X70 熱軋板表面結(jié)疤缺陷產(chǎn)生原因分析

陳叢虎 厚健龍 王翠娜

（安陽鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司）

0 前言

熱軋板帶產(chǎn)品根據(jù)其用途，鋼板表面質(zhì)量不得有結(jié)疤、裂紋、折疊等缺陷，此類缺陷不僅影響制作件的外觀，而且往往還會(huì)降低鋼板的性能，成為破裂時(shí)應(yīng)力集中的薄弱點(diǎn)，并且還會(huì)加速鋼板銹蝕，加大鋼板銹蝕的程度[1]。

X70 熱軋板，是一種管線用鋼板，主要用于加工制造油氣管線。某廠熱連軋生產(chǎn)線在軋制X70管線鋼的過程中，曾批量出現(xiàn)結(jié)疤質(zhì)量缺陷，為及時(shí)解決此類質(zhì)量缺陷，通過對(duì)生產(chǎn)工藝的調(diào)查，利用金相、微觀等技術(shù)手段分析，找到了產(chǎn)生此類缺陷的原因，并提出了相關(guān)預(yù)防措施[2]。

1 缺陷宏觀特征

某廠熱連軋軋制14.6 mm×1 550 mm 管線鋼X70 時(shí)，軋后發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生了兩次結(jié)疤缺陷，如圖1 所示。

從圖1 可以看出，第一次軋后，結(jié)疤呈指甲狀，結(jié)疤周圍曲線沒有完全封閉，在寬度范圍沒有規(guī)律性，沿長(zhǎng)度方向一般在10 m 之后就沒有該缺陷了；第二次軋后，結(jié)疤形貌與第一次軋后的結(jié)疤不一樣，結(jié)疤缺陷呈細(xì)線，且部分結(jié)疤完全封閉，沿長(zhǎng)度方向一直延續(xù)。

圖1 管線鋼X70 軋后表面結(jié)疤

2 缺陷形成機(jī)理分析

2.1 結(jié)疤缺陷工藝調(diào)查

2.1.1 化學(xué)成分

對(duì)兩次結(jié)疤缺陷涉及的爐次化學(xué)成分進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果見表1。成分滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，Cu、As、S、P、N 等有害元素不高，均在控制要求范圍內(nèi)。

表1 結(jié)疤缺陷產(chǎn)生爐次成分情況 %

2.1.2 連鑄生產(chǎn)數(shù)據(jù)

對(duì)兩次結(jié)疤缺陷涉及爐次的連鑄生產(chǎn)過程進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果見表2。經(jīng)查，結(jié)疤缺陷爐次澆鑄時(shí)液面穩(wěn)定，中包溫度、拉速等工藝均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 連鑄生產(chǎn)情況

2.1.3 回爐坯比對(duì)

在出現(xiàn)結(jié)疤后，對(duì)該澆次剩余板坯進(jìn)行高壓水除鱗處理后剔除，其中部分板坯經(jīng)粗軋后剔除，在回爐坯存放地冷卻至室溫，觀察其表面情況。

對(duì)第一次有結(jié)疤缺陷澆次的回爐坯，仔細(xì)檢查其表面質(zhì)量，表面沒有任何缺陷，隨后將該批回爐坯入爐軋制，也沒有發(fā)現(xiàn)問題；對(duì)第二次結(jié)疤缺陷澆次的回爐坯進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)連鑄機(jī)1 流有3 塊鑄坯表面有不同程度的橫裂和星狀裂紋，宏觀形貌如圖2 所示。

圖2 粗軋后回爐坯表面

2.2 熱酸洗

對(duì)第一次軋后結(jié)疤與第二次軋后結(jié)疤取樣進(jìn)行熱酸洗，熱酸洗后的宏觀形貌如圖3 所示。

圖3 表面結(jié)疤酸洗后的宏觀形貌

從圖3 可以看出，兩次結(jié)疤形貌完全不一樣，第一次軋后的宏觀形貌類似于指甲狀，酸洗完之后可見該缺陷裂紋處對(duì)應(yīng)的部分有閉合，第二次軋后結(jié)疤部分明顯閉合，且結(jié)疤兩端都有類似于縱裂的裂紋，但不是縱裂。

