高端宽厚板是支撑国家重大工程和国防建设的关键金属材料，主要由宽厚板连铸坯经若干道次展宽轧制与纵向轧制制备而成。大展宽比轧制是制备宽规格宽厚板的重要工艺特征。在主流宽厚板轧制过程，中间坯轧制多为自由展宽，展宽比1.1~2.8的生产过程中，钢板边部常产生30~100mm宽的边线裂纹（亦称“边部黑线”、“边直裂”、“折叠黑线”等）缺陷，如图1所示。为了消除该类缺陷，企业往往需要大宽度切边，从而造成宽厚板较低的成材率。宽厚板轧制过程高发的边线裂纹缺陷已成为制约宽厚板高质、高效与绿色制备的行业共性技术难题。

图1 鞍钢4300mm宽厚板轧线制备1.9展宽比宽厚板的边线裂纹形貌

为解决该技术难题，鞍钢炼钢总厂在制备大展宽比轧制宽厚板、以及风电和管线钢等特殊钢种的坯料过程，均将连铸坯下线冷却，并将其4个角倒成圆弧角后再送轧。实践表明，该方法虽可一定程度改善厚度＞30mm宽厚板边线裂纹的宽度，但对于薄规格钢板轧制，仍无法有效缩减其边线裂纹的宽度，并制约了连铸坯热送率的提高，不利于鞍钢节能环保政策实施。在解决该难题过程，亦先后调研并对比研究了诸如大倒角连铸坯等轧制过程中间坯的变形行为及其对边线裂纹的改善效果，但均未能获得理想的效果。

2022年8月由鞍钢中厚板事业部牵头，联合东北大学朱苗勇教授团队、鞍钢炼钢总厂等成立“宽厚板边线裂纹控制新技术”攻关项目组，系统研究了不同厚度规格展宽比宽厚板轧制和连铸坯窄面形状对轧制过程中间坯边部金属流变和形貌演变的影响规律，揭示了宽厚板边线裂纹的形成机理，即中间坯纵向拉伸轧制过程边部形成了如图2所示的“拉丝状”结构，在压下轧制过程，受压下金属宽展流动作用，引发“拉丝”结构的中间坯窄面开裂，并在继续减薄过程翻转至其边部而形成边线裂纹，如图3所示。

图2 宽厚板中间坯窄面形貌

图3 中间坯轧制过程受力及其变形过程示意图

根据此机理，项目组提出了窄面凹形连铸坯轧制控制边线裂纹的新思想。即通过将连铸坯窄面设计呈一定深度的凹形坯，以减少中间坯轧制过程窄面翻转至钢板边部的量，从而大幅降低宽厚板轧制过程边线裂纹产生的宽度。为此，研制出了直角结构窄面凸形弧面结晶器及其配套技术，稳定制备出了如图4所示的窄面凹形结构高品质连铸坯。

图4 鞍钢炼钢总厂一分厂生产的250mm厚度窄面凹形坯形貌

图5为鞍钢4300mm宽厚板产线在1.9展宽比、成品钢板厚度22 mm条件下，采用传统窄面平面形结晶器生产的连铸坯和采用直角结构窄面凸形弧面结晶器生产的窄面凹形坯轧制宽厚板的边线形貌对比。采用凸形弧面结晶器制备的连铸坯轧制宽厚板，其单侧的边线裂纹产生宽度缩减超过了75mm。图6为集中跟踪统计近10万吨不同钢种及其展宽比轧制的宽厚板边线裂纹宽度对比图，采用窄面凸形弧面结晶器生产的连铸坯在展宽比≤2.0条件下轧制的宽厚板的单侧边线裂纹宽度均＜20mm，各规格及其轧制展宽比下的宽厚板成材率提升0.5%~2.2%，如表1所示。

图5 鞍钢4300mm线相同轧制工艺下轧制1.9展宽比宽厚板边线裂纹宽度对比

图6 不同结晶器下不同轧制展宽宽厚板边线裂纹宽度对比

表1 不同展宽比宽厚板成材率提升表

该技术已在鞍钢炼钢总厂一分厂稳定投用，6#板坯连铸机250mm厚度断面连铸坯全部采用该新型结晶器生产，并实现了包括低合金高强钢、管线钢、船板钢、风电钢、高碳钢、专项钢等全系列钢种的无缺陷生产。同时，结晶器在1550~1950mm宽度条件下的使用寿命达10万吨通钢量。目前，该技术已着手推广至鞍钢股份鲅鱼圈分公司。