含鈮鋼裂紋產(chǎn)生原因

隨著用戶對產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，鋼鐵市場競爭日益激烈，鋼鐵企業(yè)積極尋求低成本、高效率的發(fā)展模式，微合金技術(shù)在鋼鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍不斷拓寬，且微合金的用量也日益增加。

　　鈮、釩、鈦作為微合金化元素，在軋制過程中，采用控冷、控軋工藝，析出碳、氮化物，對鋼種具有細(xì)晶強化、相變強化和沉淀強化的作用，可大幅提高鋼材性能。含鈮微合金化中厚板產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于造船、橋梁、建筑和容器制造等行業(yè)，近年來成為國內(nèi)鋼鐵企業(yè)的主打產(chǎn)品。但是在連鑄澆注含鈮鋼時，鑄坯橫裂紋的發(fā)生率明顯高于其他鋼種，因此如何減少鑄坯裂紋成為含鈮鋼生產(chǎn)的研究方向。

　　含鈮鋼的成分特點。含鈮鋼鑄坯橫裂紋的發(fā)生率明顯高于普碳鋼鑄坯。與普碳鋼相比，其化學(xué)成分除了碳在包晶反應(yīng)區(qū)外，還含有鈮、鎳等裂紋敏感性元素。包晶鋼凝固正好處于包晶區(qū)，在鋼的固相線溫度以下20℃～50℃時，鋼的線收縮最大。伴隨較大的體積收縮，坯殼與銅板脫離形成氣隙，導(dǎo)致熱流最小，此時坯殼最薄，在表面形成凹陷。凹陷部位的冷卻和凝固速度比其他部位慢，且組織粗化，對裂紋敏感性強。在熱應(yīng)力、鋼水靜壓力和其他應(yīng)力的作用下，凹陷薄弱處應(yīng)力集中從而產(chǎn)生裂紋。坯殼表面凹陷越深，坯殼厚度的不均勻程度就越嚴(yán)重，裂紋出現(xiàn)的幾率就越大。因此，包晶鋼連鑄坯特別容易產(chǎn)生裂紋的原因除了與鋼液凝固包晶反應(yīng)時坯殼線收縮有關(guān)外，還與含碳量在包晶反應(yīng)點附近時鑄態(tài)奧氏體晶粒粗大、柱狀晶粗大，導(dǎo)致在柱狀晶處坯殼容易形成凹陷有關(guān)。由于細(xì)微碳(氮)化物在奧氏體晶界析出，在緩慢變形的情況下會使晶界處的結(jié)合力減弱，加之鋼水中鈮、鎳、鋁等元素的存在，會使鑄坯的脆性提高，加快了裂紋的產(chǎn)生。

　　含鈮鋼鑄坯的高溫延展性。含鈮鋼中含有鈮、鎳、鋁等元素，其高溫脆化區(qū)溫度比普碳鋼高。鈮、釩、鈦等微合金元素中，鈮對鋼的延塑性影響最大，其次是鋁和鈦。對含鈮鋼來說，隨著鈮含量的增加，特別在800℃～900℃時其延展性明顯減弱。對鑄坯來說，鋼中[N]含量較高時，易產(chǎn)生氮化物并沿晶界析出使晶界脆化，使鑄坯產(chǎn)生橫裂紋，并且隨著鋼中[N]含量的增加，含鈮鋼的延展性變差。實際操作也證明，由于浸入式水口吸氣，敞開澆注和保護(hù)澆注差的爐次鑄坯的裂紋率高。在含鈮鋼中，低氮化或加入固定氮的微量鈦可抑制鈮(C，N)的析出，明顯增強了含鈮鋼在900℃以下時的延塑性。大量研究表明，含鈮鋼加入微量的鈦可以減少鑄坯裂紋的產(chǎn)生，因為鋼中加入鈦后，鋼在冷卻變形時，首先析出TiN顆粒，這樣一來，就為鈮(C，N)提供了一個優(yōu)先形成核的位置，減少了Nb(C，N)的析出量;同時，由于含鈮鋼的塑性下降溫度為950℃，而鈮鈦鋼塑性下降溫度為830℃，這一方法可以改善含鈮鋼的熱塑性，使鋼種的裂紋敏感性下降。