Q235B熱軋帶鋼起皮缺陷原因分析及控制措施

杜艷波

（唐山瑞豐鋼鐵（集團(tuán)）有限公司，河北 063303）

0 引言

Q235B熱軋帶鋼具有一定的強(qiáng)度、塑韌性，以及良好的冷加工成型和可焊性等綜合性能，被廣泛應(yīng)用于制作護(hù)欄板、方管、螺旋管、直縫管及冷軋用鋼等。起皮缺陷是造成帶鋼表面質(zhì)量問題的重要缺陷之一，不僅影響成材率且會降低客戶使用體驗(yàn)。帶鋼起皮缺陷成因種類繁多：包括鑄坯邊部或表面裂紋較大，軋制過程中不能軋合裂紋造成的起皮缺陷；鑄坯皮下氣泡或表面針孔在軋制過程中暴露在帶鋼表面引起的帶鋼起皮；鋼坯卷入保護(hù)渣、板坯表面氧化鐵皮軋入導(dǎo)致的起皮等。其中鑄坯卷渣引起的起皮缺陷位置不固定，無規(guī)律性，一般沿軋制方向呈長條狀，根據(jù)卷入保護(hù)渣的輕重程度，起皮缺陷薄厚不均，嚴(yán)重時帶鋼會出現(xiàn)折疊及孔洞缺陷，起皮缺陷內(nèi)部存在宏觀可見的白色或黑色夾雜物。

某廠生產(chǎn)鋁鎮(zhèn)靜鋼Q235B 熱軋帶鋼表面出現(xiàn)大面積起皮現(xiàn)象，這種大面積起皮缺陷不僅影響帶鋼外觀，且影響產(chǎn)品質(zhì)量，造成帶鋼降級、生產(chǎn)成本增加。為解決此類問題，對起皮缺陷的帶鋼取樣，通過金相顯微鏡、掃描電鏡、能譜儀等方法對帶鋼起皮缺陷部位進(jìn)行檢測。本文根據(jù)上述檢測結(jié)果對該廠Q235B 熱軋帶鋼表面起皮缺陷產(chǎn)生原因進(jìn)行了研究分析，并提出相應(yīng)的控制措施。

1 Q235B熱軋帶鋼起皮缺陷特征分析

1.1 Q235B熱軋帶鋼起皮缺陷宏觀形貌

Q235B 熱軋帶鋼典型起皮缺陷宏觀形貌如圖1所示。起皮缺陷無規(guī)律分布在上板面，呈現(xiàn)舌狀，與軋制方向平行，部分起皮僅根部與基體相連。

圖1 起皮缺陷宏觀形貌

1.2 Q235B熱軋帶鋼起皮缺陷微觀檢驗(yàn)分析

在帶鋼尾部取樣，使用剪板機(jī)垂直缺陷長度方向取樣，使用切割機(jī)切割后再利用鑲嵌機(jī)進(jìn)行鑲嵌，研磨拋光后，使用4%硝酸酒精腐蝕截面，在Axio Observer 3 materials 顯微鏡下對缺陷金相組織進(jìn)行觀察。經(jīng)觀察，起皮組織無異常，與基體組織無明顯差異，起皮在橫截面上具有一定深度，深度為808.86μm，在起皮與基體之間存在夾雜物及球形不明成分夾雜物，如圖2所示。

圖2 起皮處的形貌

在SEM 下對缺陷進(jìn)行觀察，并使用EVO15 進(jìn)行定性成分分析（如圖3 所示），條狀夾雜物主要含有C、O、Mg、Al、S、Ca、Mn、K、Na 和Fe 元素，而典型保護(hù)渣成分含有Mg、Al、Ca、Na，由此可知該類夾雜物成分與典型保護(hù)渣成分一致，因此可以確定，此缺陷是由連鑄過程卷入保護(hù)渣造成［1］。

圖3 條狀夾雜物能譜分析結(jié)果

對球形不明成分夾雜物進(jìn)行成分分析，發(fā)現(xiàn)其中含有C、O、Al 和Fe 元素（如圖4 所示），由此可以確定球形不明成分夾雜物為連鑄生產(chǎn)過程中浸入式水口結(jié)瘤形成的簇狀A(yù)l2O3，水口結(jié)瘤主要是由于鋼水脫氧合金化產(chǎn)生高熔點(diǎn)Al2O3夾雜過多或澆鑄過程中鋼水的二次氧化Al2O3增加造成的［2］。

