紋的產(chǎn)生幾率。二次冷卻強(qiáng)度過(guò)大或過(guò)小都會(huì)導(dǎo)致鑄坯冷卻不均勻，產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而引發(fā)裂紋。冷卻強(qiáng)度過(guò)大，鑄坯表面冷卻速度過(guò)快，會(huì)導(dǎo)致鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，容易引發(fā)中間裂紋和表面裂紋；冷卻強(qiáng)度過(guò)小，鑄坯冷卻不足，坯殼生長(zhǎng)緩慢，在鋼水靜壓力的作用下，鑄坯容易發(fā)生鼓肚變形，從而導(dǎo)致中間裂紋的產(chǎn)生。設(shè)備因素：結(jié)晶器冷卻不均勻、輥縫對(duì)弧精度和支撐輥?zhàn)冃蔚仍O(shè)備因素對(duì)中間裂紋和表面裂紋的形成也有重要影響。結(jié)晶器冷卻不均勻會(huì)使鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)的凝固坯殼厚度不一致，從而產(chǎn)生熱應(yīng)力，增加裂紋的敏感性。結(jié)晶器角部冷卻不均勻容易導(dǎo)致角部裂紋，而角部裂紋既可能是表面裂紋，也可能發(fā)展為中間裂紋。輥縫對(duì)弧精度不準(zhǔn)確會(huì)使鑄坯在通過(guò)輥縫時(shí)受到不均勻的壓力和摩擦力，導(dǎo)致鑄坯表面變形和內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻，從而引發(fā)裂紋。輥縫開(kāi)口度過(guò)大或過(guò)小都會(huì)對(duì)鑄坯質(zhì)量產(chǎn)生不利影響，增加中間裂紋和表面裂紋的產(chǎn)生幾率。支撐輥?zhàn)冃螘?huì)使鑄坯在運(yùn)行過(guò)程中受到不均勻的支撐力，導(dǎo)致鑄坯表面局部應(yīng)力集中，容易引發(fā)裂紋。支撐輥的磨損、疲勞和熱變形等都可能導(dǎo)致支撐輥?zhàn)冃危瑥亩绊戣T坯質(zhì)量。4.2.2不同點(diǎn)工藝參數(shù)：雖然拉速、過(guò)熱度和二冷制度等工藝參數(shù)對(duì)中間裂紋和表面裂紋都有影響，但影響的具體方式和程度有所不同。拉速對(duì)中間裂紋的影響主要體現(xiàn)在液芯長(zhǎng)度和鼓肚變形方面。拉速過(guò)高，液芯長(zhǎng)度增加，鼓肚變形增大，容易導(dǎo)致中間裂紋的產(chǎn)生；而拉速對(duì)表面裂紋的影響主要體現(xiàn)在坯殼厚度和摩擦力方面。拉速過(guò)快，坯殼厚度變薄，摩擦力增大，容易引發(fā)表面裂紋。過(guò)熱度對(duì)中間裂紋的影響主要是通過(guò)影響凝固組織和凝固末端位置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。過(guò)熱度偏高，柱狀晶易于生長(zhǎng)，凝固末端位置下移，增加中間裂紋的產(chǎn)生可能性；而過(guò)熱度對(duì)表面裂紋的影響主要是通過(guò)影響初生坯殼的質(zhì)量來(lái)實(shí)現(xiàn)的。過(guò)熱度過(guò)高，高溫流動(dòng)鋼水會(huì)侵蝕掉坯殼厚度，導(dǎo)致初生坯殼變薄，熱應(yīng)力大，容易產(chǎn)生表面裂紋。二冷制度對(duì)中間裂紋的影響主要是通過(guò)控制鑄坯的冷卻速度和冷卻均勻性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。