08Al熱軋板表面縱裂紋原因分析

陳茂敬

(山東泰山鋼鐵集團有限公司新材料研究所，山東 271100)

由于生產(chǎn)過程中采用連鑄坯熱裝熱送，紅鑄坯表面的缺陷很難發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)節(jié)奏較快也不易檢測，增加了熱軋板產(chǎn)生缺陷的幾率。通過對08Al熱軋板出現(xiàn)表面縱裂紋的試樣進(jìn)行表面宏觀特征、化學(xué)成分、金相組織、電鏡能譜等方面的分析，結(jié)合基本生產(chǎn)工藝(KR 扒渣脫硫+脫硫轉(zhuǎn)爐+LF 精煉+連鑄，經(jīng)加熱爐+熱連軋軋制+層流冷卻后卷取)找出了問題主因。針對該現(xiàn)象進(jìn)行分析并制定了相應(yīng)的預(yù)防措施，為熱軋生產(chǎn)提供借鑒和參考，通過現(xiàn)場實施取得明顯效果。試樣表面裂紋缺陷形貌詳見圖1 所示。

1 試驗方法

對表面縱裂紋缺陷試樣進(jìn)行外觀檢測分析。用光電直讀光譜儀對試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析。試樣內(nèi)部組織采用GX-51 金相顯微鏡進(jìn)行金相分析。用電鏡能譜分析儀進(jìn)行斷口及微區(qū)成分分析。金相試樣采用4%的硝酸酒精水溶液浸蝕。化學(xué)成分分析試樣、金相分析試樣(電鏡能譜試樣采用金相分析試樣)的截取見圖1(a)所示。

2 試驗結(jié)果

2.1 試樣宏觀形貌

圖1 為08Al 熱軋鋼帶表面縱裂紋試樣(規(guī)格2.9 mm×800 mm)。鋼帶的上、下表面都有大量呈長條直線狀表面縱裂紋，與軋制方向平行?？拷叢靠v裂紋處與正常部位基體的顏色明顯不同，有氧化跡象，鋼帶存在嚴(yán)重的邊裂現(xiàn)象。

2.2 化學(xué)成分分析

試樣化學(xué)成分光譜分析結(jié)果見表1。試樣化學(xué)成分符合國標(biāo)、內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

2.3 金相分析

圖1 試樣截取示意圖及宏觀形貌Figure 1 Schematic sketch of cross section and macroscopical appearance of specimen

表1 試樣化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical composition of specimen(mass fraction，%)

圖2 試樣內(nèi)非金屬夾雜物Figure 2 Nonmetallic inclusions inside specimen

表2 試樣夾雜物、晶粒度評級表Table 2 Grades estimation of inclusions and grain size of specimen

如圖2、表2 所示，正常部位的組織為F+少量條狀珠光體+Fe3CⅢ，夾雜物以C 類為主，級別較高為粗系2.5 級，晶粒度8 級。圖3 所示，缺陷試樣存在嚴(yán)重的邊裂及表面縱裂紋現(xiàn)象。圖4、圖5 所示，上下表面縱裂紋數(shù)量較多呈直線狀，將試樣沿垂直縱裂紋方向切開，發(fā)現(xiàn)縱裂紋形狀不規(guī)則，深度都在0.16mm左右，裂紋橫向彎曲(上下表面方向相同)延伸長度在0.3 mm～0.85 mm之間。圖5 所示，裂紋附近存在大顆粒內(nèi)氧化質(zhì)點，內(nèi)氧化現(xiàn)象嚴(yán)重，無明顯夾雜物。

圖3 試樣邊裂、表面縱裂紋形貌Figure 3 Edge crack and surface longitudinal crack appearance of specimen

圖4 表面縱裂紋斷面形貌Figure 4 Surface longitudinal crack section appearance

圖5 裂紋附近大顆粒內(nèi)氧化質(zhì)點Figure 5 Larger internal oxidation mass points around crack

2.4 電鏡能譜分析

圖6 所示為08Al 試樣表面縱裂紋處夾雜物微區(qū)形貌及分析點圖。表3 為能譜分析結(jié)果，裂紋處主要由以O(shè)、Fe 元素為主的復(fù)合硅酸鹽夾雜物組成。

圖7 所示為裂紋末端內(nèi)氧化質(zhì)點微區(qū)分析點圖，表4 能譜分析結(jié)果顯示內(nèi)氧化質(zhì)點主要以O(shè)、Fe、Mn 元素為主。

圖6 縱裂紋處微區(qū)形貌Figure 6 Microzone appearance at longitudinal crack area

圖7 裂紋末端內(nèi)氧化質(zhì)點微區(qū)形貌Figure 7 Microzone appearance of internal oxidation mass points at crack end

表3 縱裂紋處微區(qū)定量分析結(jié)果Table 3 Analysis results of microzone quantity at longitudinal crack area

表4 內(nèi)氧化質(zhì)點微區(qū)定量分析結(jié)果Table 4 Analysis results of internal oxidation mass points microzone quantity

3 分析討論

3.1 熱軋板產(chǎn)生縱裂的主因

08Al 熱軋鋼帶試樣化學(xué)成分符合內(nèi)控、國標(biāo)規(guī)定，控制較好。組織正常，正常基體部位夾雜物級別較高會影響材料的整體性能，但裂紋部位無夾雜物只是氧化嚴(yán)重，不是熱軋板表面裂紋形成的主因。

08Al 熱軋鋼帶試樣的上、下表面都有大量的呈長條直線狀表面縱裂紋，與軋制方向平行。將試樣沿垂直縱裂紋方向切開，發(fā)現(xiàn)裂紋形狀不規(guī)則，深度都在0.16 mm 左右。裂紋橫向彎曲(上下表面方向相同)延伸長度在0.3 mm～0.85 mm之間，靠近邊部縱裂紋處與正常部位基體的顏色明顯不同，有氧化跡象。鋼帶存在嚴(yán)重的邊裂現(xiàn)象，裂紋處內(nèi)氧化現(xiàn)象嚴(yán)重。裂紋附近存在大顆粒內(nèi)氧化質(zhì)點，成分主要以O(shè)、Fe、Mn 元素為主。另外從試樣表面縱裂紋及裂紋深處的形態(tài)來看無明顯的劃傷痕跡，結(jié)合裂紋處內(nèi)氧化質(zhì)點情況來看，該缺陷是由于連鑄坯存在表面裂紋，經(jīng)過高溫長時加熱，在軋制過程未軋合而形成的表面裂紋。

3.2 板坯縱裂的預(yù)防措施

結(jié)合本廠工藝裝備實際情況從以下4 方面著手進(jìn)行預(yù)防、控制:①控制鋼中S+P 含量。避免鋼中S、P 含量過高降低高溫強度和塑性，誘發(fā)縱裂;②控制結(jié)晶器液面波動;③保障保護渣熔化性能，控制保護渣加入量;④保障水口與結(jié)晶器對中，避免偏流沖刷凝固殼。

經(jīng)現(xiàn)場實施以上措施后效果顯著，08Al 熱軋板表面縱裂問題得到解決。

4 結(jié)論

熱軋板表面裂紋是因為連鑄坯存在嚴(yán)重的表面裂紋，在軋制加熱過程中受到嚴(yán)重的氧化和內(nèi)氧化，在軋制過程中未軋合而形成的。通過控制S、P 含量等工藝措施可解決該問題。