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摘要：中厚钢板被广泛地应用在高层建筑、桥梁、海上石油平台、大型轮船等工程项目中，其内部质量直接关系着这些重大项目的安全性和可靠性。在中厚钢板内部质量判定方面，超声波探伤作为一种无损探伤技术被国内外各大中厚钢板生产企业普遍采用。其表面裂纹缺陷的问题也日益明显。本文做了相关探讨。
关键词：中厚板表面裂纹；缺陷；控制
引言
中厚板表面裂纹是指钢板表面形成的一条或者多条长短不一、宽窄不等、深浅不同、形状各异的条形缝隙或裂缝。通过对中厚板表面缺陷的统计分析，发现表面裂纹缺陷约占全部缺陷的50%左右，这不仅导致不良品率升高、合格率下降，而且也是造成表面修磨量增加、降低中厚板产品质量和经济效益的重要原因。
一、裂纹的形态以及导致裂纹产生的因素
（一）表面纵裂纹
纵裂纹的形态特征两种形式：第一种是沿着轧制的方向成片出现的小裂口；第二种是很宽的粗黑线裂纹。纵裂纹出现的地方一般为碳素结构钢板的表面，也有一些是在低合金的钢板表面，但是在低合金钢板表面出现的非常少；一般钢板的厚度越厚，就越容易出现表面纵裂纹。一般表面纵裂纹会出现在钢板1/4的位置。纵裂纹破坏了钢板的连续性，对钢板自身的危害非常大，导致钢板报废的可能性非常高。
钢板纵裂纹产生的原因有很多种，主要的原因是原始纵裂纹。具体来分析，铸坯纵裂纹产生的原因主要是因为铸坯出现在结晶器的弯月区以及初生铸坯的外壳厚度不均匀导致的，也就是说在铸坯外壳最薄弱的地方所承受的力量比较集中，所以它自身的承受能力远远超过了铸坯外壳的温度强度从而出现细微的裂纹，以至于铸坯在出结晶器后在二冷区变成纵向裂痕。不仅如此，碳的含量、钢铁自身的成分以及其内包含的杂质含量、钢液温度的把控和插入的深度和结晶器外表的导入均匀程度等都会对纵裂纹产生影响。
在轧制过程中，如果铸坯的裂纹没有焊接合闭，那么就会按照钢板的轧制方向开始形成纵向的裂纹。其主要的外部特征是在裂纹的周围有脱碳层，裂纹的周围脱碳情况非常明显并且存在着很多氧化物，呈现出颗粒状，这些氧化物的出现使裂纹扩展的更快更明显。
（二）表面横裂纹
中厚板的表面横裂纹和钢板的轧制方向一般都会有30度到90度区间的夹角。而且横裂纹的分布数量、分布位置以及横裂纹的形态都不相同，一般而言会位于板面和棱角边的位置，横裂纹自身破坏了钢板的纵向连续性，严重的时候可能会导致钢板报废。
影响钢板表面出现横裂纹的因素非常的多，最主要的还是因为铸坯表面出现的横裂纹在后期的轧制过程中因为扩展导致的开裂，一般出现在铸坯的内部弧部的波谷处，如果振动的频率越高，横裂纹就会越来越严重。在振动发生部位的底部，有S和P等元素的正偏析，同时还有保护渣，这些因素都降低了钢的可塑性，另一方面微合金元素的碳氮化合物等可以在这里的奥氏体晶界的位置上产生积压。所以在振痕非常明显的地方尤其是振痕的底部会出现横向微裂纹，铸坯过程中因为受到弯曲的外力以及鼓肚等作用，导致处在折痕波谷地方的微裂纹变成新的横裂纹。因此，影响横裂纹的因素可以总结为三个方面。
由于钢的化学成分是影响钢材的热塑性的主要化学成分，比如硫、铝、铁等化学元素非常容易和钢内包含的碳和氮等元素相结合，在奥氏体界位置析出，影响奥氏体再结晶的过程并且对晶界的强度进一步弱化，从而降低钢的高温可塑性。