冷卻不均勻會(huì)導(dǎo)致熱應(yīng)力集中，增加中間裂紋的產(chǎn)生幾率；而二冷制度對(duì)表面裂紋的影響主要是通過(guò)影響鑄坯表面的溫度分布和應(yīng)力狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。冷卻強(qiáng)度過(guò)大，鑄坯表面溫度過(guò)低，在后續(xù)的矯直過(guò)程中，鑄坯的塑性降低，增加表面裂紋的產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)備因素：結(jié)晶器振動(dòng)和潤(rùn)滑等設(shè)備因素主要影響表面裂紋的形成，而對(duì)中間裂紋的影響相對(duì)較小。結(jié)晶器振動(dòng)參數(shù)不合理，如振動(dòng)頻率和振幅不合適，會(huì)使鑄坯表面受到較大的沖擊力和摩擦力，導(dǎo)致表面振痕加深，應(yīng)力集中加劇，從而增加表面裂紋的產(chǎn)生幾率。負(fù)滑脫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)使鑄坯表面與結(jié)晶器壁之間的摩擦力增大，容易導(dǎo)致表面裂紋的產(chǎn)生。結(jié)晶器潤(rùn)滑不良會(huì)導(dǎo)致鑄坯與結(jié)晶器壁之間的摩擦力增大，從而產(chǎn)生較大的拉伸應(yīng)力，容易引發(fā)表面裂紋。保護(hù)渣的黏度、熔點(diǎn)、析晶性能等都會(huì)影響其在結(jié)晶器壁和鑄坯之間的潤(rùn)滑作用，進(jìn)而影響表面裂紋的產(chǎn)生。4.3擴(kuò)展機(jī)制的差異中間裂紋和表面裂紋在擴(kuò)展機(jī)制上存在顯著差異，這些差異主要體現(xiàn)在擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力、擴(kuò)展路徑和擴(kuò)展速率等方面。在擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力方面，中間裂紋主要受到熱應(yīng)力、鼓肚力和矯直力等內(nèi)部應(yīng)力的驅(qū)動(dòng)。在連鑄坯凝固過(guò)程中，熱應(yīng)力源于鑄坯內(nèi)外溫度差，導(dǎo)致鑄坯內(nèi)部產(chǎn)生不均勻的熱脹冷縮，從而形成熱應(yīng)力。鼓肚力則是由于鋼水靜壓力作用于坯殼，使坯殼向外膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力。矯直力是鑄坯在矯直過(guò)程中因彎曲變形而產(chǎn)生的應(yīng)力。這些應(yīng)力在鑄坯內(nèi)部相互疊加，當(dāng)超過(guò)鑄坯的高溫強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)驅(qū)動(dòng)中間裂紋擴(kuò)展。在二次冷卻區(qū)，鑄坯表面冷卻速度快，內(nèi)部冷卻速度慢，產(chǎn)生的熱應(yīng)力會(huì)促使中間裂紋沿著柱狀晶界擴(kuò)展。表面裂紋的擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力主要來(lái)自于軋制力、摩擦力以及環(huán)境因素。在軋制過(guò)程中，軋制力使鑄坯發(fā)生塑性變形，裂紋尖端的應(yīng)力集中增大，從而驅(qū)動(dòng)裂紋擴(kuò)展。摩擦力在鑄坯與軋輥接觸時(shí)產(chǎn)生，它會(huì)改變裂紋尖端的應(yīng)力分布，影響裂紋的擴(kuò)展方向和速率。環(huán)境因素如溫度和氧化也會(huì)對(duì)表面裂紋的擴(kuò)展產(chǎn)生影響。高溫會(huì)使材料的塑性增加，裂紋擴(kuò)展阻力減??