50MnA鋼種冷軋邊裂原因分析

張明楠，凌志新*

（河北天柱鋼鐵集團有限公司煉鋼廠，河北 唐山 064000）

河北天柱鋼鐵集團有限公司中寬帶生產(chǎn)線于2016年3月5日建成投產(chǎn)，以中小型矩形坯為軋制原材料，軋制帶鋼所用鋼坯鋼種種類涉及普碳鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼，主要牌號有Q195、Q195L、Q235B、Q355B、40Mn、45Mn、50Mn、50MnA（其中40MnA～50MnA鋼種為近一年新開發(fā)的鋼種），軋制寬度為352mm～525mm，2020年5月始，50MnA鋼種開發(fā)后，該鋼種在發(fā)往下游客戶冷軋過程中出現(xiàn)了批量的邊裂情況，給公司的生產(chǎn)和經(jīng)營造成了一定的困難和損失。本著提高產(chǎn)品質(zhì)量，解決生產(chǎn)問題，維護公司及市場信譽的需求，煉鋼廠技術管理團隊對該鋼種冷軋過程中出現(xiàn)的邊裂產(chǎn)生原因進行詳細、認真的討論、分析，查找到了因煉鋼問題50MnA鋼種冷軋邊裂產(chǎn)生的原因。

1 50MnA鋼種冷軋后邊裂形貌及特征

50MnA鋼種鋼坯經(jīng)熱軋后未出現(xiàn)邊部裂紋情況，發(fā)往冷軋廠后經(jīng)冷軋至1.0～1.2厚度時邊部出現(xiàn)較多裂紋，經(jīng)測量裂紋深度在3mm～10mm不等，如圖1和圖2所示，邊裂分布密集，帶鋼兩側(cè)均有分布。

圖1 50MnA鋼種冷軋帶鋼邊裂形貌

圖2 50MnA鋼種冷軋帶鋼邊裂形貌

2 50MnA鋼種冷軋邊裂原因分析

2.1 熱帶緩冷時間不足問題

因中高碳鋼碳含量控制較高，冷卻敏感性較強，因冷卻時間不足，裝運發(fā)往冷軋廠，在運輸過程中受環(huán)境影響出現(xiàn)驟冷現(xiàn)象，邊部晶粒生長、分布不均勻，再受到同等軋制力的情況下，邊部出現(xiàn)裂紋。

經(jīng)技術人員到成品庫核查，緩冷時間均在規(guī)定的90小時以上，因此該因素可以排除。

2.2 熱帶吊運過程存在磕碰

熱帶在吊運過程中出現(xiàn)磕碰現(xiàn)象，導致熱帶邊部存在裂口，在冷軋過程中裂口延伸開裂，導致冷軋邊裂的缺陷的產(chǎn)生。

經(jīng)技術管理團隊討論分析，磕碰所產(chǎn)生邊裂缺口比較集中，并不會出現(xiàn)通卷邊裂的情況，與冷軋廠現(xiàn)場所出邊裂形貌不符，因此該因素可以排除。

2.3 熱軋帶鋼厚度不均

受軋輥導衛(wèi)輥工作狀態(tài)及軋制力影響，軋輥中部與邊部存在較大偏差，出現(xiàn)邊部偏薄的現(xiàn)象，出現(xiàn)熱帶中部、邊部厚度不一的情況，在冷軋過程中受同樣的軋制力作用下，邊部偏薄，承載力變低，出現(xiàn)軋制邊裂。

現(xiàn)場技術人員及帶鋼質(zhì)檢人員對帶鋼邊部、中部進行實際測量，其標準差范圍滿足要求（標準差控制圖如下：標準要求厚度偏差應≦0.1mm），因此排除該類因素。（如表1所示）。

表1 帶鋼（含Q195、Q235B、50MnA鋼種）（mm）

圖3 帶鋼厚度變化圖

2.4 脆性夾雜物含量高

鋼水S成份偏高時，將導致鋼坯內(nèi)硫化物含量增加，尤其是FeS，其存在于晶界之間，導致鋼材在軋制時開裂，形成裂紋缺陷，針對此原因，對出現(xiàn)邊裂的鋼帶取樣化驗，用金相砂紙對1#-1、1#-2、2#-1、3#-1、3#-2五個試樣進行粗磨，細磨（5道砂紙）并經(jīng)后續(xù)拋光，用體積分數(shù)為4% 的硝酸酒精對3#-2試樣腐蝕，利用萊卡金相顯微鏡觀察試樣形貌。分析硫化物夾雜物等級，以及組織類型。如圖4、圖5、圖6、所示。

