冷軋板孔洞、翹皮原因分析

陳培敦 馬正偉 陳茂敬 劉 剛

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)新材料研究所，山東 271100)

本文針對某冷軋廠牌號為SPCC，規(guī)格為3.25 mm×810 mm 的熱軋板在冷軋3 道次，厚度軋到1.0 mm 時，沿軋制方向在冷軋板表面的中部出現(xiàn)孔洞、翹皮等缺陷開展了技術(shù)分析工作。

1 試驗(yàn)方法

1.1 宏觀分析

觀察、分析冷軋板孔洞的宏觀形貌特征等。

1.2 化學(xué)成分分析

截取試樣在SPECRTOLAB M9 型直讀光譜儀上進(jìn)行化學(xué)成分檢測。

1.3 力學(xué)性能分析

截取試樣在微機(jī)控制電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)。

1.4 金相分析

從提供的冷軋板上截取金相試樣，鑲嵌后進(jìn)行金相檢測。試樣的制備、試樣研磨、試樣的浸蝕、顯微組織檢驗(yàn)、顯微照相均參照GB/T13298—1991《金屬顯微組織檢驗(yàn)方法》進(jìn)行。

1.5 電鏡能譜分析

利用XL-30 掃描電鏡觀測孔洞斷口及其他缺陷的表面及剖面的微觀情況，通過能譜儀分析該區(qū)域的微區(qū)成分，達(dá)到定性分析。金相電鏡試樣的截取見圖1。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 宏觀分析

圖1 所示的冷軋板在上、下兩邊都存在大小不等，沿同一方向呈串狀分布的無規(guī)律性、不規(guī)則的孔洞缺陷，孔洞尺寸為:55.3 mm×50.46 mm、16.3 mm×12.3 mm、11.1 mm×23.5 mm、18.44 mm×7.56 mm?？锥此闹転樗苄岳褷钋覠o明顯的機(jī)械擦傷痕跡，斷口為拉伸刃狀斷口，上下面差別不大。在孔洞連接處有翹皮現(xiàn)象，局部脫落處成坑洞，坑底的顏色呈紅褐色。在孔洞兩側(cè)分布著數(shù)量較多、長度約300 mm 輕微翹皮缺陷，翹皮有的脫落。在翹皮延長線上有拖尾狀缺陷，有明顯的拉擦痕跡，上下兩面都有凹坑。

2.2 化學(xué)成分

表1 所示，化學(xué)成分S 含量符合國標(biāo)，但稍微偏高，其余元素含量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Chemical compositions(mass fraction，%)

2.3 力學(xué)性能分析

表2 所示為力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果，冷軋?jiān)习宓恼w性能較好，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 冷軋?jiān)习辶W(xué)性能Table 2 Mechanical property of cold rolled plate

圖1 冷軋板孔洞試樣形貌Figure 1 Specimen appearance with cold rolled plate hole

2.4 金相分析

圖2 所示冷軋板孔洞試樣組織為鐵素體+珠光體+滲碳體，滲碳體A0級，靠近表面的晶粒異常粗大。非金屬夾雜物主要集中在一面:硫化物粗3 級、硅酸鹽細(xì)3 級、球狀氧化物粗1 級、單顆粒夾雜1 級。硫化物與硅酸鹽夾雜物并列平行出現(xiàn)，距板表面0.05 mm，硅酸鹽夾雜距板表面0.12 mm。與孔洞斷口相連接處有分層及翹皮缺陷，分層距試樣表面0.22 mm，翹皮缺陷距表面部位0.1 mm，分層、翹皮的延長線內(nèi)及兩側(cè)都有夾雜物存在(分層部位夾雜物形貌見圖3b)。

圖2 孔洞試樣金相組織Figure 2 Metallurgical structure of specimen with hole

2.5 能譜、掃描電鏡微區(qū)成分分析

圖3、表3 所示為與冷軋板孔洞斷口相連接的分層缺陷形貌及分層處能譜微區(qū)成分表，從能譜微區(qū)成分分析結(jié)果看主要是S、Fe、Mn、O 元素。

與冷軋板孔洞相連接的部位有翹皮缺陷，翹皮脫落后底部形貌見圖4。表4 為脫落處能譜微區(qū)成分表，從分析結(jié)果看微區(qū)成分主要是O、Fe元素，另外有少量的Si、Cl、Ca 元素。