；氧化則會(huì)導(dǎo)致裂紋尖端的材料性能發(fā)生變化，增加裂紋的擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力。在熱軋過(guò)程中，高溫使得裂紋尖端的材料更容易發(fā)生塑性變形，從而促進(jìn)裂紋的擴(kuò)展。在擴(kuò)展路徑方面，中間裂紋通常沿著柱狀晶界擴(kuò)展。柱狀晶在凝固過(guò)程中呈定向生長(zhǎng)，晶界處存在成分偏析和應(yīng)力集中，這些區(qū)域的強(qiáng)度相對(duì)較低，容易成為裂紋擴(kuò)展的路徑。在凝固過(guò)程中，熱應(yīng)力、鼓肚力等因素會(huì)導(dǎo)致柱狀晶界處的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，促使中間裂紋沿著柱狀晶界向鑄坯內(nèi)部擴(kuò)展。在金相分析中，可以觀察到中間裂紋沿著柱狀晶界呈“之”字形或直線狀擴(kuò)展。表面裂紋的擴(kuò)展路徑則較為復(fù)雜，受到多種因素的影響。在軋制過(guò)程中，表面裂紋會(huì)隨著軋制變形而擴(kuò)展，其擴(kuò)展方向與軋制方向密切相關(guān)?？v向裂紋在軋制過(guò)程中會(huì)沿著軋制方向延伸，橫向裂紋則會(huì)在軋制力的作用下向兩側(cè)擴(kuò)展。表面裂紋還可能受到鑄坯表面缺陷、夾雜物等因素的影響，導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展路徑發(fā)生改變。當(dāng)鑄坯表面存在振痕或夾雜物時(shí)，裂紋容易在這些部位萌生并擴(kuò)展，其擴(kuò)展路徑會(huì)受到振痕或夾雜物的形狀和分布的影響。在擴(kuò)展速率方面，中間裂紋的擴(kuò)展速率相對(duì)較慢。這是因?yàn)橹虚g裂紋在鑄坯內(nèi)部擴(kuò)展，受到鑄坯內(nèi)部組織和應(yīng)力分布的制約。鑄坯內(nèi)部的柱狀晶結(jié)構(gòu)和晶界的存在，使得裂紋在擴(kuò)展過(guò)程中需要克服較大的阻力，從而減緩了裂紋的擴(kuò)展速率。同時(shí)，中間裂紋的擴(kuò)展還受到凝固過(guò)程中鋼水的補(bǔ)充和凝固收縮的影響，這些因素也會(huì)對(duì)裂紋的擴(kuò)展速率產(chǎn)生一定的抑制作用。表面裂紋在軋制過(guò)程中的擴(kuò)展速率相對(duì)較快。軋制過(guò)程中的軋制力和摩擦力為裂紋的擴(kuò)展提供了較大的驅(qū)動(dòng)力，使得裂紋能夠快速擴(kuò)展。在熱軋過(guò)程中，軋制速度和壓下量等參數(shù)會(huì)影響表面裂紋的擴(kuò)展速率。軋制速度越快、壓下量越大，裂紋的擴(kuò)展速率就越快。表面裂紋暴露在鑄坯表面，受到環(huán)境因素的影響較大，如溫度和氧化等，這些因素也會(huì)在一定程度上加快裂紋的擴(kuò)展速率。五、案例分析5.1某鋼廠連鑄坯裂紋案例5.1.1生產(chǎn)工藝與設(shè)備情況某鋼廠擁有先進(jìn)的連鑄生產(chǎn)線，其連鑄機(jī)為弧形連鑄機(jī)，具備高效穩(wěn)定的生產(chǎn)能力。連鑄機(jī)的基本弧半徑為8m，這一設(shè)計(jì)使得鑄坯在彎曲和矯直過(guò)程中能夠保持較好的形狀穩(wěn)定性，減少因變形不當(dāng)而產(chǎn)生的應(yīng)力集中。結(jié)晶器長(zhǎng)度為900mm，為鋼水的初始凝固提供了充足的空間和良好的冷卻條件，有利于控制初生坯殼的質(zhì)量。該鋼廠連鑄生產(chǎn)工藝涵蓋多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)相互配合，共同影響著連鑄坯的質(zhì)量。