低碳冷軋基板邊部非典型裂紋成因分析與控制

陳四平，朱紅芳

（德龍鋼鐵有限公司技術(shù)中心，河北 邢臺 054009）

冷軋基板是對冷軋用熱軋卷板得簡稱，廣泛應(yīng)用于鍍鋅板、彩涂板、家電面板、馬口鐵等用途的冷軋原料。目前，隨著冷軋制品越來越精細，厚度也越來越薄，用戶對冷軋基板的質(zhì)量要求也越來越嚴格，板坯生產(chǎn)過程中對各個工序都提出了更高的要求，特別是冷軋產(chǎn)品的表面質(zhì)量，成為了影響冷軋后表面質(zhì)量的最主要因素。本文針對冷軋基板SPHC表面頻繁出現(xiàn)的邊部裂紋質(zhì)量問題，采用金相檢驗、掃描電鏡觀察、能譜分析以及中間坯去皮檢查等手段，同時結(jié)合加熱、粗軋工藝，分析同批次連鑄坯在不同粗軋工藝以及設(shè)備條件下邊部裂紋的變化規(guī)律，找出了裂紋缺陷發(fā)生的主要原因，并通過采取相應(yīng)的控制措施，抑制該缺陷的發(fā)生。

1 缺陷形貌特征

熱軋卷邊部裂紋缺陷的外觀形貌如圖1所示，呈現(xiàn)為沿軋制方向的直線狀，一般長度在10mm～50mm，密集分布在帶鋼上表面邊部兩側(cè)3cm以內(nèi)，裂紋處往往伴隨有輕微的起皮現(xiàn)象。

圖1 邊部裂紋缺陷形貌圖

2 檢驗與分析

（1）金相觀察。于邊部裂紋缺陷明顯的部位切取小塊鋼板，制成10mm×10mm的金相試樣進行截面的金相分析缺陷位置處的組織形貌。缺陷裂紋深度為30μm，形貌為凹坑型（圖2b）與開裂型（圖2a），且周圍并無氧化圓點存在。

有資料顯示[1]，如果來料板坯表面或邊角部存在裂紋或開裂的缺陷，這些裂紋在高溫長時間加熱過程中，由于加熱爐空氣中O向板坯裂紋內(nèi)滲透，將使板坯中Si、Mn等易氧化元素出現(xiàn)不同程度的氧化，從而在裂紋周圍形成氧化質(zhì)點。由圖2檢測結(jié)果說明，該缺陷并非來自于加熱爐之前，極有可能與熱軋的粗軋或精軋工序。

圖2 裂紋缺陷的截面形貌

（2）針對性檢查。為了進一步驗證邊部裂紋的產(chǎn)生工序，選擇2塊200mm×930mm×1010mm的SPHC鑄坯在不同粗軋側(cè)壓、相同粗軋平輥正壓的工藝下進行軋制，其中1#鑄坯為限寬軋制，在第1、3、5道次投入立輥側(cè)壓，中間坯寬度910mm；2#鑄坯為自由展寬軋制，不投入立輥。分別在軋后中間坯頭部1m以及成品卷尾部5m處剪切20mm長鋼板進行邊部質(zhì)量檢測，考慮到鑄坯的表面氧化鐵皮影響影響邊部裂紋觀察，對需要檢測的部位進行酸洗除鱗。

圖3（a、b）為2支SPHC連鑄坯的中間坯與成品卷邊部裂紋形貌。圖3（a）為1#板坯粗軋后的邊部除鱗表面，存在大量微小縱裂紋，成品卷邊部相應(yīng)位置同樣有細小縱裂紋；圖3（b）為2#鑄坯粗軋后的邊部除鱗表面，未發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷。因此，可以確定此次冷軋基板出現(xiàn)邊部裂紋是在立輥側(cè)壓過程中形成的。

圖3 中間坯與成品卷邊部質(zhì)量對比

圖4 立輥表面質(zhì)量

對粗軋立輥抽出檢查表面質(zhì)量，如圖4所示，表面磨損嚴重，在粗糙部位存在不規(guī)則分布的結(jié)瘤狀缺陷，最高突起高度約為6mm。結(jié)合立輥的軋制變形機理判斷，立輥側(cè)壓時，立輥結(jié)瘤與軋件側(cè)面相互擠壓，且產(chǎn)生相對滑動，在軋件側(cè)面上形成了一定深度的劃傷，這些側(cè)面的缺陷在后續(xù)的軋制過程中翻轉(zhuǎn)至板坯表面，并產(chǎn)生縱向延伸，最終在中間坯邊部形成密集的細小直線裂紋。

