熱軋卷板邊部線狀缺陷的解決措施

王景寧

（河鋼承鋼板帶事業(yè)部，河北 承德 067002）

熱軋卷板邊部線狀缺陷一般存在于上下表面距邊部，是熱軋產(chǎn)品日常檢驗常見的問題，此類缺陷也被稱為邊部裂紋、邊部線狀裂紋以及邊部黑線等，通常分布在卷板上下表面單側(cè)距邊部或者兩側(cè)距邊部一定范圍之內(nèi)，在產(chǎn)品上呈現(xiàn)軋向分布條片狀、細(xì)線狀或帶狀線狀缺陷。在我國，常見的熱軋卷板廠都存在著邊部線狀缺陷問題。因此，相關(guān)企業(yè)必須詳細(xì)分析在工業(yè)生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的熱軋邊部線狀缺陷，并找出其具體原因，然后對現(xiàn)場工藝生產(chǎn)技術(shù)和流程做出正確的指導(dǎo)，以此降低產(chǎn)品缺陷發(fā)生率[1]。

1 熱軋卷板邊部線狀缺陷外貌分析

1.1 宏觀形貌

我國熱軋廠在監(jiān)測熱軋產(chǎn)品整體形貌時，通常利用熱軋表面檢測系統(tǒng)，采取在線檢驗結(jié)合離線復(fù)查的方法來檢測邊部線狀缺陷情況。熱軋卷上表面邊部線狀缺陷呈現(xiàn)出明顯的凹凸感，且線裂長短不一，一般分布在上下表面距離邊部的20mm范圍左右，上表面線狀缺陷問題通常嚴(yán)重于下表面，且熱軋卷板邊部上表面線狀缺陷邊裂細(xì)紋分布情況約為10條左右，呈現(xiàn)相對密集的情況。從缺陷數(shù)量上分析，不同熱軋卷板之間的缺陷數(shù)量差別相對較大，本文以在線檢測系統(tǒng)缺陷圖片數(shù)計算，統(tǒng)計，某鋼廠在2017年3月至2019年1月之間熱軋卷板邊部線狀缺陷數(shù)量，見下圖1。

圖1 邊部線狀缺陷數(shù)量分布規(guī)律

從宏觀形貌上分析，熱軋板邊部線狀缺陷有兩種常見形貌：邊部黑線、邊部線狀翹皮。邊部黑線缺陷通常分布在帶鋼上下表層兩側(cè)，成直線狀態(tài)，分布一條或多條，線狀寬度約為1mm到2mm。邊部現(xiàn)狀翹皮缺陷與邊部黑線有著一直的分布特征，但其缺陷嚴(yán)重性要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于邊部黑線，一般表現(xiàn)為熱軋邊部兩側(cè)表面沿軋制方向裂開，呈現(xiàn)翹皮形態(tài)，寬度至少在3mm到5mm之間，情況相對嚴(yán)重，對產(chǎn)品及用戶的影響也非常嚴(yán)重。

1.2 微觀形貌——金相分析

觀測熱軋卷邊部線狀缺陷微觀形貌的方法為：截取一小段上表面線狀缺陷裂紋，之后去其進(jìn)行磨制，利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的硝酸酒精溶液侵蝕取樣產(chǎn)品，通過BX51M金相顯微鏡觀察該產(chǎn)品內(nèi)部組織。在顯微鏡觀察下，熱軋卷邊部線狀缺陷的深度為至之間，寬度為160左右。通過觀察和計算得出：熱軋上表面裂紋處缺陷周圍晶粒度大約為8.5級，表現(xiàn)為正常珠光體與鐵素體組織，在邊裂處未發(fā)現(xiàn)脫碳或高溫氧化等化學(xué)特征。

除此之外，本文采樣熱軋上表面線狀缺陷裂紋處橫截面，詳細(xì)分析其成分發(fā)現(xiàn)，缺陷處主要元素含量也處于正常范圍內(nèi)。通過利用相關(guān)掃描儀，對缺陷部位以及附近位置進(jìn)行能譜掃描，詳細(xì)分析和計算掃描結(jié)果與數(shù)據(jù)，均未發(fā)現(xiàn)異常元素。綜上，筆者推斷出熱軋卷板邊部線狀缺陷形成原因并不是由某元素偏析或者夾雜情況造成的[2]。

2 熱軋卷板邊部線狀缺陷形成機(jī)理與原因

2.1 黑線

黑線通常出現(xiàn)在粗軋中間坯距離卷板邊緣10mm至20mm的范圍內(nèi)，通過取樣分析粗軋中間坯樣發(fā)現(xiàn)，線狀黑線有著一定的普遍性，且嚴(yán)重影響著成品質(zhì)量，降低產(chǎn)品成材率。我國目前關(guān)于熱軋卷板邊部黑線缺陷問題的研究相對較少，本文就某鋼在4300mm軋機(jī)調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的邊部黑線裂紋為例，并對其具體形成機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)分析。

