含硼鋼熱軋缺陷研究

趙科

(本鋼技術(shù)中心,遼寧本溪 117000)

含硼鋼熱軋缺陷研究

趙科

(本鋼技術(shù)中心,遼寧本溪 117000)

在生產(chǎn)含硼熱軋板卷時,邊部裂紋是一種常見的缺陷,通過分析測試手段,以及實際生產(chǎn)的統(tǒng)計數(shù)據(jù),結(jié)合其他學(xué)者研究結(jié)果,對本鋼含硼鋼熱軋板卷邊部裂紋產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析并提出改進(jìn)意見。采用本文觀點進(jìn)行生產(chǎn),含硼鋼角裂問題得到明顯改善。

含硼鋼 邊部裂紋 角橫裂 熱軋卷板

隨著加硼鋼產(chǎn)品數(shù)量及產(chǎn)量的增加,熱軋后產(chǎn)品邊部缺陷量也明顯增加,實際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)大量邊裂、暗線、翹皮(結(jié)疤)等,大量產(chǎn)品不得不降級處理[1]。此外,鑄坯清理量也急劇增加,甚至影響生產(chǎn)和交貨周期,浪費大量人力物力,降低生產(chǎn)效率,嚴(yán)重影響成材率[2]。因此,含硼鋼表面缺陷成為鋼鐵行業(yè)函待解決的棘手問題。為此,本鋼進(jìn)行了大量系統(tǒng)研究,本文主要針對含硼鋼熱軋產(chǎn)品缺陷進(jìn)行分析和說明。

1 含硼鋼表面缺陷分類

熱軋板卷的裂紋在卷板表面上的分布大部分是以邊部裂紋存在的,作者統(tǒng)計過去兩年本鋼加硼鋼熱軋產(chǎn)品邊裂缺陷,認(rèn)為主要可歸納為三種：第一種,邊部裂紋。統(tǒng)計分析表明,這種缺陷一般容易在較厚規(guī)格的產(chǎn)品上產(chǎn)生,尤其是8mm以上產(chǎn)品;第二種,邊裂翹皮。一般較多在8mm以下的產(chǎn)品產(chǎn)生,起初有學(xué)者認(rèn)為是結(jié)疤,但根據(jù)化學(xué)成分分析發(fā)現(xiàn),并不屬于結(jié)疤。以上兩種缺陷根據(jù)嚴(yán)重等級以及多少可以進(jìn)行劃分,一般判定為廢品或降級;第三種為邊部暗線。這種情況既可稱是缺陷,也可判定合格產(chǎn)品,情況較為復(fù)雜。上訴幾種缺陷可統(tǒng)稱為裂紋缺陷。

2 影響含硼鋼表面缺陷的因素

眾多學(xué)者已經(jīng)對熱軋卷板邊裂產(chǎn)生過程進(jìn)行大量研究,大部分專家認(rèn)為應(yīng)歸因于鑄坯角橫裂遺傳。但分析發(fā)現(xiàn),熱軋工藝參數(shù)也對表面質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用,熱軋工藝不僅能遺傳和影響裂紋程度,也可能額外引發(fā)卷板裂紋。

關(guān)于熱軋板卷缺陷的研究多針對板坯裂紋,對軋制卷板研究較少。一般認(rèn)為加B熱軋卷板的裂紋缺陷都是板坯裂紋遺傳而來的。其實,熱軋卷裂紋不僅是板坯遺傳,也可能是熱軋階段產(chǎn)生的。

圖1 材料的熱塑性曲線

一方面,連鑄坯在加熱爐重新加熱后經(jīng)爐后除鱗,邊部溫降最大,如氮含量高將以氮化物的形式在坯料邊部的晶界處析出,導(dǎo)致坯料邊部塑性差;如粗軋立輥側(cè)壓量不夠,則對坯料邊部質(zhì)量的改善有限,特別是坯料頭部和尾部,這樣就很可能產(chǎn)生邊裂?，F(xiàn)場工藝調(diào)整發(fā)現(xiàn),若粗軋立輥的側(cè)壓量每道次達(dá)到30～45mm則可有效改善板坯邊部質(zhì)量,減少邊裂。

