中心裂纹的形成原因及预防措施

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中心裂纹是连铸坯在凝固过程中，因内部应力或工艺缺陷导致的中心区域线状或放射状裂纹，通常通过低倍酸浸检验（肉眼或低倍显微镜下）观察到。裂纹沿铸坯中心线分布，可能贯穿或断续存在，严重时影响轧材性能（如强度、韧性）。

中心裂纹成因
1、凝固收缩应力：铸坯在凝固末期，中心部钢液凝固收缩产生的应力是导致中心裂纹产生的主要原因之一。在凝固过程中，铸坯中心的钢液最后凝固，由于体积收缩，如果得不到钢液的及时补充，就会在中心部位产生收缩应力，当这种应力超过钢的强度极限时，就会引发中心裂纹。在连铸过程中，柱状晶发达及局部柱状晶搭桥，使得铸坯中心最后凝固部分集中收缩而得不到钢液补充，从而增加了中心裂纹产生的可能性。
2、冷却不均匀：二冷区冷却不均匀或冷却强度过大，会使铸坯表面与内部的温差增大，产生较大的热应力。热应力与凝固收缩应力叠加，容易导致中心裂纹的出现。如矩形坯在二冷夹持段，若冷却过强，铸坯表面温度明显低于正常温度，会导致热应力过大，助长中心裂纹的产生。
3、钢水成分的偏析：硫（S）、磷（P）、碳（C）等元素在中心偏析，降低材料高温塑性，增加裂纹敏感性。  硫（S）偏析的影响：硫在钢中是有害元素，易产生偏析。当硫发生偏析时，会在铸坯中心形成低熔点共晶。在铸坯凝固末期，这些低熔点共晶分布在晶界处，削弱了晶界的结合力。在凝固收缩应力和热应力作用下，晶界处就容易产生裂纹，进而增加中心裂纹产生的倾向。在连铸过程中，若钢水脱硫处理不充分，硫含量较高且发生偏析，铸坯中心裂纹的敏感性会显著提高。
磷（P）偏析的影响：磷同样会在钢中偏析，它会降低钢的塑性和韧性。在铸坯凝固过程中，磷的偏析会使中心部位的钢的性能变差。当铸坯受到应力作用时，偏析区域难以通过塑性变形来缓解应力，从而在中心部位引发裂纹。而且，磷与铁形成的固溶体还会使钢的脆性增加，进一步加大了中心裂纹产生的可能性。在一些高磷钢种的连铸生产中，若不控制好磷的偏析，铸坯中心裂纹问题会比较突出。

碳（C）偏析的影响：碳含量对铸坯中心裂纹的影响呈规律性变化。当碳含量在 0.15% - 0.19% 范围内时，中心裂纹级别较高。碳偏析会改变钢的凝固特性，使铸坯中心区域的组织和性能不均匀。碳含量的变化还会影响钢的热物理性能，导致凝固过程中热应力分布不均。在凝固收缩和热应力共同作用下，中心区域容易产生裂纹。在实际生产中，需要严格控制碳含量，避免其处于敏感范围，以降低中心裂纹产生的风险。
4、浇注工艺不当浇注温度对中心裂纹影响显著。浇注温度过高，会使钢水的液相穴加深，铸坯中心钢液凝固时间延长，凝固收缩量增大。当铸坯中心的钢液凝固时，由于得不到及时补缩，就容易产生中心裂纹。中间包温度越高，裂纹级别明显升高。相反，浇注温度过低，钢水流动性变差，可能导致铸坯凝固不均匀，也会增加中心裂纹产生的风险。拉速的快慢直接关系到铸坯的冷却速度和凝固过程。拉速过快，铸坯在结晶器内的停留时间缩短，钢液凝固速度跟不上拉速，导致坯壳较薄，在钢水静压力作用下，铸坯容易鼓肚，进而使内部产生拉伸应力，与凝固收缩应力叠加，增加中心裂纹产生的几率。而且拉速波动会使铸坯冷却不均匀，产生热应力，也会促进中心裂纹的形成。稳定的拉速对减少中心裂纹很重要。
5、设备问题
拉矫机在铸坯的矫直过程中发挥作用，但拉矫机压力不当对铸坯质量影响较大。压力过大，在铸坯中心未完全凝固的情况下，会对铸坯施加过大的矫直应力，导致中心裂纹产生。在实际生产中，若拉矫辊压力控制不好，会使铸坯在矫直时内部结构受损，增加中心裂纹产生的可能性。

连铸设备的整体精度，包括对弧精度等，对铸坯质量同样重要。对弧精度要求在一定范围内，如 0.3 - 0.5mm，并且要定期校准。若对弧精度不达标，辊子磨损造成弧度偏差，会使铸坯在冷却和拉矫过程中受到不均匀的力，导致铸坯内部应力异常，从而增加中心裂纹产生的风险。

预防措施：
1、优化冷却工艺合理控制二冷强度：根据铸坯的钢种、断面尺寸和拉速等因素，制定合理的二冷制度。确保二冷区冷却均匀，避免冷却强度过大或过小，并保证二冷水量分布均匀，能有效减少热应力，降低中心裂纹产生的几率。
2、稳定工艺控制：控制钢水过热度：严格控制钢水的浇注温度，避免钢水过热度偏高。中间包钢水过热度应控制在20-40℃之间，以降低液相穴深度，减少铸坯中心部位钢液的凝固收缩量，从而减少中心裂纹的产生。稳定拉速：保持铸机拉速稳定，避免拉速波动过大。拉速波动会导致铸坯冷却不均匀，增加热应力，从而增加中心裂纹产生的风险。根据不同钢种和断面尺寸，严格规范拉速，并严格控制拉速波动范围。
3、优化拉矫工艺：合理调整拉矫机的压力，避免压力过大对未完全凝固的铸坯中心造成损伤。应用轻压下技术，在连铸坯凝固末端对铸坯实施一定的压下量，补偿铸坯凝固收缩量，抑制铸坯中心富含偏析元素的残余钢液的流动，改善铸坯中心偏析和中心疏松，进而减少中心裂纹的产生。
4、提升钢水质量将钢水中C、S、P含量控制在合理范围内，避开裂纹敏感区域。
5、确保设备精度：对连铸设备进行定期检查和维护，保证设备的精度。对弧精度要求在0.3- 0.5mm，并定期校准，避免由于辊子磨损造成的弧度偏差，防止铸坯在冷却和拉矫过程中受到不均匀的力，从而减少中心裂纹的产生。