圖5、表5 所示為冷軋板孔洞斷口形貌及能譜微區(qū)成分表，從能譜微區(qū)成分分析結(jié)果看主要是O、Fe 元素。

表3 斷口分層處微區(qū)成分表(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 3 Micro-area compositions of fracture layer section(mass fraction，%)

表4 孔洞處翹皮缺陷微區(qū)成分表(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 4 Micro-area compositions of hole peeling defects(mass fraction，%)

表5 斷口處缺陷微區(qū)成分表(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 1 Micro-area compositions of fracture section defects(mass fraction，%)

圖3 孔洞斷口處分層及夾雜物形貌Figure 3 Layer and inclusion appearances of hole fracture section

圖4 孔洞處翹皮缺陷形貌Figure 4 Peeling defects appearance of hole section

圖5 孔洞斷口及缺陷形貌Figure 5 Hole fracture and defects appearance

3 分析討論

3.1 冷軋板孔洞、翹皮缺陷的確定

形狀不規(guī)則、大小不等、嚴(yán)重的孔洞缺陷，沿冷軋板軋制方向呈串狀分布在表面的中部。在孔洞斷口連接處有嚴(yán)重的分層及翹皮現(xiàn)象，翹皮局部脫落處成坑洞。孔洞四周無明顯的機(jī)械擦傷痕跡，呈塑性拉裂狀。斷口附近形貌為夾雜物與正常撕裂韌窩的混合，斷口為拉伸刃狀斷口?？锥床课环墙饘賷A雜物特別嚴(yán)重且并列平行出現(xiàn)，分布在冷軋板厚度的1/4 處。分層距試樣表面0.22 mm，分層、翹皮的延長線內(nèi)及兩側(cè)都有夾雜物存在。冷軋板孔洞試樣組織為正常組織，靠近表面分層處的晶粒異常粗大。通過電鏡能譜的進(jìn)一步分析確認(rèn)，斷口處微區(qū)成分分析結(jié)果主要是O、Fe元素，說明該處氧化嚴(yán)重。分層處微區(qū)成分主要是S、Fe、Mn、O 元素，可見硫化物促使鋼板分層。翹皮脫落處底部微區(qū)成分主要以O(shè)、Fe 元素為主，說明該處存在嚴(yán)重氧化且有少量硅酸鹽夾雜物存在。通過以上分析可以排除冷軋輥表面缺陷對材料的影響因素，可以肯定材料的材質(zhì)存在問題，即嚴(yán)重的硫化物及少量的夾渣破壞了材料的整體性能使其分層，在軋制中會存在較大的應(yīng)力集中，斷裂強(qiáng)度較正常部位要低，導(dǎo)致缺陷產(chǎn)生。

3.2 冷軋板孔洞、翹皮缺陷形成

從試樣內(nèi)夾雜物的數(shù)量、種類、構(gòu)成、分布特征及孔洞翹皮缺陷的特征看，加上夾雜物在軋制過程中的繼承遺傳性，可以肯定，冷軋板孔洞、翹皮缺陷的出現(xiàn)，是由于連鑄坯內(nèi)部約1/4 厚度處，有嚴(yán)重的皮下長鏈狀硫化物，及少量的中包渣、保護(hù)渣被卷入鋼液難以上浮而順著鋼液流動最終進(jìn)入結(jié)晶器，在連鑄坯中形成聚集狀夾雜。在熱軋過程中由于夾雜物與基體變形不一樣，輕微的幾乎得到軋合，嚴(yán)重的缺陷部位形成分層，遇氧氧化。隨著冷軋板材厚度逐漸減小，塑性差在冷軋過程中不能參與變形，容易破壞基板變形的連續(xù)性，在表面缺陷部位產(chǎn)生大的應(yīng)力集中。冷軋產(chǎn)品的規(guī)格越薄該夾雜的危害性越大，基板產(chǎn)生孔洞的幾率就越大，在軋制力的作用下嚴(yán)重的形成孔洞。

4 結(jié)論

冷軋板孔洞、翹皮缺陷主要成因是連鑄坯內(nèi)部有嚴(yán)重的皮下長鏈狀硫化物，在熱軋過程中形成分層，遇氧氧化。在冷軋過程中分層逐步延長，隨著冷軋板材厚度逐漸減小，輕微的以翹皮存在，嚴(yán)重的在表面缺陷部位產(chǎn)生大的應(yīng)力集中形成孔洞。

［1］盧光熙，等主編.金屬學(xué)教程［M］.上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1985.306.

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