管線鋼邊部細(xì)線缺陷分析與優(yōu)化措施

顏晨曦，武巧玲，于 洋，牛 濤，李金保，張世龍，焦會(huì)立

（1.首鋼集團(tuán)有限公司技術(shù)研究院，北京100043；2．綠色可循環(huán)鋼鐵流程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100043；3.北京首鋼股份有限公司，河北064404）

0 引言

熱軋帶鋼的生產(chǎn)過程中，邊部細(xì)線類缺陷是造成鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量問題的主要原因之一。 熱軋帶鋼產(chǎn)生細(xì)線類缺陷的原因是多樣的[1-3]，不容易發(fā)現(xiàn)和控制，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的表面質(zhì)量，并影響了下游用戶的加工使用，給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失。

為此，本文熱軋以管線鋼為例，探索了其在軋過程中邊部細(xì)線缺陷產(chǎn)生的原因以及缺陷所造成的危害，并對管線鋼熱軋工藝進(jìn)行了分析和排查。通過對問題材料化學(xué)成分的分析以及材料缺陷部位微觀形貌的觀察，明確了細(xì)線缺陷的產(chǎn)生機(jī)理，找到了管線鋼熱軋工藝中的存在的問題，并制定了相應(yīng)的熱軋工藝改進(jìn)方案，以消除產(chǎn)品缺陷、提高產(chǎn)品的實(shí)物質(zhì)量。

1 熱軋管線鋼邊部細(xì)線類缺陷

熱軋管線鋼在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生邊部簇狀細(xì)線類缺陷，細(xì)線缺陷的形貌如圖1 所示。 經(jīng)過表檢發(fā)現(xiàn)邊部簇狀細(xì)線缺陷在帶鋼邊部10～25 mm范圍內(nèi)，細(xì)線沿軋向呈多條密集分布（如圖2 所示），嚴(yán)重情況下可發(fā)展為垛口狀邊部縱裂缺陷。

圖1 邊部簇狀細(xì)線類缺陷

圖2 邊部細(xì)線缺陷表檢形貌

2 邊部細(xì)線缺陷調(diào)查分析

我們對邊部細(xì)線缺陷樣品開展微觀分析，并結(jié)合其化學(xué)成分和軋制工藝，綜合分析、排查導(dǎo)致細(xì)線缺陷產(chǎn)生的原因及機(jī)理，為制定可行的工藝改進(jìn)措施提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

2.1 成分分析

對管線鋼缺陷部位取樣進(jìn)行化學(xué)分析，其結(jié)果見表1。由表1 可以看出，缺陷部位化學(xué)成分均在目標(biāo)控制范圍內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。

表1 細(xì)線缺陷部位化學(xué)成分 %

2.2 生產(chǎn)工藝排查

對出現(xiàn)細(xì)線缺陷板卷與無缺陷板卷的熱軋工藝開展對比分析調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在在軋制過程中，兩類板卷立輥減寬量的控制存在明顯差異，而其余熱軋工藝參數(shù)和軋制過程基本相同，具體細(xì)線缺陷卷與立輥減寬量關(guān)系如表2 所示。由表2 可以看出，立輥減寬量對邊部簇狀細(xì)線缺陷影響程度較大，當(dāng)立輥減寬量大于40 mm 時(shí)，管線鋼邊部會(huì)發(fā)生嚴(yán)重簇狀細(xì)線缺陷，而減寬量小于20 mm 時(shí)，邊部細(xì)線缺陷基本消除。 說明邊部簇狀細(xì)線與立輥減寬量有直接對應(yīng)性，立輥減寬量越大，對邊部缺陷影響越明顯。

表2 細(xì)線缺陷卷與立輥減寬量關(guān)系表

2.3 微觀分析

截取邊部細(xì)線缺陷部位制作成表面樣品與截面樣品，并開展微觀分析。 細(xì)線缺陷表面樣品分別采用去離子水、酒精超聲清洗，觀察其表面形貌；細(xì)線缺陷截面樣品經(jīng)拋光后，采用3%硝酸酒精侵蝕觀察其微觀組織；細(xì)線缺陷截面樣品經(jīng)打磨、拋光后觀察分析其淺表層析出物的尺寸與分布，并采用普通光學(xué)顯微鏡對樣品金相組織觀察，利用日本日立公司S3400N 型掃描電鏡對樣品進(jìn)行高倍形貌分析。

2.3.1 缺陷部位表面形貌

管線鋼邊部細(xì)線缺陷表面微觀形貌如圖3 所示。 對缺陷部位表面形貌進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)視場范圍內(nèi)有可見的多條細(xì)線缺陷，如圖3（a）所示。 通過光學(xué)顯微鏡對樣品表明金相組織進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)線缺部位微觀組織為鐵素體+珠光體，邊部細(xì)線缺陷處附近組織與基體相同，細(xì)線缺陷處存在一定的流線組織，如圖3（b）所示。