圖4 球狀夾雜物能譜分析結(jié)果

通過上述檢驗(yàn)結(jié)果，可以確定此缺陷是由連鑄過程中保護(hù)渣卷入和Al2O3形成的復(fù)合夾雜造成的，而在后續(xù)熱軋過程中無法消除。

2 Q235B熱軋帶鋼起皮形成原因分析

2.1 卷渣原因分析

保護(hù)渣屬于硅酸鹽、硅鋁酸鹽類夾雜物，這類夾雜物塑性較差，在軋制過程中被軋碎，大量夾雜的存在破壞了基體連續(xù)性，形成起皮缺陷。因此必須要控制連鑄過程保護(hù)渣的卷入。經(jīng)現(xiàn)場觀察和分析鑄坯卷渣原因主要有以下幾方面）

（1）保護(hù)渣的理化性能不能滿足連鑄生產(chǎn)工藝，保護(hù)渣黏度和熔點(diǎn)不符合生產(chǎn)要求，會導(dǎo)致保護(hù)渣結(jié)塊而引起保護(hù)渣卷入鋼水。

（2）連鑄工藝設(shè)計(jì)與生產(chǎn)不符或連鑄工藝參數(shù)變化大，會引起保護(hù)渣卷入鋼水，比如拉速控制時大時小或拉速波動大，容易造成結(jié)晶器內(nèi)液面不穩(wěn)定，引起保護(hù)渣卷入鋼水。

（3）浸入式水口插入位置不當(dāng)引起保護(hù)渣卷入鋼水。 浸入式水口插入過深，水口位置不正或形狀不合理，均會導(dǎo)致結(jié)晶器內(nèi)流場不合理，容易造成卷渣問題。

（4）吹氬操作不當(dāng)引起保護(hù)渣卷入鋼水。連鑄過程中間包水口一般都要進(jìn)行吹操作，氬氣是惰性氣體，不與鋼中成分反應(yīng)，可以防止空氣進(jìn)入造成二次氧化。在實(shí)際生產(chǎn)過程中氬氣的流量是很難控制準(zhǔn)確的，當(dāng)氬氣吹入流量過大時，會在結(jié)晶器窄面周圍出現(xiàn)保護(hù)渣卷入情況，這主要是由于結(jié)晶器中氣-液上升流是沿結(jié)晶器窄面進(jìn)行的，在上升過程中會撞擊彎月面而改變方向，往水口方位流，因?yàn)榻缑鎻埩Φ淖饔?，會使保護(hù)渣隨同鋼液一起流動，當(dāng)保護(hù)渣的黏度不符合要求時，保護(hù)渣會隨著鋼液回流到鋼液里面［3］，導(dǎo)致保護(hù)渣卷入坯殼。

2.2 水口結(jié)瘤原因分析

崔學(xué)正等［4］認(rèn)為，界面張力產(chǎn)生的吸引力會引起Al2O3顆粒之間發(fā)生接觸，由于界面張力的存在，使顆粒之間維持接觸狀態(tài)，并發(fā)生燒結(jié)反應(yīng)，最后產(chǎn)生水口結(jié)瘤。

在煉鋼生產(chǎn)過程中，造成水口結(jié)瘤的原因主要是鋼水長時間接觸水口內(nèi)壁，與水口中的耐火材料反應(yīng)使水口表面粗糙，粗糙表面為后續(xù)吸附夾雜提供基礎(chǔ)條件。在澆注過程中鋼水會生成以固態(tài)小顆粒Al2O3為主的二次氧化產(chǎn)物，這些小顆粒Al2O3（直徑＜20μm）在流體動力學(xué)和固液界面的物理和化學(xué)條件作用下，在通過中間包進(jìn)入浸入式水口和塞棒時，會吸附和富集在水口內(nèi)腔和塞棒頭，最終形成“結(jié)瘤”［5］。

