SPHC鋼板卷邊裂原因分析

李波濤

（濟南鋼鐵股份有限公司 第一小型軋鋼廠，山東 濟南250101）

SPHC鋼板卷邊裂原因分析

李波濤

（濟南鋼鐵股份有限公司 第一小型軋鋼廠，山東 濟南250101）

利用金相和掃描電鏡等分析手段，對SPHC鋼出現(xiàn)邊裂的板卷進行了分析。結(jié)果表明，鑄坯的加熱不當(dāng)造成鑄坯過熱、過燒，使邊部晶粒異常長大，并且局部晶界產(chǎn)生縮孔是導(dǎo)致邊裂的主要原因，鑄坯近表層的夾雜物富集，促進了軋制過程中裂紋的擴展，造成嚴(yán)重邊裂。建議軋制過程中加強對坯料加熱制度的管理，避免鑄坯過熱、過燒。

SPHC熱軋板卷；邊裂；過燒；夾雜物

1 前言

某熱軋廠生產(chǎn)的SPHC板卷出現(xiàn)邊部裂紋，造成了很大損失。本研究對生產(chǎn)中出現(xiàn)的SPHC邊裂問題進行試驗、分析，對缺陷的形成機理及原因進行探討，以期為問題的解決提供依據(jù)。

2 檢驗設(shè)備與方法

用砂輪切割機從鋼板缺陷部位截取兩塊試樣，一塊經(jīng)研磨和拋光處理后，用4%硝酸酒精溶液腐蝕，在LEICA正置式光學(xué)顯微鏡上觀察顯微組織；另一塊經(jīng)超聲清洗后，在FEI X30掃描電子顯微鏡上進行形貌分析，并利用EDX分析技術(shù)對缺陷部位化學(xué)成分進行了檢測分析。

3 檢驗結(jié)果與分析

3.1 邊裂宏觀形貌及工藝參數(shù)

邊裂輕的，在SPHC卷板某一單圈出現(xiàn)；嚴(yán)重的，在邊部全長范圍內(nèi)均出現(xiàn)。距邊裂部位10～15 mm內(nèi)伴隨有細小縱裂和舌狀裂紋。根據(jù)出現(xiàn)邊裂的爐號，對煉鋼工藝進行了檢查，發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)邊裂的爐號冶煉成分正常，均為恒速拉鋼，結(jié)晶器液面波動在±3 mm以內(nèi)，沒有明顯的異常。分析加熱時間，發(fā)現(xiàn)板坯加熱時間與板卷是否出現(xiàn)裂紋無明顯聯(lián)系，部分爐號的前、中、后位置均有裂紋情況。

3.2 斷口及縱裂分析

圖1～6為邊裂位置掃描電鏡及光學(xué)顯微鏡下能譜分析及微觀組織照片。從圖中可以看出，斷口處的形貌主要分為兩類：第一類斷口處存在大量凹凸懸浮狀物質(zhì)，斷口底部圓滑，附近軋制面上的微裂紋處有大量與基體明顯不同的顆粒狀物質(zhì)。能譜分析顯示，裂紋處的顆粒狀物質(zhì)為含Na、K等元素的夾雜物，同時存在S元素的偏析現(xiàn)象（見圖1、圖2）。金相觀察可看到裂紋附近的組織與正常組織明顯不同，具有較明顯的變形特征，晶粒沿軋制方向變形明顯（見圖3）?？梢酝茢?，此類裂紋在結(jié)晶器中形成，在軋制過程中進一步擴展。從數(shù)量上來看，此類缺陷所占比例較少，占試驗數(shù)量的1/3左右。第二類斷口處沒有發(fā)現(xiàn)明顯異物，斷口呈層石狀，周圍的裂紋表面平滑，無夾雜物，經(jīng)能譜分析顯示，此類斷口處裂紋主要為鐵的氧化產(chǎn)物（見圖4、圖5）。僅就形貌分析很難判斷這些氧化物是鋼澆注時氧化或卷入的渣液造成的，還是鑄坯裂紋或軋制開裂后的氧化造成的。金相分析表明，裂紋處晶粒形貌與周圍晶粒無明顯區(qū)別，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的氧化圓點（見圖6）?？梢酝茢?，此類裂紋在軋制過程中出現(xiàn)，是造成小縱裂的原因之一。

圖1 第一類裂紋斷口形貌及對應(yīng)能譜分析

3.3 組織結(jié)構(gòu)分析

在出現(xiàn)邊裂缺陷的卷板及合格卷板的邊部分別取樣，并沿縱向、橫向截面及軋制面分別取試樣，采用光學(xué)顯微鏡、SEM進行顯微組織形貌及成分分析。

圖2 第一類裂紋軋制面形貌及對應(yīng)能譜分析

圖3 第一類裂紋處金相組織

圖4 第二類裂紋斷口形貌及對應(yīng)能譜分析

圖5 第二類裂紋軋制面形貌及對應(yīng)能譜分析

圖6 第二類裂紋處金相組織

圖7 為沿橫向截面厚度方向的近表面金相組織。從圖中可以看出，出現(xiàn)邊裂的卷板上下表面均出現(xiàn)晶粒粗大層，深度超過200 μm，晶粒粗大層與細化層邊界清晰可見（見圖7a、圖7b）。合格卷板上下表面晶粒均非常均勻，表面及中心處組織無明顯差異（見圖7c）。

圖7 卷板橫向截面厚度方向金相組織

圖8 為卷板邊部縱向截面的金相組織。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，邊裂卷板邊部均出現(xiàn)了晶粒異常情況，有明顯的混晶現(xiàn)象，經(jīng)測量混晶層距邊部距離最大超過20 mm（見圖8a）；合格板卷邊部組織無明顯晶粒異常（見圖8b）。通過查對加熱工藝發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)邊裂缺陷的板卷加熱時間正常，出現(xiàn)晶粒異常應(yīng)為局部過熱，導(dǎo)致奧氏體晶粒異常長大造成。