2.3 金相分析

對(duì)有結(jié)疤缺陷的鋼卷取金相試樣，經(jīng)4%硝酸酒精溶液侵蝕，侵蝕后的金相形貌如圖4 所示。

圖4 表面結(jié)疤金相形貌200×

第一次軋后缺陷的基體組織為準(zhǔn)多邊形鐵素體，鐵素體晶粒度大于9 級(jí)，帶狀組織1.5 級(jí)。結(jié)疤缺陷與表面約呈45°角，裂紋內(nèi)充滿淺灰色夾雜，尖端有分叉，裂紋兩側(cè)組織不同，靠近表面組織為鐵素體和變形珠光體，靠近表面組織的晶粒度明顯大于裂紋另一側(cè)基體組織的。

第二次軋后缺陷的基體組織為準(zhǔn)多邊形鐵素體，鐵素體晶粒度大于10 級(jí)，帶狀組織2.5 級(jí)。結(jié)疤缺陷與表面約呈45 度角，裂紋內(nèi)充滿淺灰色夾雜，且裂紋周圍有輕微脫碳。

2.4 缺陷形成機(jī)理分析

2.4.1 第一次軋后結(jié)疤缺陷的成因

結(jié)疤缺陷的金相分析表明，此次結(jié)疤缺陷的主要特征是裂紋附近組織的晶粒度顯著不同，且靠近表面組織的鐵素體更為粗大。據(jù)此特點(diǎn)分析，精軋入口溫度約為900 ℃以上，如遇局部激冷，則溫度降至珠光體轉(zhuǎn)變溫度以下，且提前進(jìn)入兩相區(qū)析出鐵素體。隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，在其余部位剛剛析出鐵素體時(shí)，激冷區(qū)析出的鐵素體已逐漸變大，經(jīng)過層流的快速冷卻后，激冷區(qū)的鐵素體保持已變大的晶粒，而其余部位卻保持鐵素體剛析出時(shí)的細(xì)小晶粒，從而形成晶粒度的顯著差異[3]。中間坯激冷部位形成粗大鐵素體晶粒，表面組織處于塑性較差的溫度區(qū)間，微裂紋沿溫差斷面產(chǎn)生。經(jīng)精軋多道次軋制的壓延，裂紋沿軋制方向形成，可見彎月形或三角形裂紋，即結(jié)疤缺陷。

由上述推論可知，該結(jié)疤缺陷與連鑄過程無關(guān)，中間坯的局部激冷是其產(chǎn)生的關(guān)鍵因素。為此，對(duì)生產(chǎn)線水冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了排查，經(jīng)查，第一次出現(xiàn)軋后結(jié)疤的主要是由于在軋制時(shí)粗軋機(jī)漏水造成的。

2.4.2 第二次軋后結(jié)疤缺陷成因

在本澆次開澆前，檢查設(shè)備，沒有異常情況；在澆鑄過程中，各工藝參數(shù)及操作比較穩(wěn)定，未發(fā)現(xiàn)異常情況；但在澆鑄結(jié)束檢查設(shè)備時(shí)，發(fā)現(xiàn)1流結(jié)晶器內(nèi)外弧足輥冷卻水硬管斷裂，無法正常噴水冷卻。機(jī)理分析， 初生坯殼在結(jié)晶器內(nèi)不停地向下運(yùn)動(dòng)，因坯殼較軟，在鋼水的靜壓力作用下,在結(jié)晶器中下部銅板間產(chǎn)生較大摩擦力，加之結(jié)晶器內(nèi)外弧足輥內(nèi)沒有噴水，坯殼在經(jīng)過結(jié)晶器內(nèi)弧足輥時(shí)，受到熱應(yīng)力和摩擦力的雙重作用，導(dǎo)致晶間破裂產(chǎn)生表面網(wǎng)狀裂紋，后經(jīng)軋制形成裂紋狀結(jié)疤缺陷。

鑄坯裂紋遺傳所致的鋼板裂紋，會(huì)呈現(xiàn)明顯的脫碳組織，裂紋周圍會(huì)出現(xiàn)因鑄坯冷卻、鑄坯加熱造成的大量二次氧化物點(diǎn)顆粒[3]。因此，結(jié)合缺陷金相特征可以推斷，該缺陷的產(chǎn)生與軋鋼沒有關(guān)系。

3 預(yù)防措施及改進(jìn)效果

3.1 預(yù)防措施

3.1.1 針對(duì)第一種缺陷采取的措施

為防止中間坯局部過冷，引起溫度應(yīng)力過大，微裂紋就沿溫差斷面產(chǎn)生，生產(chǎn)中應(yīng)防止中間坯激冷，并加強(qiáng)軋制線上有無漏水點(diǎn)的檢查，發(fā)現(xiàn)有漏水點(diǎn)造成中間坯黑斑水印時(shí)，應(yīng)及時(shí)檢查，找出漏水點(diǎn)，進(jìn)行處理，保證無漏水落在中間坯上[1]。