（3）結(jié)瘤高度對成品裂紋深度的影響。在線打磨立輥表面結(jié)瘤，并在200mm×930mm×1010mm鑄坯上進行限寬軋制，測量結(jié)瘤高度與SPHC邊部裂紋深度（如圖6）。由此可見：結(jié)瘤高度較小時，不影響成品帶鋼表面裂紋或起皮，但結(jié)瘤高度的增大至1mm時，SPHC帶鋼邊部開始出現(xiàn)碎裂紋缺陷，且裂紋深度隨著結(jié)瘤高度得增加而增大。

圖5 立輥結(jié)瘤高度與成品裂紋深度的關(guān)系圖

圖6 立輥軋制量與輥面結(jié)瘤高度的關(guān)系

（4）立輥結(jié)瘤原因分析。粗軋立輥是帶鋼生產(chǎn)線上的主要寬度控制部件，與軋件側(cè)面直接接觸，根據(jù)軋輥磨損機理[3]，在軋制過程中承受周期性的機械載荷和溫度波動，形成疲勞磨損，同時還伴有較硬氧化物顆粒的研磨作用，導致立輥出現(xiàn)輥面磨損的現(xiàn)象，部分區(qū)域變得粗糙。這些粗糙區(qū)域，在高溫軋制環(huán)境以及與軋件的滑動摩擦作用下，更容易引起鐵粉或者氧化鐵顆粒在此處聚集疊加，最終形成結(jié)瘤。

本次缺陷帶鋼所采用的粗軋生產(chǎn)線是由二輥可逆式單機架軋機R1與機前立輥機架E1組成，對來料鑄坯采用往返5道次軋制，并在第1、3、5道次使用立輥側(cè)壓控制寬度，立輥使用頻率高。采用定期抽檢立輥在線的表面情況，如如圖5所示，隨著E1的使用時間延長，軋制量超過6萬噸時，立輥輥面開始出現(xiàn)起瘤，且隨著軋制量的再一步增大，高度增加速率逐漸增大，軋制量達到12萬噸時，立輥表面起瘤高度達到1mm，開始影響成品帶鋼出現(xiàn)邊部裂紋；軋制量達到18萬噸后，立輥表面結(jié)瘤尖銳突出，高度達到了6mm。所以，立輥的在線使用周期過長是直接造成輥面磨損嚴重，出現(xiàn)輥面結(jié)瘤的根本原因。

3 改進措施

（1）在線打磨軋輥。在軋制生產(chǎn)過程中利用停軋時間，使用剛性砂輪在線對立輥表面進行打磨，去除表面疲勞層，降低磨損程度。

（2）優(yōu)化立輥的使用周期。粗軋立輥使用周期超過12萬噸立輥表面出現(xiàn)起瘤現(xiàn)象，因此，可以通過制定立輥使用周期不超過12萬噸，避免帶鋼邊部出現(xiàn)裂紋缺陷。

（3）加強立輥冷卻。優(yōu)化立輥水嘴結(jié)構(gòu)，擴大水嘴直徑至10.5mm，提高立輥強化冷卻能力，降低軋輥表面溫度，可以有效減弱軋輥熱疲勞，減緩立輥表面起瘤。通過系列控制措施的應(yīng)用，對后續(xù)生產(chǎn)的SPHC帶鋼邊部質(zhì)量情況進行跟蹤檢查，在軋制12噸周期后，冷軋基板邊部裂紋缺陷消失，邊部裂紋得到有效控制。

4 結(jié)論

本次冷軋基板邊部裂紋的原因是粗軋立輥使用周期過程，輥面結(jié)瘤而引起的。該類裂紋的特征是長度較短、深度較淺，裂紋內(nèi)無氧化圓點、保護渣等。通過立輥在線打磨、優(yōu)化立輥更換周期，加強軋輥冷卻等措施，可減緩輥面結(jié)瘤，從而有效控制此類邊部裂紋缺陷。