连铸机的矫直温度对于铸坯表面的横向裂纹的影响很大，如果铸坯在700度到900度之间的温度区间进行矫直时，铸坯就会变成低塑性的状态，因为受到矫直机的作用，铸坯表现处非常容易在拉力作用下产生裂纹。为了避免形成裂纹，可以用比较平稳的弱冷却方式，使矫直过程中铸坯的表面温度高于质点位置的沉淀温度，避开低塑性区间。
（三）表面龟裂
龟裂常伴随或衍生出其他形态的裂纹，其深度基本超过钢板的厚度负偏差之半，严重时产品会在堆垛中被压断，因此被判废的可能性较高。形成龟裂的主要原因有：
（1）钢坯在加热过程中若加热温度或加热速度控制不当的时候，会造成钢坯局部过热，过热部分将出现一定深度的脱碳层，使钢的塑性降低，在轧制中因表面延伸产生的张力作用而导致开裂。
（2）含碳量高的坯料在较低温度上进行火焰清理时，表面温度骤然升高引起热应力或在清理后的冷却过程中产生组织应力，从而使坯料表面炸裂。
（3）含Cu钢中的Cu容易向表面扩散，在钢表面及氧化铁皮下富集一薄层熔点低于1100℃的富Cu合金，其在1100℃以上熔化并侵蚀钢表面晶界，在轧制时钢板表面会沿晶界发生热脆开裂。
（4）铸坯表面原有的网状裂纹或星形裂纹在轧制中进一步扩展从而导致开裂。
表1 中厚板常见龟裂现象分析
（四）表面微裂纹
在钢板的表面不同位置会出现一些形状不规则长度不连续的裂纹，这种裂纹有的分散有的成簇分布，有的时候会伴随其他裂纹产生，如果钢板的裂纹表面存在着没有清理的微裂纹，那么在后面的加工过程中就会在外侧出现裂纹。单独的微裂纹一般在清理之后的深度会低于钢板的厚度负偏差的一半，对于钢板的质量以及钢板的性能影响非常小，但其他形态的裂纹导致的微裂纹对于钢板性能的影响上一般是由缺陷的严重程度决定。
二、控制中厚板钢连铸坯表面裂纹采取的措施
（一）采用镀镍结晶器
部分钢厂生产中厚板钢时采用普通的铜板结晶器，这种结晶器传热速率快。结晶器使用过程中，只规定浇注--定炉数及结晶器铜板表面划伤达一定程度时才更换，多次使用后的结晶器铜板厚度变薄，传热速率更快。普通铜板结晶器还可能弓起铸坯表面渗Cu而导致铸坯表面微裂纹。
（二）改进结晶器保护渣
为了使结晶器内冷却均匀，要求保护渣粘度合适、熔化均匀形成的渣膜厚度适中。原用DK-2颗粒保护渣粘度偏低，为此分别试验了两种中碳钢专用结晶器保护渣，并将所浇铸坯进行酸洗。
结束语
中厚板表面裂纹的原因是多种多样的，往往是因为操作人员的操作顺序不当致使其表面出现了横裂纹和纵裂纹，而且在后续的轧制工艺中会进一步扩大裂纹的面积。钢坯过热或者温度过冷的时候，会造成在后续的轧制中各个部分的延伸和宽展不一致，应力不均匀最终导致了裂纹现象的产生。在以后的生产管理工作中，为了避免裂纹现象的出现，我们可以控制好钢的化学成分，减少缺陷；可以严格审查铸坯的质量，将不合格产品拒之门外，希望能够为冶金工艺以及轧制工艺的提升提供新的思路。
参考文献
[1]吴伟勤.中厚板表面碎裂纹原因分析及改进措施[J].浙江冶金，2017（02）：27-31.
论文作者:龙骏海
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年15期
论文发表时间:2019/10/27
标签：裂纹论文; 表面论文; 钢板论文; 中厚板论文; 结晶器论文; 缺陷论文; 过程中论文; 《建筑学研究前沿》2019年15期论文;