600 MPa級冷軋高強鋼翹皮缺陷問題的分析

李春誠， 郭曉靜， 左海霞， 蘇崇濤， 海 超

(本鋼板材股份有限公司技術(shù)研究院，遼寧 本溪 117000)

近年來隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，對汽車板表面質(zhì)量的要求越來越高，促使鋼鐵企業(yè)在控制產(chǎn)品質(zhì)量方面不斷進行改進。表面缺陷是影響鋼板質(zhì)量的一個重要指標，鋼板常見的表面缺陷有翹皮、夾雜、裂紋等，其中有些缺陷可以通過煉鋼后續(xù)工序得到控制或者消除，但有些缺陷則會因軋制而得到擴展和延伸。翹皮一般存在于帶鋼的邊部，缺陷的形貌呈長條小結(jié)疤狀，有時也呈龜紋狀、發(fā)紋狀、塊狀、舌狀或魚鱗狀，其位置相對固定，大多數(shù)分布在帶鋼兩邊距離邊部15～50 mm范圍內(nèi)，上表面和下表面都可能存在，在帶鋼全長方向上呈斷續(xù)分布[1]。翹皮是熱軋生產(chǎn)過程中嚴重影響表面質(zhì)量的缺陷[2-5]，帶鋼邊部翹皮需要通過后續(xù)工序切除，嚴重影響鋼卷的成材率，同時又降低生產(chǎn)效率，在冷軋工序有些甚至因供貨寬度規(guī)格要求而無法切除，最終影響供貨及用戶使用。因此，研究翹皮缺陷形成原因及如何采取控制措施成為極其重要的課題。

通過對國內(nèi)某鋼廠生產(chǎn)存在翹皮缺陷問題的厚度為3.2 mm熱軋帶鋼進行取樣分析，研究了可能引起翹皮缺陷的成因，采用微觀檢驗分析與工業(yè)生產(chǎn)驗證確定了造成該高強鋼翹皮缺陷的主要原因，通過對形成翹皮缺陷有影響的因素實施管控，制定改善鋼板表面質(zhì)量的措施，成功解決鋼板表面翹皮缺陷，對于滿足后續(xù)生產(chǎn)起到積極作用。

1 試驗方法與分析

1.1 宏觀檢驗

對某鋼廠生產(chǎn)的規(guī)格為3.2 mm×1210 mm供冷軋高強鋼的熱軋原料進行觀察時發(fā)現(xiàn)，在距離其邊部30～40 mm處存在斷續(xù)條狀的翹皮缺陷，但縱向分布沒有顯著的規(guī)律，翹皮缺陷在該爐鋼坯中均有出現(xiàn)。在帶鋼尾部取樣，宏觀形貌如圖1(a)所示，后續(xù)酸洗、冷軋生產(chǎn)雖經(jīng)過切邊，但翹皮缺陷仍不能被消除，冷軋生產(chǎn)時帶鋼邊部仍可明顯看到翹皮缺陷，如圖1(b)所示，這大大影響了最終產(chǎn)品的表面質(zhì)量。

(a)熱軋翹皮缺陷的宏觀形貌

(b)冷軋翹皮缺陷的宏觀形貌圖1 鋼板翹皮缺陷的宏觀形貌Fig.1 Macroscopic appearance ofupwarp defect of steel plate

1.2 微觀檢驗

對熱軋鋼板的缺陷部位進行取樣，去除缺陷處的氧化鐵皮，打磨拋光處理后，對試樣進行金相組織觀察，翹皮缺陷處晶粒比正常部位粗大，如圖2所示。對翹皮和因翹皮缺陷脫落后在鋼板上形成的凹坑檢驗發(fā)現(xiàn)：翹皮部位脫碳嚴重，組織為鐵素體+少量滲碳體，晶粒相對粗大；凹坑基體邊緣有明顯的脫碳層，組織為鐵素體，基體組織為鐵素體+珠光體，且晶粒細小。

(a)翹皮缺陷部位的金相組織

(b)正常部位的金相組織圖2 熱軋鋼板的金相組織Fig.2 Metallographic structure of hot rolled steel sheet

對熱軋板缺陷部位表面宏觀形貌進行電鏡觀察，如圖3所示。試樣表面缺陷呈現(xiàn)坑狀，經(jīng)超聲波清洗后通過掃描電鏡觀察缺陷部位形貌并進行定性成分分析，如圖4所示。沿垂直于缺陷表面方向切割后磨制截面金相試樣，觀察缺陷部位對應(yīng)位置形貌并進行定性成分分析，如圖5所示。通過能譜分析可知，缺陷部位成分主要有Fe、O、Mn、Na、Mg、Si、S、Ca等元素，如表1和表2所示。由于這些成分元素和結(jié)晶器保護渣的成分相近，且缺陷處組織與基體組織為正常組織。通過對熱軋生產(chǎn)設(shè)備和工藝執(zhí)行情況進行檢查并與以往該類規(guī)格產(chǎn)品生產(chǎn)對比，并未發(fā)現(xiàn)異常狀況，符合相關(guān)生產(chǎn)要求。在缺陷處發(fā)現(xiàn)外來夾雜物，由此可以斷定裂紋在結(jié)晶器中彎月面附近產(chǎn)生的可能性較大。因此，分析認為該缺陷與煉鋼連鑄工序中結(jié)晶器保護渣卷入鑄坯表層有關(guān)，且后續(xù)熱軋生產(chǎn)不具備消除該缺陷的條件。

圖3 熱軋鋼板表面缺陷部位在掃描電鏡下的宏觀形貌Fig.3 Macroscopic morphology of surface defects under scanning electron microscopy