圖8 卷板邊部縱向截面金相組織

圖9 為出現(xiàn)邊裂缺陷板卷軋制面邊部的SEM圖片。從圖9a可以看出，邊裂卷板組織內(nèi)部有很多縮孔；圖9b為縮孔局部放大，縮孔實際為熔融的晶界，是明顯的過燒現(xiàn)象。從生產(chǎn)參數(shù)看，加熱時間正常，過燒行為應(yīng)是加熱過程中鋼板局部溫度過高所致。

圖9 邊裂卷板軋制面邊部的SEM形貌

加熱不均、過熱及過燒在軋制過程中都極易引起產(chǎn)品性能變差，造成裂紋；爐內(nèi)氣氛的變動易導(dǎo)致加熱板坯內(nèi)外溫度不均勻，軋制時出現(xiàn)延伸不均，使軋件產(chǎn)生應(yīng)力，造成裂紋；而加熱溫度過高或在高溫段停留時間過長會引起晶粒過度長大，造成晶粒間的結(jié)合力減弱，韌性降低，在軋制時產(chǎn)生裂紋。板坯的棱角部分由于熱應(yīng)力集中，容易發(fā)生過燒現(xiàn)象，導(dǎo)致晶界氧化或融化，在軋制時首先發(fā)生沿晶開裂，晶粒碎裂或崩裂。

在邊裂的形成中，主要分成兩種情況：一類是由于加熱不均造成鑄坯的過熱、過燒現(xiàn)象，在軋制過程中形成了裂紋，過熱和過燒現(xiàn)象首先發(fā)生在鑄坯的外表層，造成外表晶粒明顯粗大，當(dāng)部分晶粒出現(xiàn)熔化縮孔，甚至晶界氧化時，就屬于嚴(yán)重過燒現(xiàn)象［1-3］；另一類是鑄坯原始裂紋，此類缺陷一般在裂紋處有夾雜，如大量的氧化物、硅酸鹽夾雜等。在大量出現(xiàn)邊裂缺陷的卷板上，裂紋周圍存在細小條帶狀夾雜物（見圖10），在軋制過程中形成細條狀裂紋，這些裂紋與外界連通后，鋼的基體進一步被氧化，使裂紋擴大，所以裂紋中就形成了氧化鐵為主的夾雜［4］。圖11為一縱貫全視場的裂紋，裂紋沿晶界和內(nèi)部夾雜擴展，此類裂紋經(jīng)多道次的軋制，與其他裂紋連在一起，就形成了邊裂缺陷。

圖10 裂紋附近的條帶狀夾雜物形貌及能譜分析

圖11 沿夾雜物及晶界擴展的裂紋形貌

4 結(jié)論及建議

4.1 從生產(chǎn)現(xiàn)場的參數(shù)來看，出現(xiàn)邊裂部分SPHC板卷熔煉成分、連鑄參數(shù)均正常，加熱時間無明顯過長行為，出現(xiàn)裂紋的板卷與軋制順序無明顯聯(lián)系。

4.2 SPHC板卷邊裂主要分為兩類，一類在裂紋處存在夾雜，為鑄坯中存在的原始裂紋；另一類裂紋沿晶界延伸，裂紋處主要為Fe的高溫氧化物，在軋制過程出現(xiàn)微裂紋。

4.3 從金相組織看，鑄坯的加熱不當(dāng)造成鑄坯的過熱、過燒，使邊部晶粒異常長大，并且局部晶界產(chǎn)生縮孔是導(dǎo)致邊裂的主要原因，鑄坯近表層的夾雜物富集，促進了軋制過程中邊部裂紋的擴展，多裂紋擴展連接，造成了邊裂缺陷。

4.4 建議軋鋼生產(chǎn)過程中加強對鑄坯加熱制度的管理，避免鑄坯過熱、過燒，對加熱制度、軋制工藝進行優(yōu)化改進，是避免邊裂的關(guān)鍵。

［1］ 張菊水.鋼的過熱與過燒［M］.上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1984.

［2］ 王宏霞.低碳鋼過熱過燒溫度的確定［J］.中國重型裝備，2008（1）：34-36，48.

［3］ 陳偉，蘇鶴洲.昆鋼熱軋板卷邊裂成因分析及控制［J］.連鑄，2008（3）：105-108.

［4］ 焦國華，吳光亮，孫彥輝，等.CSP熱軋板卷邊部裂紋成因及控制［J］.鋼鐵，2006（6）：27-31.

Causes Analysis of Edge Crack Defect on SPHC Hot-rolled Strip

LI Bo-tao
（The No.1 Small Section Rolling Plant of Jinan Iron and Steel Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

This article examined severe edge crack strips of SPHC steel by means of metallographic analysis and scanning electron microscope etc.The results showed that main causations of the edge cracks are as furrows:improper heating made the slab overheating and burnt,then caused the surface grain abnormal growth and brought contraction cavity in local grain boundary;inclusions aggregation nearby surface of the slab accelerated the crack propagation.The author suggested strengthening the management for the heating system of slabs to avoid the slab overheating and burnt.

SPHC hot-rolled strip coil;edge cracks;burnt;inclusion

TG335.11

A

1004-4620（2010）04-0031-03

2010-02-24

李波濤，男，1981年生，2004年畢業(yè)于東北大學(xué)材料成型及控制工程專業(yè)?，F(xiàn)為濟鋼第一小型軋鋼廠助理工程師，從事型鋼生產(chǎn)管理工作。