TMCP工藝下Q550D表面凹坑形成原理及控制措施

趙志偉，王春莉，栗增杰，閆偉偉

（河鋼集團(tuán)邯鄲分公司，河北 邯鄲 056000）

近些年來(lái)，低碳貝氏體鋼因其良好的綜合力學(xué)性能，在工程制造行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，其中典型鋼板Q550D是廣泛應(yīng)用鋼板代表之一，主要應(yīng)用于高端工程機(jī)械制造行業(yè)。

邯鋼生產(chǎn)的Q550D大部分采用“TMCP”及“TMCP+回火”工藝，薄規(guī)格 Q550D生產(chǎn)過(guò)程中，由于在軋制及冷卻過(guò)程中，形成較厚的氧化鐵皮，在矯直過(guò)程中氧化鐵皮爆裂后，壓入到鋼板表面，形成壓入凹坑，造成用戶多次提出質(zhì)量異議，直接影響合同的交付。

1 Q550D生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工藝流程

邯鋼薄規(guī)格Q550D的生產(chǎn)采用兩階段軋制，一階段開軋溫度控制在1060～1120℃，二階段開軋溫度控制在840～920℃，待溫厚度選擇2.5～3.0倍待溫。除鱗水壓力 18～24 MP。

為確保鋼板獲得理想組織，采用DQ+ACC冷卻系統(tǒng)，DQ采用中壓水噴射冷卻方式，實(shí)現(xiàn)在線淬火功能，最大冷卻速度75℃/S，ACC采用高密度層流冷卻方式，冷卻速度最大40℃/S，以此確保鋼板得到理想組織及控制鋼板的平直度。

2 氧化鐵皮凹坑形貌及結(jié)構(gòu)分析

采用預(yù)矯直機(jī)+DQ+ACC+熱矯直機(jī)模式進(jìn)行控冷和矯直，由于出ACC后，鋼板表面存在氧化鐵皮，在熱矯直機(jī)矯直過(guò)程中破碎，在反復(fù)矯直過(guò)程中，該部分氧化鐵皮被壓入到鋼板的表面，性能無(wú)規(guī)律的橢圓形凹坑，凹坑的深度隨著矯直次數(shù)的增加變深變大。

從氧化鐵皮的形貌來(lái)看，終軋溫度高的鋼板表面呈現(xiàn)出大片的黑色氧化鐵皮坑，同時(shí)鋼板表面的氧化鐵皮凹坑直徑多在3～5 mm大小，深度在2～3 mm，而終軋溫度低的鋼板表面氧化鐵皮多呈現(xiàn)紅黑色細(xì)小的粉末，凹坑深度多在1～2 mm，直徑多在1～3 mm，但兩種凹坑均不能滿足工程機(jī)械行業(yè)對(duì)于鋼板表面的要求。

圖1 Q550D表面氧化鐵皮壓入凹坑形貌

經(jīng)過(guò)顯微鏡對(duì)于氧化鐵皮的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，未矯直的鋼板表面微觀結(jié)構(gòu)主要分為兩層，其中外層75%～90%為Fe2O3+Fe3O4，內(nèi)層主要為FeO，整體的厚度在30～50 μm，經(jīng)過(guò)矯直后的鋼板氧化鐵皮厚度減少15～20 μm，由于表層的氧化鐵皮與集體粘結(jié)性不強(qiáng)，30%的氧化鐵皮脫落，壓入鋼板的機(jī)體內(nèi)，形成壓入凹坑。

75%～90%的Fe2O3+Fe3O4形成是在以下三個(gè)階段生成的：

（1）加熱階段：當(dāng)Si含量≥0.2%，鋼板表面會(huì)形成較難去除的氧化鐵皮，同時(shí)加熱溫度過(guò)高，板坯容易過(guò)熱甚至過(guò)燒，很難除去。板坯在爐內(nèi)加熱時(shí)間越長(zhǎng)，氧化就越嚴(yán)重。

（2）軋制階段：二軋程的開軋溫度及待溫厚度直接決定鋼板表面氧化鐵皮形成的厚度及組成，降低二軋程軋制過(guò)程中鋼板溫度，能較好地控制氧化鐵皮的形態(tài)。除鱗道次的分布，也決定氧化鐵皮生成厚度。

（3）控冷階段：在570℃以下，沒有被氧化的Fe0發(fā)生共析反映4Fe0→a-Fe+Fe3O4?？刂蒲趸F皮的中Fe2O3+Fe3O4的比例及組成就要從以上3個(gè)方面進(jìn)行工藝調(diào)整。

3 現(xiàn)場(chǎng)工藝優(yōu)化及效果分析

3.1 原料成分及加熱工藝優(yōu)化

Si含量高的鋼（Si≥0.20%），加熱過(guò)程中極易在氧化鐵皮與機(jī)體界面之間生成層狀的鐵橄欖石（Fe2SiO4），而Fe2SiO4的存在使得FeO很難與機(jī)體分離，造成除磷不徹底。

加熱溫度執(zhí)行1150～1240℃溫度區(qū)間控制。預(yù)熱段空煤比不超過(guò)0.95，加熱段、均熱段空煤比不超過(guò)0.9.，加熱溫度控制在工藝要求的中限。

3.2 軋制工藝優(yōu)化

軋制過(guò)程為兩階段軋制，一軋程開軋溫度控制在1050～1100℃，二軋程開軋溫度控制在830～880℃，終軋溫度控制在800～840℃，較優(yōu)化前降低20℃。降低待溫厚度，待溫時(shí)間縮短25S左右。

高壓水壓力的正常波動(dòng)范圍在20～23 MPa，生產(chǎn)前對(duì)于噴嘴堵塞情況及噴嘴到板坯的距離進(jìn)行檢查，以保證最佳的除磷效果。同時(shí)高壓水的打水操作，在開軋、轉(zhuǎn)鋼完畢、二軋程開軋必須用高壓水除磷。

3.3 控冷及矯直工藝優(yōu)化

控冷工藝中DQ段開始冷卻溫度在720～800℃，冷卻結(jié)束溫度控制在400～550℃，鋼板在超快冷階段，溫度迅速降低，有效減少了4Fe0→a-Fe+Fe3O4。

矯直工藝為避免壓入加重，一方面矯直力降低4000～5000 kN，另一方面，增加機(jī)前后的吹掃設(shè)備，對(duì)于側(cè)噴水的角度根據(jù)鋼板寬度調(diào)整，確保側(cè)噴效果。

4 實(shí)施效果及結(jié)論

（1）降低化學(xué)成分中Si含量，提高加熱溫度，在加熱環(huán)節(jié)有效降低氧化鐵皮的殘余。

（2）軋制環(huán)節(jié)通過(guò)降低終軋溫度，降低二軋程軋制過(guò)程溫度，減少了二次氧化，使表面形成薄層的Fe2O3+Fe3O4通過(guò)調(diào)整打水道次有效降低氧化鐵皮形成厚度。

（3）控冷工藝重點(diǎn)降低超快冷段終冷溫度，有效減少了表面Fe2O3+Fe3O4的生成量，同時(shí)調(diào)整矯直壓下量及增加吹掃功能，有效減輕了氧化鐵皮凹坑的壓入。

通過(guò)以上措施的實(shí)施，Q550D表面均呈現(xiàn)青蘭色，表面光潔，無(wú)氧化鐵皮坑，表面有明顯改善提升。