含鈮鋼裂紋產生原因

隨著用戶對產品質量要求的不斷提高，鋼鐵市場競爭日益激烈，鋼鐵企業積極尋求低成本、高效率的發展模式，微合金技術在鋼鐵生產中的應用范圍不斷拓寬，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品廣泛應用于造船、橋梁、建筑和容器制造等行業，近年來成為國內鋼鐵企業的主打產品。但是在連鑄澆注含鈮鋼時，鑄坯橫裂紋的發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的研究方向。

　　含鈮鋼的成分特點。含鈮鋼鑄坯橫裂紋的發生率明顯高于普碳鋼鑄坯。與普碳鋼相比，其化學成分除了碳在包晶反應區外，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，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。在熱應力、鋼水靜壓力和其他應力的作用下，凹陷薄弱處應力集中從而產生裂紋。坯殼表面凹陷越深，坯殼厚度的不均勻程度就越嚴重，裂紋出現的幾率就越大。因此，包晶鋼連鑄坯特別容易產生裂紋的原因除了與鋼液凝固包晶反應時坯殼線收縮有關外，還與含碳量在包晶反應點附近時鑄態奧氏體晶粒粗大、柱狀晶粗大，導致在柱狀晶處坯殼容易形成凹陷有關。由于細微碳(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，易產生氮化物并沿晶界析出使晶界脆化，使鑄坯產生橫裂紋，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。