圖3 邊部簇狀細(xì)線缺陷部位表面形貌

2.3.2 缺陷部位截面形貌

管線鋼邊部細(xì)線缺陷截面微觀形貌如圖4 所示。 截面處存在較多密集小裂紋，裂紋深度在30～50 um 左右，嚴(yán)重處裂紋深度超過100 um，裂紋附近存在一定的氧化質(zhì)點(diǎn)，未見明顯的脫碳情況，如圖4（a）所示。 此外，裂紋大多與垂直方向呈一定角度向基體內(nèi)部延伸發(fā)展，電鏡下觀察，視場范圍內(nèi)部分細(xì)線缺陷呈“ 八”字形貌，如圖4（b）所示，說明在粗軋階段經(jīng)過往復(fù)軋制。

圖4 邊部簇狀細(xì)線缺陷部位斷面形貌

2.3.3 缺陷部位截面能譜分析

采用掃描電鏡對樣品缺陷部位截面進(jìn)行能譜分析，截面裂紋處不同位置能譜成分見表3。 從表3能譜分析結(jié)果來看，缺陷處沒有檢測到保護(hù)渣成分，排除卷渣及鑄坯裂紋。

表3 截面裂紋處不同位置能譜成分表

3 細(xì)線缺陷原因分析與工藝改進(jìn)

3.1 細(xì)線缺陷原因分析

通過對缺陷部位樣品的化學(xué)成分及微觀形貌分析，并結(jié)合熱軋工藝排查，我們認(rèn)為管線鋼邊部細(xì)線缺陷是粗軋階段形成，由于中間坯邊角部溫度低，經(jīng)過粗軋軋制后邊角部金屬翻邊到表面，造成低溫處的邊角部金屬塑性與基體存在差異，從而形成細(xì)線缺陷。

3.2 細(xì)線缺陷形成機(jī)理

通過對邊部細(xì)線的微觀分析結(jié)合熱軋工藝相關(guān)性研究，我們認(rèn)為邊部簇狀細(xì)線的形成機(jī)理可歸納為：帶鋼在立輥邊部擠壓的情況下，邊部發(fā)生變形，由于邊部變形量遠(yuǎn)小于中間坯的寬度，變形不能傳遞到中間坯的中間位置，因此邊部產(chǎn)生凸起，形成較大“ 狗骨頭”形貌，立輥減寬量的大小直接決定了中間坯減寬后的“ 狗骨頭”形狀大小。 大的“ 狗骨頭”形狀在冷卻水的作用下增加了中間坯邊角部的溫降和邊部的局部壓下量，產(chǎn)生大的單邊鼓形。并且由于邊部溫度較低，進(jìn)入低塑性區(qū)，造成邊部擠壓后形成一定的褶皺，褶皺經(jīng)過平輥碾壓后形成邊部多條狀的線性缺陷[4-6]。 由于中間坯展寬的作用，狗骨越高展寬較大，因此導(dǎo)致邊部細(xì)線缺陷遠(yuǎn)離帶鋼邊部，且立輥減寬量越大，缺陷距邊部距離越遠(yuǎn)。 在立輥多道次減寬的情況下，越往后道次邊部溫度越低，對邊部細(xì)線控制越不利，因此控制立輥的減寬量，是有利對邊部細(xì)線缺陷的控制。

3.3 工藝改進(jìn)措施

為驗(yàn)證上述分析結(jié)論，開展立輥減寬量的優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，并制定了實(shí)驗(yàn)方案。 按照減寬量＜20 mm、20～40 mm、＞40 mm 分為三組工藝實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4 所示。 由表4 可以看出，通過減小立輥減寬量，實(shí)現(xiàn)了細(xì)線缺陷的良好控制，這個(gè)結(jié)論與生產(chǎn)工藝排查所發(fā)行的現(xiàn)象是一致的。

表4 工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)及細(xì)線缺陷發(fā)生情況

4 結(jié)語

通過對管線鋼邊部細(xì)線缺陷產(chǎn)品熱軋工藝的排查，并對其化學(xué)成分、微觀形貌就行了研究，發(fā)現(xiàn)了邊部細(xì)線缺陷產(chǎn)生的機(jī)理，并制定了整改措施。研究結(jié)果表明，管線鋼邊部簇狀細(xì)線缺陷的形成是由于立輥減寬量過大，中間坯邊部形成“ 狗骨頭”形狀，且邊部溫度較低，進(jìn)入低塑性區(qū)，造成邊部擠壓后形成一定的褶皺，經(jīng)過平輥碾壓后形成邊部多條狀的線性缺陷。通過立輥減寬量的工藝優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了邊部細(xì)線缺陷的良好控制，提高管線鋼實(shí)物質(zhì)量。