（1）不同規(guī)格熱軋卷板對比試驗。通過分析相關(guān)資料得出：不同規(guī)格厚度的熱軋卷邊產(chǎn)生的黑線裂紋距離也不一樣，詳細(xì)見下表1，300mm厚鑄坯不同規(guī)格熱軋卷板的邊部黑線位置。

表1 不同規(guī)格熱軋卷板裂紋缺陷位置（mm）

此外，生產(chǎn)出不同規(guī)格的熱軋卷板，其裂紋缺陷位置也不同。一般來講，鑄坯越薄，則邊部黑線距離邊部越遠(yuǎn)，鑄坯越厚，距離越近。在同一時期內(nèi)，不同鑄機(jī)生產(chǎn)出不同厚度鑄坯4300軋制，下表2為不同厚度鑄坯生產(chǎn)熱軋卷板缺陷改判率情況。

表2 不同厚度鑄坯生產(chǎn)熱軋缺陷改判率（%）

（2）模擬實驗。進(jìn)一步驗證熱軋卷板邊部黑線與鑄坯角部缺陷之間的關(guān)系，現(xiàn)場做了以下模擬實驗。通過在鑄坯內(nèi)弧角部進(jìn)行鉆孔，軋制后將鉆孔翻轉(zhuǎn)到熱軋卷板上表面距邊部20mm至30mm處。

2.2 形成原因

在軋制鑄坯時，該裂紋變形形狀與軋制壓下量有著一定的關(guān)系：壓下量較大，軋制力會直接滲透到鑄坯芯部，當(dāng)芯部溫度較高時就很容易發(fā)生變形，鑄坯上下表面變形量小于中間變形量，窄邊中間會向外突出，則為單鼓變形。壓下量較小，軋制力無法滲透到鑄坯芯部，使得鑄坯中間變形量小于上下表面變形量，上下表面呈現(xiàn)向外鼓形態(tài)，則為雙鼓變形。

由于鑄坯邊角部金屬為二維傳熱，因此在軋制時通常處于低溫狀態(tài)，且塑性相對較差。當(dāng)發(fā)生單鼓變形時，邊角部金屬被壓平，從而形成與其他組織形態(tài)不同的組織，導(dǎo)致軋件邊部出現(xiàn)“黑線裂紋”缺陷。

3 加熱制度對線狀缺陷的影響分析

3.1 板坯裝入溫度

分析板坯裝入溫度對熱軋卷板邊部線狀缺陷的影響，如圖 4。

圖2 不同裝爐溫度對線狀缺陷封鎖率影響

由圖2可見，板坯溫度與缺陷發(fā)生率呈現(xiàn)反比趨勢。

3.2 板坯加熱溫度

圖3 熱爐與出爐溫度的影響

上圖3為不同熱爐和出爐溫度對線狀缺陷封鎖率的影響。圖中：

分析1-3熱爐的平均值，1爐最高，3爐最低；當(dāng)出爐溫度小于1120℃時，缺陷封鎖率最高，當(dāng)出爐溫度在1120℃以上時，缺陷封鎖率與溫度呈現(xiàn)正比情況。

4 熱軋卷板邊部線狀缺陷的解決措施

根據(jù)上文討論的熱軋板卷邊部線狀缺陷機(jī)理與形成因素，提出幾點有效的解決措施：

（1）進(jìn)一步優(yōu)化并設(shè)計出合理的軋機(jī)壓下量，從而能有效減輕甚至消除邊部黑線缺陷。此外，依據(jù)鑄坯軋制過程中坯形變化以及角度溫度變化，可以嘗試設(shè)計出窄面銅板圓弧與寬邊相切的結(jié)晶器來解決壓下量問題。

（2）在熱軋過程中，對軋制工藝進(jìn)行有效調(diào)整，以此降低邊部溫度，并優(yōu)化加熱爐工藝制度，提高板坯裝爐溫度。此外，通過調(diào)整加熱爐各段目標(biāo)溫度，從而減少板坯表面與芯部的溫差。

5 結(jié)論

綜上所述，本文主要得出以下結(jié)論：

（1）熱軋卷板邊部線狀裂紋批量出現(xiàn)的因素，經(jīng)分析與軋制過程相關(guān)。

（2）通過優(yōu)化粗軋軋制工藝以及加熱工藝，可以有效減少邊部線狀缺陷發(fā)生率。