3 改進(jìn)措施

3.1 減少卷渣的措施

3.1.1 減少結(jié)晶器液面波動

（1）穩(wěn)定拉速，避免拉速瞬間變化大導(dǎo)致鋼流碰撞結(jié)晶器窄面造成卷渣。

（2）控制水口氬氣吹入流量，使塞棒氬氣供氣壓力控制在5～10MPa之間，以較少夾渣發(fā)生幾率［6］。

（3）在保護(hù)渣潤滑性符合生產(chǎn)要求的情況下，調(diào)整保護(hù)渣的化學(xué)成分，使保護(hù)渣黏度和熔化速度適當(dāng)提高，同時降低保護(hù)渣表面張力，鋼渣界面張力提高，可以使保護(hù)渣沿結(jié)晶器四壁均勻、穩(wěn)定地流入，并使吸附上浮夾雜物的能力提高［7］。

（4）采用結(jié)晶器液面控制系統(tǒng)，提高結(jié)晶器液面穩(wěn)定性，可使液面波動控制在±5mm，防止卷渣。

3.1.2 中間包水口對中

保證水口對中精度，避免使結(jié)晶器中鋼水產(chǎn)生偏流，引起液面翻卷，使連鑄坯表面產(chǎn)生夾渣缺陷。

3.1.3 合理的水口插入深度

保證合適的水口插入深度，避免結(jié)晶器液面產(chǎn)生較大波動，使連鑄坯產(chǎn)生嚴(yán)重表面夾渣缺陷。

3.2 減少水口結(jié)瘤的措施

3.2.1 改善鋼水的純凈度

鋼水潔凈度太低，說明鋼水中固體夾雜物總量高，導(dǎo)致鋼水黏度增加，在造成鋼水流動性變差的同時，而且也會使固態(tài)高熔點(diǎn)夾雜物的絕對濃度增大，為浸入式水口結(jié)瘤提供有利條件[8]。因此，降低流經(jīng)浸入式水口中鋼水的夾雜物總含量，可有效減少水口結(jié)瘤物。主要方法有：

（1）控制脫氧鋁加入量；

（3）鈣處理鋼水，使固態(tài)高熔點(diǎn)的Al2O3轉(zhuǎn)化為低熔點(diǎn)的鈣鋁酸鹽（主要是12CaO·7Al2O3)；

（3）向水口或塞棒吹氬攪拌，促使脫氧產(chǎn)物上?。?］。

3.2.2 改善水口材質(zhì)

當(dāng)水口粗糙度≤0.3mm［10］，粘性層下面保護(hù)層起作用，因此，為減少浸入式水口結(jié)瘤，水口的工作面越光滑越有利?？梢愿鶕?jù)澆注鋼種選擇浸入式水口材質(zhì)，Q235B 這種普碳鋼，一般選擇石墨高鋁質(zhì)浸入式水口。

4 結(jié)語

本文依據(jù)起皮缺陷部位檢測結(jié)果，對Q235B 熱軋帶鋼典型起皮缺陷成因進(jìn)行了研究，明確了起皮缺陷產(chǎn)生的原因，并對煉鋼和連鑄關(guān)鍵工藝提出了優(yōu)化改進(jìn)建議。

（1）金相組織、掃描電鏡及能譜分析結(jié)果表明，Q235BL 熱軋帶鋼起皮缺陷主要由連鑄過程卷渣及水口結(jié)瘤引起的。

（2）保持連鑄機(jī)結(jié)晶器液面穩(wěn)定、提高水口對中度及采取合適的插入深度、保證保護(hù)渣的合理使用等措施，可有效減少卷渣引起的連鑄坯表面缺陷。

（3）提高鋼水潔凈度、改善水口材質(zhì)可有效防止Al2O3在水口內(nèi)表面堵塞沉積、脫落在鑄坯中形成大顆粒夾雜物。

（4）生產(chǎn)實(shí)踐表明，通過對煉鋼和連鑄生產(chǎn)關(guān)鍵工藝的優(yōu)化改進(jìn)，鑄坯表面質(zhì)量得到有效改善，熱軋帶鋼起皮缺陷發(fā)生率由12%降到5%。