圖4 缺陷部位表面形貌Fig.4 Surface topography of the defect

表1 缺陷部位表面的能譜分析

圖5 缺陷部位對應(yīng)截面形貌Fig.5 Corresponding cross-section of the defect

表2 缺陷部位對應(yīng)截面的能譜分析Table 2 Energy spectrum analysis of the corresponding section of the defect

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 翹皮形成機理分析

國內(nèi)許多研究發(fā)現(xiàn)造成翹皮缺陷的主要原因有鑄坯中的氣泡、鑄坯表面和邊部開裂、結(jié)晶器保護渣的混入、側(cè)壓力定寬機參數(shù)的調(diào)整及表面氧化鐵皮的軋入等[6-9]。通過對煉鋼廠連鑄板坯的表面清理檢查，板坯自動清理機處理檢查，以及后續(xù)軋制生產(chǎn)跟蹤情況，發(fā)現(xiàn)當連鑄坯表面含有較多“氣孔”和夾雜缺陷時，后續(xù)軋制生產(chǎn)檢測發(fā)現(xiàn)翹皮缺陷的發(fā)生率較高。因此，可以初步推斷翹皮缺陷是由于鑄坯內(nèi)部存在氣泡，鑄坯表面較密集的氣泡在軋制過程中沿軋制方向延伸，最終在鋼板表面逸出，導致表皮分層并形成翹皮缺陷；當含有較多“氣孔”和夾雜缺陷的鑄坯，經(jīng)過軋制變形，中間坯角部低溫區(qū)在一定的立輥側(cè)壓作用下產(chǎn)生變形，形成角部裂紋，這種裂紋在隨后的變形過程中，在軋制中不能焊合，形成沿軋制方向的斷續(xù)迭層的“翹皮”，并在中間坯側(cè)邊“翻邊”過程中向板坯上下表面翻轉(zhuǎn)，最終分布在熱軋板邊部區(qū)域。本試驗缺陷部位檢驗Na、Mg、Si、S、Ca為鋼板中的夾雜物元素成分。因此，可以推測該翹皮缺陷是煉鋼生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的。

2.2 翹皮的控制措施

翹皮缺陷應(yīng)在生產(chǎn)過程中及時發(fā)現(xiàn)、及時處理，同時日常生產(chǎn)要提前做好預防工作。翹皮缺陷的控制措施如下：

(1)加強設(shè)備的管理和維護。針對易發(fā)生翹皮缺陷的鋼種集中發(fā)生的日期、澆鑄號、爐次，對應(yīng)其連鑄機狀態(tài)進行把控，澆鑄間隙做好結(jié)晶器檢查和輥子潤滑、噴嘴檢查等工作。

(2)優(yōu)化排產(chǎn)計劃。生產(chǎn)組織上盡可能將易發(fā)生翹皮缺陷的鋼種有針對性地進行排產(chǎn)，將其安排在連鑄機檢修前期、中期進行澆注，盡量減少翹皮發(fā)生的可能性。

(3)加強重點板坯管理。對鋼板表面質(zhì)量等級要求FC級及其以上產(chǎn)品，應(yīng)對板坯表面進行有效清理，特別是澆注異常的板坯以及頭、尾坯表面易產(chǎn)生翹皮缺陷的位置，加強對這些板坯的重點檢查和恰當清理，盡可能去除板坯的表面缺陷，保證坯料的表面質(zhì)量和后續(xù)生產(chǎn)順行。

(4)優(yōu)化原料、輔料管理制度。高度重視耐火材料、保護渣等原輔料的管理工作，減少其對板坯質(zhì)量造成的不良影響，制定精煉-連鑄之間合理的溫度和時間制度，保證生產(chǎn)過程穩(wěn)定操作。

(5)適宜的熱軋加熱制度。熱軋生產(chǎn)要嚴格控制板坯在加熱爐的加熱時間和溫度，采用合理的加熱制度，使板坯受熱均勻，在能耗允許的前提下，盡可能提高板坯出爐溫度，防止板坯局部過燒或過熱，尤其是生產(chǎn)含銅量較高的板坯。

(6)合理的控軋控冷工藝制度。根據(jù)成品寬度和坯料寬度的要求，將立輥的減寬量控制在合適的范圍內(nèi)，在立輥軋制力允許的條件下，盡量采用大變形可以減少翹皮缺陷的發(fā)生率。在軋制傳輸過程中，添加一定保溫措施，如卷取箱和保溫罩等，同時適當提高軋制速度來盡量減少邊尾部與芯部的溫差。

目前采取上述控制措施后，生產(chǎn)上取得了一定成效，鋼板的翹皮缺陷得到抑制，降低了鑄坯的清理難度，提高了鋼板的表面質(zhì)量和成材率，滿足用戶的使用要求。

3 結(jié)論

(1)翹皮缺陷主要分布在帶鋼邊尾部，在距離其邊部30～40 mm處，縱向分布沒有顯著的規(guī)律。

(2)翹皮缺陷產(chǎn)生的主要原因是，連鑄工序中結(jié)晶器保護渣卷入鑄坯表層，經(jīng)過軋制變形，中間坯角部低溫區(qū)在一定的立輥側(cè)壓作用下產(chǎn)生變形形成裂紋，在隨后的軋制變形過程中不能焊合，形成沿軋制方向的翹皮。

(3)加強設(shè)備的檢查和維護，合理安排生產(chǎn)計劃，重點加強板坯管理，優(yōu)化原輔料和生產(chǎn)工藝制度，可以有效控制翹皮缺陷的產(chǎn)生。