鋼水經(jīng)精煉處理后，通過(guò)大包回轉(zhuǎn)臺(tái)將鋼包中的鋼水注入中間包。在這個(gè)過(guò)程中，鋼水的純凈度得到進(jìn)一步提高，減少了夾雜物和氣體的含量，為后續(xù)的連鑄過(guò)程奠定了良好的基礎(chǔ)。中間包起到穩(wěn)定鋼水溫度和流量的作用，確保鋼水能夠均勻、穩(wěn)定地進(jìn)入結(jié)晶器。結(jié)晶器是連鑄過(guò)程的核心部件，鋼水在結(jié)晶器內(nèi)迅速冷卻凝固，形成初生坯殼。結(jié)晶器采用銅板材質(zhì)，具有良好的導(dǎo)熱性能，能夠有效地將鋼水的熱量傳遞出去，促進(jìn)坯殼的生長(zhǎng)。結(jié)晶器振動(dòng)采用液壓伺服控制振動(dòng)方式，這種振動(dòng)方式能夠精確控制振動(dòng)參數(shù)，如振動(dòng)頻率、振幅和負(fù)滑脫時(shí)間等，從而改善鑄坯表面質(zhì)量，減少表面裂紋的產(chǎn)生。在實(shí)際生產(chǎn)中，振動(dòng)頻率一般控制在150-200次/min，振幅為3-5mm，負(fù)滑脫時(shí)間為0.3-0.5s。鑄坯離開(kāi)結(jié)晶器后，進(jìn)入二次冷卻區(qū)。二次冷卻采用氣水噴霧冷卻方式，通過(guò)調(diào)節(jié)水和空氣的比例，實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄坯冷卻強(qiáng)度的精確控制。二冷區(qū)各段的比水量根據(jù)鑄坯的材質(zhì)、斷面尺寸和拉速等因素進(jìn)行合理分配，以確保鑄坯均勻冷卻，避免因冷卻不均勻而產(chǎn)生熱應(yīng)力和裂紋。在生產(chǎn)低碳鋼時(shí)，二冷區(qū)前段的比水量一般控制在1.0-1.2L/kg，后段的比水量控制在0.8-1.0L/kg。鑄坯在連鑄機(jī)內(nèi)經(jīng)過(guò)彎曲、矯直等工序后，最終被切割成一定長(zhǎng)度的連鑄坯。彎曲矯直采用多點(diǎn)彎曲和多點(diǎn)矯直的方式，能夠有效地減小鑄坯在彎曲和矯直過(guò)程中的應(yīng)力，降低裂紋產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)。在彎曲矯直過(guò)程中，鑄坯的溫度、彎曲半徑和矯直力等參數(shù)都需要嚴(yán)格控制，以確保鑄坯的質(zhì)量。5.1.2裂紋檢測(cè)與分析在該鋼廠的生產(chǎn)過(guò)程中，質(zhì)檢部門通過(guò)多種檢測(cè)手段對(duì)連鑄坯進(jìn)行全面檢測(cè)，以確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷。表面裂紋主要通過(guò)人工目視檢查和表面探傷設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)。人工目視檢查時(shí)，經(jīng)驗(yàn)豐富的質(zhì)檢人員憑借專業(yè)知識(shí)和敏銳的觀察力，仔細(xì)檢查鑄坯表面是否存在明顯的裂紋。表面探傷設(shè)備則采用渦流探傷、磁粉探傷等技術(shù)，能夠檢測(cè)出鑄坯表面微小的裂紋，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。內(nèi)部裂紋的檢測(cè)主要依靠超聲波探傷儀，利用超聲波在鑄坯內(nèi)部傳播時(shí)的反射和折射特性，來(lái)檢測(cè)鑄坯內(nèi)部是否存在裂紋等缺陷。通過(guò)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)部分連鑄坯存在中間裂紋和表面裂紋。