马氏体气阀钢纵裂形成原因及连铸工艺优化

薛青春

（山东鑫海科技股份有限公司， 山东 莒南 276600）

1 马氏体气阀钢的生产情况

马氏体Cr-Si 系气阀钢是内燃机进气阀、排气阀常用材料，600～800 ℃具有良好的抗氧化性和高温强度，在中小型柴油发动机、重载汽车排气阀部件中得到广泛应用[1]。

某厂2018 年7 月份试制生产马氏体气阀钢（以下简称气阀钢）180 mm×180 mm 规格方坯2 个浇次，均在连铸浇铸过程中因铸坯出现纵裂而导致漏钢事故，不仅造成生产成本大幅度提高，还严重影响生产秩序和产品成材率，图1 为漏钢处前面缺陷图，马氏体气阀钢主要成分见表1，某厂连铸机主要技术参数见表2。

表1 马氏体气阀钢主要成分 %

表2 某厂连铸机主要技术参数

2 纵裂缺陷形成原理及主要影响因素

2.1 纵裂缺陷形成原理

从根本上讲，铸坯表面纵裂是由于坯壳在结晶器内冷却不均匀导致应力集中而发生[2]。初生坯壳生长不均匀造成强度不均匀，在坯壳薄弱处产生局部应力集中，同时在保护渣流入低的地方，使凝固坯壳成长滞后，在坯壳表面形成凹陷，当应力的增加超出凹陷处坯壳表面高温强度及允许变形率时，铸坯皮下裂纹发展成细小纵裂纹，细小的纵裂纹出结晶器后在二冷区将沿着树枝晶间低塑性去继续撕裂，形成粗大纵裂纹，严重时出现纵裂漏钢。

2.2 纵裂缺陷形成影响因素

由纵裂纹形成原理可知，纵裂是否产生主要取决于结晶器内初生坯壳厚度、坯壳高温力学强度、坯壳所受应力大小，以及出结晶器后坯壳所受机械应力与热应力大小。从连铸生产实际及装备工作状况看，铸坯表面是否出现纵裂缺陷主要有以下几个因素：

1）设备方面。结晶器锥度及热工作状态（传热效率、有无变形、超过允许深度的划伤），结晶器、夹持段对弧等。

2）工艺方面。浇铸温度，钢水成分，水口尺寸，水口浸入深度以及在结晶器内对中，结晶器液面波动，钢液在结晶器内流动状态，拉坯速度与浇铸温度。

3）结晶器保护渣性能。单靠设备及工艺操作不能完全解决问题时，还需有性能（如粘度、碱度）与该钢种浇铸条件匹配的结晶器保护渣。

3 纵裂缺陷形成原因及主要控制措施

3.1 纵裂缺陷形成原因

经过现场实地跟踪生产情况，调取生产原始记录等方式，该厂生产气阀钢时发生纵裂缺陷，主要由以下几个原因：

3.1.1 水口不对中

操作人员在操作过程中存在随意性外，比如，浇铸过程中水口对中不良，见图2。

图2 结晶器内中包水口对中情况

3.1.2 浇铸温度高

因该钢种在之前浇铸过程中发生因温降过快导致絮流的生产事故，在实际生产浇铸温度过热度远高于工艺要求的目标过热度，见表2。

表2 实际浇铸过热度与工艺要求目标过热度 ℃

3.1.3 保护渣选用不合理

该厂原以生产300 系、400 系不锈钢为主，主要使用两种保护渣，两次浇铸气阀钢时交替试用两种保护渣，均发生纵裂缺陷导致的漏钢事故，表明现场使用的保护渣性能与所浇铸钢种不匹配，影响结晶器内坯壳形成的均匀性，300 系、400 系保护渣主要成分及理化性能见表3。

3.2 改进措施及执行效果

针对现场发现的问题及工艺存在的不足，后续试制生产浇次主要从以下3 个方面进行改进。

3.2.1 现场跟踪指导

避免操作随意性，现场跟踪指导操作人员操作，同时将水口浸入深度调整至（85±5）mm 以减轻液面波动，改进后实际生产水口对中及浸入深度，见图3。

表3 保护渣主要成分及理化性能（质保书数据）

图3 改进后水口对中及浸入深度

3.2.2 适当延长中间包烘烤时间

钢包增加保温层，降低浇铸过程中间包温降速度，进而保证在降低浇铸过热度同时不发生絮流事故，第三次试制时过热度见表4。

表4 第三次试制中包过热度与工艺要求目标过热度 ℃

3.2.3 试用型号专用保护渣

使用较高碱度的保护渣，兼顾润滑功能的同时改善结晶器内传热，确保结晶器内初生坯壳均匀性，新型号保护渣主要成分及理化性能见表5。

表5 新型号保护渣主要成分及理化性能（质保书数据）

4 结语

结合第三次试制时制定措施，在实际生产中均得到执行，试制过程中未发现铸坯表面存在纵裂缺陷，说明采取措施有效。在后续生产中，按照改进后的操作要求和工艺要求进行生产2 个浇次马氏体气阀钢，均未出现纵裂缺陷，铸坯表面质量良好。