高端寬厚板是支撐國家重大工程和國防建設(shè)的關(guān)鍵金屬材料，主要由寬厚板連鑄坯經(jīng)若干道次展寬軋制與縱向軋制制備而成。大展寬比軋制是制備寬規(guī)格寬厚板的重要工藝特征。在主流寬厚板軋制過程，中間坯軋制多為自由展寬，展寬比1.1~2.8的生產(chǎn)過程中，鋼板邊部常產(chǎn)生30~100mm寬的邊線裂紋（亦稱“邊部黑線”、“邊直裂”、“折疊黑線”等）缺陷，如圖1所示。為了消除該類缺陷，企業(yè)往往需要大寬度切邊，從而造成寬厚板較低的成材率。寬厚板軋制過程高發(fā)的邊線裂紋缺陷已成為制約寬厚板高質(zhì)、高效與綠色制備的行業(yè)共性技術(shù)難題。

圖1 鞍鋼4300mm寬厚板軋線制備1.9展寬比寬厚板的邊線裂紋形貌

為解決該技術(shù)難題，鞍鋼煉鋼總廠在制備大展寬比軋制寬厚板、以及風(fēng)電和管線鋼等特殊鋼種的坯料過程，均將連鑄坯下線冷卻，并將其4個角倒成圓弧角后再送軋。實踐表明，該方法雖可一定程度改善厚度＞30mm寬厚板邊線裂紋的寬度，但對于薄規(guī)格鋼板軋制，仍無法有效縮減其邊線裂紋的寬度，并制約了連鑄坯熱送率的提高，不利于鞍鋼節(jié)能環(huán)保政策實施。在解決該難題過程，亦先后調(diào)研并對比研究了諸如大倒角連鑄坯等軋制過程中間坯的變形行為及其對邊線裂紋的改善效果，但均未能獲得理想的效果。

2022年8月由鞍鋼中厚板事業(yè)部牽頭，聯(lián)合東北大學(xué)朱苗勇教授團(tuán)隊、鞍鋼煉鋼總廠等成立“寬厚板邊線裂紋控制新技術(shù)”攻關(guān)項目組，系統(tǒng)研究了不同厚度規(guī)格展寬比寬厚板軋制和連鑄坯窄面形狀對軋制過程中間坯邊部金屬流變和形貌演變的影響規(guī)律，揭示了寬厚板邊線裂紋的形成機(jī)理，即中間坯縱向拉伸軋制過程邊部形成了如圖2所示的“拉絲狀”結(jié)構(gòu)，在壓下軋制過程，受壓下金屬寬展流動作用，引發(fā)“拉絲”結(jié)構(gòu)的中間坯窄面開裂，并在繼續(xù)減薄過程翻轉(zhuǎn)至其邊部而形成邊線裂紋，如圖3所示。

圖2 寬厚板中間坯窄面形貌

圖3 中間坯軋制過程受力及其變形過程示意圖

根據(jù)此機(jī)理，項目組提出了窄面凹形連鑄坯軋制控制邊線裂紋的新思想。即通過將連鑄坯窄面設(shè)計呈一定深度的凹形坯，以減少中間坯軋制過程窄面翻轉(zhuǎn)至鋼板邊部的量，從而大幅降低寬厚板軋制過程邊線裂紋產(chǎn)生的寬度。為此，研制出了直角結(jié)構(gòu)窄面凸形弧面結(jié)晶器及其配套技術(shù)，穩(wěn)定制備出了如圖4所示的窄面凹形結(jié)構(gòu)高品質(zhì)連鑄坯。

圖4 鞍鋼煉鋼總廠一分廠生產(chǎn)的250mm厚度窄面凹形坯形貌

圖5為鞍鋼4300mm寬厚板產(chǎn)線在1.9展寬比、成品鋼板厚度22 mm條件下，采用傳統(tǒng)窄面平面形結(jié)晶器生產(chǎn)的連鑄坯和采用直角結(jié)構(gòu)窄面凸形弧面結(jié)晶器生產(chǎn)的窄面凹形坯軋制寬厚板的邊線形貌對比。采用凸形弧面結(jié)晶器制備的連鑄坯軋制寬厚板，其單側(cè)的邊線裂紋產(chǎn)生寬度縮減超過了75mm。圖6為集中跟蹤統(tǒng)計近10萬噸不同鋼種及其展寬比軋制的寬厚板邊線裂紋寬度對比圖，采用窄面凸形弧面結(jié)晶器生產(chǎn)的連鑄坯在展寬比≤2.0條件下軋制的寬厚板的單側(cè)邊線裂紋寬度均＜20mm，各規(guī)格及其軋制展寬比下的寬厚板成材率提升0.5%~2.2%，如表1所示。

圖5 鞍鋼4300mm線相同軋制工藝下軋制1.9展寬比寬厚板邊線裂紋寬度對比

圖6 不同結(jié)晶器下不同軋制展寬寬厚板邊線裂紋寬度對比

表1 不同展寬比寬厚板成材率提升表

該技術(shù)已在鞍鋼煉鋼總廠一分廠穩(wěn)定投用，6#板坯連鑄機(jī)250mm厚度斷面連鑄坯全部采用該新型結(jié)晶器生產(chǎn)，并實現(xiàn)了包括低合金高強(qiáng)鋼、管線鋼、船板鋼、風(fēng)電鋼、高碳鋼、專項鋼等全系列鋼種的無缺陷生產(chǎn)。同時，結(jié)晶器在1550~1950mm寬度條件下的使用壽命達(dá)10萬噸通鋼量。目前，該技術(shù)已著手推廣至鞍鋼股份鲅魚圈分公司。