圖4 200X，正常部位晶粒變形P+F

圖5 200X，裂紋部位晶粒變形P+F

金相結(jié)果顯示，正常部位與開裂部位組織均為珠光體和鐵素體，分布與正常部位沒有明顯差異。

如表2所示，所統(tǒng)計的帶鋼各部位晶粒度生長、分布均勻，硫化物含量符合標準要求，因此排除該類因素對帶鋼邊裂的影響。

表2 帶鋼各部位開裂位置及硫化物含量

2.5 連鑄坯角裂問題

連鑄坯角部存在細小裂紋，在鑄坯裂紋部位氧化形成FeO，在軋制中無法焊合，造成熱帶邊部出現(xiàn)細小裂紋，冷軋過程中裂紋擴展形成邊裂。針對此原因，在生產(chǎn)該鋼種期間過程中隨機抽取任意爐次鋼坯進行取樣，送往技術中心物理室進行低倍檢驗，并截取帶鋼裂紋試樣進行電鏡檢驗（如圖6～9所示）。

圖6 低倍檢驗鑄坯角裂

圖7 該鑄坯所軋制后帶鋼邊部

圖8 電鏡下裂紋形貌

圖9 電鏡能譜

試樣缺陷處的電鏡照片和能譜可知，裂紋邊部及裂紋壁上存在著大量的顆粒狀物質(zhì)，進一步放大發(fā)現(xiàn)這些顆粒狀物質(zhì)呈毛刺型球狀顆粒，顆粒狀物質(zhì)為氧化鐵，相互粘結(jié)在一起，缺陷位置有裂紋形貌。

2.6 熱軋帶鋼加熱、冷卻不均問題

帶鋼加熱或冷卻不均勻?qū)⒃斐设T坯內(nèi)部晶粒生產(chǎn)不均勻，晶粒度偏差較大，晶粒粗大部位在收到同等軋制力同時更容易開裂，形成裂紋缺陷。經(jīng)對加熱爐加熱溫度曲線調(diào)查及冷卻設備運行情況查看，加熱溫度均勻，溫度波動不大且軋機未存在漏水點位，軋制過程中冷卻均勻，且對軋制結(jié)束后的帶鋼取樣，進行邊部及中間部位晶相分析，發(fā)現(xiàn)邊部、中部晶粒度等級無較大差別，為9.0±0.5級，排除了該類因素對邊裂的影響。

3 冷軋邊裂原因確認

3.1 否定熱帶緩冷時間不足

經(jīng)技術人員到成品庫核查，緩冷時間均在規(guī)定的90小時以上，排除該因素。

3.2 否定熱帶吊運過程存在磕碰

經(jīng)技術管理團隊討論分析，磕碰所產(chǎn)生邊裂缺口比較集中，并不會出現(xiàn)通卷邊裂的情況，與冷軋廠現(xiàn)場所出邊裂形貌不符，因此該因素可以排除。

3.3 否定熱軋帶鋼厚度不均

現(xiàn)場技術人員及帶鋼質(zhì)檢人員對帶鋼邊部、中部進行實際測量，其標準差范圍滿足要求。

3.4 否定脆性夾雜物含量高

對邊裂帶鋼進行取樣分析，成品S含量均≦0.020%，且硫化物等級符合標準要求，排除該類因素。

3.5 否定熱軋帶鋼加熱、冷卻不均問題

技術人員對帶鋼加熱爐加熱溫度、軋機冷卻設備進行檢查、確認，發(fā)現(xiàn)加熱曲線均衡、加熱時間滿足規(guī)程規(guī)定要求，軋機冷卻均勻，不存在堵塞及漏水點位，所以否定了該類因素對邊裂的影響。

3.6 肯定連鑄坯角裂是造成帶鋼冷軋邊裂問題產(chǎn)生的主要原因

通過低倍、晶相、電鏡檢驗分析，連鑄坯角部裂紋缺陷是造成帶鋼軋制產(chǎn)生邊裂的根源所在，角部存在裂紋，裂紋部位與空氣中的氧發(fā)生氧化反應，在裂紋位置產(chǎn)生FeO，經(jīng)反復熱軋后，不能使裂紋部位壓合、焊合或壓合不牢固，熱軋帶鋼經(jīng)進一步冷軋，由于該部位金屬間基體集合不牢固，在受到同樣的冷軋作用力的情況下，該部位裂紋顯露并進一步擴展形成邊裂缺陷。

4 結(jié)語

經(jīng)全面的調(diào)查分析，確定了連鑄坯角部裂紋是造成50MnA帶鋼冷軋邊部缺陷產(chǎn)生的主要原因。我們從連鑄機二冷水配比、保護渣優(yōu)化、結(jié)晶器水質(zhì)優(yōu)化、嚴控鋼水過熱度、規(guī)范連鑄機澆鋼制度等方面對鑄坯角裂進行攻關、管控，鑄坯角部裂紋缺陷得到明顯改善，該斷面鑄坯質(zhì)量提升，熱軋帶鋼、冷軋帶鋼質(zhì)量得到進一步提高，自2020年7月各項管控措施落實至今，軋制質(zhì)量穩(wěn)定。