此外,統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn),熱軋加B鋼裂紋缺陷基本集中在邊部10～30mm的地方,而且在最終產(chǎn)品幾乎下表面沒有裂紋的產(chǎn)生,主要集中在上表面,即上表面兩側(cè)為裂紋發(fā)生的集中部位。為了確認(rèn)含硼鋼與普碳鋼熱軋過程中的差別,本研究采用熱模擬試驗機(jī)對含硼鋼熱塑性曲線進(jìn)行測定,如圖1所示。對比發(fā)現(xiàn),盡管普遍觀點認(rèn)為700～900℃為碳鋼的脆性區(qū)[3],但含硼鋼斷面收縮率最低溫度為800℃,而普碳鋼則為750℃,含硼鋼比普通碳鋼高50℃。

分析認(rèn)為,軋制過程中熱軋卷板邊部因工藝特性與基板有所不同,諸如冷卻水從邊部流下,邊部與外界低溫設(shè)備接觸多,以及本身邊部熱擴(kuò)散特性等,決定了邊部溫度必然低于基板溫度,一般認(rèn)為邊部區(qū)域溫度比基板低50～100℃。分析認(rèn)為,實際生產(chǎn)過程中采集溫度數(shù)據(jù)為表面溫度,并不能代表板坯角部溫度。按照常規(guī)普通碳鋼的工藝進(jìn)行軋制,邊部溫度將高于脆性溫度,因此普碳鋼不容易出現(xiàn)邊裂問題,但含硼鋼因脆性溫度偏高,若熱軋工藝未進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整,則邊部更容易達(dá)到脆性溫度,引起邊部裂紋缺陷。

對現(xiàn)場的統(tǒng)計結(jié)果表明,板坯下表面邊部狀態(tài)要優(yōu)于上表面,分析認(rèn)為這主要是因為下表面沒有冷卻水的流動。為了進(jìn)一步研究熱軋工藝對加硼鋼板坯邊部缺陷的影響,對熱軋過程中冷卻速率進(jìn)行調(diào)整：優(yōu)化粗軋除鱗水,改善邊部冷卻環(huán)境,提高邊部溫度,希望從熱軋階段避開含硼鋼高溫脆性區(qū),使中間坯在軋制過程具有良好的塑性。試驗結(jié)果表明,減少粗軋冷卻水能明顯改善板坯角橫裂缺陷。

試驗結(jié)果表明,熱軋工藝也可形成裂紋,熱軋過程中脆性區(qū)變形不可避免,如果控制不理想極易發(fā)生邊部缺陷,特別是加硼鋼因脆性溫度提高,更容易在粗軋階段進(jìn)入脆性溫度區(qū)間而產(chǎn)生裂紋缺陷。當(dāng)板坯進(jìn)入精軋機(jī)組以后,一方面邊部溫度已經(jīng)降低至脆性區(qū)以下,另一方面因精軋應(yīng)變增加,且應(yīng)變速率非常高,應(yīng)變累計明顯,將不再產(chǎn)生裂紋。

3 結(jié)語

含硼鋼熱軋卷板的邊裂,一方面由鑄坯角橫裂遺傳造成的。但另一方面,熱軋工藝參數(shù)也對表面質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用,熱軋工藝不僅能遺傳和影響裂紋程度,也可能額外引發(fā)卷板裂紋。

(1)實際生產(chǎn)過程中,引起熱卷裂紋的原因存在諸多因素,但唯獨邊部裂紋明顯,板坯裂紋以邊角裂居多,占98～99%,這主要歸因于邊部溫度變化大,促進(jìn)裂紋產(chǎn)生。(2)板坯裂紋缺陷不嚴(yán)重情況下,一般經(jīng)加熱爐加熱,出爐經(jīng)高壓水沖擊后,鐵皮會清除或減少,熱軋后會焊合而不影響性能。(3)含硼鋼脆性區(qū)溫度比普通碳鋼高50℃,生產(chǎn)過程中若工藝不進(jìn)行調(diào)整,熱軋過程也會產(chǎn)生裂紋,含硼鋼板坯裂紋與變形溫度關(guān)系較大,隨著應(yīng)變溫度的降低,即使應(yīng)變和應(yīng)變速率的增加也不再發(fā)生裂紋,即精軋不會產(chǎn)生新裂紋。

[1]賀信萊,褚幼義,柯俊.硼鋼淬透性與硼向奧氏體晶界的偏聚[J].金屬學(xué)報,1983,19(6)：459-465.

[2]賀景春,陳建軍,梁志剛.連鑄坯裂紋主要影響因素及對策研究[J].包鋼科技,2004,10.

[3]辛建卿,岳爾斌.Q345B鋼連鑄坯角裂形成原因分析[J].煉鋼,2007,23(6)：16-19.