3.1.2 針對(duì)第二種缺陷采取的措施

（1）為了保證連鑄工藝設(shè)備滿足質(zhì)量要求，對(duì)主要的工藝設(shè)備按照使用周期提前進(jìn)行檢修和更換，結(jié)晶器在使用了300～400 爐時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)銅板質(zhì)量、足輥磨損和轉(zhuǎn)動(dòng)、噴淋情況進(jìn)行檢查，500 爐時(shí)必須更換，并離線檢修；彎曲段在4 000～4 500 爐時(shí)必須要更換。

（2）嚴(yán)把工藝設(shè)備上線質(zhì)量，結(jié)晶器、彎曲段、弧形段等工藝設(shè)備在上線前，由工藝、設(shè)備、生產(chǎn)骨干人員組成小組，對(duì)上線設(shè)備的質(zhì)量、精度、噴淋等進(jìn)行驗(yàn)收，確認(rèn)無質(zhì)量問題，方可上線。

（3）在操作方面，要求操作工在每個(gè)澆次開澆前都要對(duì)主要的工藝設(shè)備進(jìn)行檢查確認(rèn)，比如檢查結(jié)晶器銅板的表面、足輥的轉(zhuǎn)動(dòng)、噴淋狀態(tài)、0 段噴淋輥?zhàn)忧闆r等，確保開澆前設(shè)備處于良好狀態(tài)；停澆后，對(duì)重點(diǎn)的工藝設(shè)備狀態(tài)，如結(jié)晶器、弧形段、噴淋、輥?zhàn)拥冗M(jìn)行檢查確認(rèn)。

3.2 改進(jìn)效果

通過采取以上措施進(jìn)行針對(duì)性整改，X70的生產(chǎn)過程穩(wěn)定，至今沒有發(fā)現(xiàn)煉鋼、軋鋼工序因冷卻系統(tǒng)造成裂紋而引起的熱軋板表面結(jié)疤缺陷。

4 結(jié)論

通過對(duì)兩次熱連軋鋼板表面結(jié)疤缺陷的工藝排查、低倍酸洗和金相分析，針對(duì)不同狀態(tài)的結(jié)疤缺陷進(jìn)行了工序排除，即鎖定原因。一是粗軋漏水使中間坯激冷部位形成粗大鐵素體晶粒，表面組織處于塑性較差的溫度區(qū)間，微裂紋沿溫差斷面產(chǎn)生，經(jīng)精軋多道次軋制的壓延，裂紋沿軋制方向形成彎月形裂紋，即結(jié)疤缺陷。針對(duì)此類缺陷機(jī)理，加強(qiáng)軋制線上有無漏水點(diǎn)的檢查，發(fā)現(xiàn)有中間坯黑斑水印，及時(shí)檢查漏水點(diǎn)并妥善處理，確保無漏水落在中間坯上。二是連鑄結(jié)晶器內(nèi)外弧足輥內(nèi)沒有噴水，使得較軟的初生坯殼在經(jīng)過結(jié)晶器內(nèi)弧足輥時(shí)，坯殼受到的摩擦力突然增大，在熱應(yīng)力和摩擦力的雙重作用下，晶間破裂，產(chǎn)生表面網(wǎng)狀裂紋，后經(jīng)軋制形成裂紋狀結(jié)疤缺陷。針對(duì)此類缺陷成因，對(duì)連鑄工序的主要工藝設(shè)備，重點(diǎn)對(duì)銅板質(zhì)量、足輥磨損和轉(zhuǎn)動(dòng)情況進(jìn)行檢查，按照連鑄工序設(shè)備管理制度規(guī)定的使用周期提前進(jìn)行檢修和更換；嚴(yán)把工藝設(shè)備上線質(zhì)量，對(duì)上線設(shè)備的質(zhì)量、精度、噴淋等進(jìn)行驗(yàn)收，確認(rèn)無質(zhì)量問題；澆次開澆前及停澆后，對(duì)主要工藝設(shè)備進(jìn)行檢查確認(rèn)，比如檢查結(jié)晶器銅板的表面、足輥的轉(zhuǎn)動(dòng)、噴淋狀態(tài)、0 段噴淋輥?zhàn)拥?，確保其處于良好狀態(tài)。