中間裂紋主要分布在鑄坯厚度的1/4-3/4區(qū)域，呈線性或鋸齒狀，沿著柱狀晶界擴(kuò)展。在一些低碳鋼連鑄坯中，中間裂紋長(zhǎng)度可達(dá)20-30mm，寬度約為0.1-0.3mm。表面裂紋形態(tài)多樣，常見(jiàn)的有縱向裂紋、橫向裂紋和角部裂紋?？v向裂紋沿著拉坯方向延伸，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，一般在50-100mm，寬度較窄，約為0.05-0.2mm；橫向裂紋垂直于拉坯方向，長(zhǎng)度較短，多在10-30mm，寬度相對(duì)較大，約為0.2-0.5mm；角部裂紋出現(xiàn)在鑄坯的角部，呈折線狀，對(duì)鑄坯的角部質(zhì)量影響較大。對(duì)裂紋的嚴(yán)重程度進(jìn)行評(píng)估時(shí)，考慮裂紋的長(zhǎng)度、寬度、深度以及分布密度等因素。對(duì)于長(zhǎng)度較長(zhǎng)、寬度較大或深度較深的裂紋，以及裂紋分布密度較高的鑄坯，其質(zhì)量問(wèn)題較為嚴(yán)重，可能會(huì)影響后續(xù)的加工和使用性能。在評(píng)估過(guò)程中，采用量化的指標(biāo)來(lái)描述裂紋的嚴(yán)重程度，如裂紋長(zhǎng)度與鑄坯長(zhǎng)度的比值、裂紋寬度與鑄坯厚度的比值等，以便對(duì)不同鑄坯的裂紋情況進(jìn)行比較和分析。5.1.3原因排查與改進(jìn)措施針對(duì)檢測(cè)出的裂紋問(wèn)題，技術(shù)人員深入排查原因。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)工藝參數(shù)不合理是導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生的重要原因之一。拉速波動(dòng)較大，在部分爐次中，拉速?gòu)恼５?.2m/min波動(dòng)到1.5m/min，導(dǎo)致坯殼生長(zhǎng)不均勻，鑄坯內(nèi)部應(yīng)力增加，從而引發(fā)裂紋。鋼水過(guò)熱度偏高，部分爐次的過(guò)熱度達(dá)到40℃以上，使得凝固前沿柱狀晶生長(zhǎng)發(fā)達(dá)，增加了中間裂紋的敏感性。二冷制度不合理，二冷區(qū)各段冷卻不均勻，導(dǎo)致鑄坯表面溫度差異較大，產(chǎn)生熱應(yīng)力，進(jìn)而引發(fā)表面裂紋。設(shè)備方面也存在一些問(wèn)題。結(jié)晶器冷卻不均勻，由于結(jié)晶器銅板局部磨損，導(dǎo)致冷卻水流分布不均，使得鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)的凝固坯殼厚度不一致，在坯殼薄弱處容易產(chǎn)生裂紋。輥縫對(duì)弧精度不準(zhǔn)確，部分支撐輥的輥縫偏差超過(guò)允許范圍，鑄坯在通過(guò)輥縫時(shí)受到不均勻的壓力和摩擦力，導(dǎo)致鑄坯表面變形和內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻，增加了裂紋產(chǎn)生的幾率。為解決裂紋問(wèn)題，該鋼廠采取了一系列改進(jìn)措施。在工藝參數(shù)優(yōu)化方面，穩(wěn)定拉速，將拉速控制在1.2±0.1m/min的范圍內(nèi)，減少拉速波動(dòng)對(duì)鑄坯質(zhì)量的影響。降低鋼水過(guò)熱度，將過(guò)熱度控制在20-30℃之間，改善凝固組織，減少柱狀晶的生長(zhǎng)。優(yōu)化二冷制度，根據(jù)鑄坯的材質(zhì)、斷面尺寸和拉速等因素，重新調(diào)整二冷區(qū)各段的比水