定寬機(jī)錘頭孔型對(duì)超低碳鋼帶邊部質(zhì)量的影響

劉志衛(wèi) 李 楊 信曉兵 董躍星 張欣覿 年保國

(1.唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北 唐山 063000； 2.河鋼集團(tuán)鋼研總院，河北 石家莊 050023)

超低碳鋼又稱作無間隙原子鋼，是通過添加鈦、鈮等合金元素在鋼中形成碳氮化合物，使基體成為無間隙原子狀態(tài)。由于超低碳鋼相變溫度較高，板坯角部金屬在軋制過程中受冷卻水沖擊等因素的影響，角部金屬溫降偏大而提前進(jìn)入(α+γ)兩相區(qū)，在軋制過程中帶鋼長(zhǎng)度方向的邊部產(chǎn)生翹皮缺陷[1- 5]。唐鋼新區(qū)2050熱軋生產(chǎn)線生產(chǎn)的超低碳鋼帶邊部產(chǎn)生了翹皮，本文對(duì)其進(jìn)行了研究分析并提出了控制措施。

1 帶鋼邊部翹皮分析

1.1 宏觀形貌

典型的帶鋼邊部翹皮形貌如圖1所示。圖1中，(a)為黑線狀，(b)為點(diǎn)線狀，(c)為片狀。該缺陷大多出現(xiàn)在距帶鋼邊緣0～40 mm范圍內(nèi)，點(diǎn)線狀和片狀翹皮較嚴(yán)重，且部分缺陷存在斷續(xù)金屬翻折的現(xiàn)象，翻折部位的金屬與帶鋼基體相連。采用在線表面監(jiān)控相機(jī)可觀察到點(diǎn)線狀與片狀缺陷有斷續(xù)明亮的光澤，可能是一種光線反射現(xiàn)象。

圖1 帶鋼邊部翹皮的宏觀形貌

1.2 微觀形貌

較典型的點(diǎn)線狀邊部翹皮的微觀形貌如圖2所示。圖2(a)表明，翹皮未翻折的金屬表層下有斜向基體的裂縫且端部與帶鋼基體相連。圖2(b)為翹皮根部與帶鋼基體相連部位的放大圖。圖2(c,d)為翹皮的能譜分析，發(fā)現(xiàn)翹皮內(nèi)團(tuán)塊狀物質(zhì)的主要成分為氧和鐵，且裂隙處有大量團(tuán)塊狀物質(zhì)，說明軋制過程中板坯表層有氧化鐵皮碾入。

圖2 帶鋼邊部翹皮的微觀形貌(a,b)和能譜分析(c,d)

1.3 缺陷形成區(qū)域分析

圖3為部分超低碳鋼板坯經(jīng)過定寬機(jī)及粗軋機(jī)立、平軋后的邊部形態(tài)。圖3(a,b)分別為軋制后板坯的操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)形態(tài)，圖3(c)為帶鋼邊部翹皮。圖3(a,b)中可見板坯兩側(cè)上表面上沿不圓滑，板坯角部長(zhǎng)度方向上有凸棱。

圖3 板坯角部凸棱

根據(jù)翹皮的宏觀和微觀形貌及能譜分析結(jié)果可初步斷定，板坯角部金屬受冷卻水沖擊及散熱等因素的影響溫降過大，提前發(fā)生奧氏體向鐵素體的轉(zhuǎn)變，鐵素體強(qiáng)度低于奧氏體，金屬流動(dòng)性好，板坯角部金屬受粗軋機(jī)平輥軋制力作用而產(chǎn)生凸棱。后續(xù)在精軋機(jī)軋制力的作用下，板坯角部凸棱將進(jìn)一步被壓扁，并最終產(chǎn)生沿帶鋼長(zhǎng)度方向分布的邊部翹皮， 因此需減小粗軋區(qū)板坯的角部溫降，避免板坯角部產(chǎn)生凸棱。

2 板坯預(yù)制缺陷

在板坯不同部位鉆孔、鋸縫等，目的是預(yù)制缺陷，并觀察經(jīng)過定寬機(jī)平面錘頭減寬及軋機(jī)軋制后的缺陷位置，模擬預(yù)制缺陷部位金屬的流動(dòng)狀態(tài)[6]。

板坯中預(yù)制缺陷的示意圖如圖4所示。圖中，OS為在板坯操作側(cè)鉆孔，DS為在板坯傳動(dòng)側(cè)鉆孔，J代表鋸縫，板坯為超低碳鋼。DS1、DS2點(diǎn)在板坯上表面距角部10 mm，DS3、DS4點(diǎn)在板坯窄面距角部10 mm，OS1、OS2位置與DS3、DS4位置相互對(duì)應(yīng)，鉆孔深度為30～40 mm，孔徑為15～20 mm。

圖4 板坯預(yù)制缺陷的圖解

熱軋后，開卷檢查并確認(rèn)帶鋼上的缺陷位置。檢查發(fā)現(xiàn)，DS1/2缺陷點(diǎn)移動(dòng)到距帶鋼上表面40～60 mm區(qū)域，OS1/2及DS3/4缺陷點(diǎn)移動(dòng)到距帶鋼上表面約0～20 mm區(qū)域，OS3/4缺陷點(diǎn)位于帶鋼厚度中心，J1/2缺陷點(diǎn)移動(dòng)到距帶鋼上表面約0～40 mm區(qū)域。圖5為部分缺陷的形貌。圖5(a)為DS3對(duì)應(yīng)的在線表面檢測(cè)缺陷，圖5(b)為DS3對(duì)應(yīng)的帶鋼缺陷，圖5(c)為OS3對(duì)應(yīng)的帶鋼缺陷。

圖5 在線表面檢測(cè)和帶鋼缺陷

預(yù)制缺陷板坯的軋制試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，帶鋼上表面距邊部40 mm范圍的翹皮與OS1/2、DS3/4及J1/2點(diǎn)形成的缺陷位置相對(duì)應(yīng)，因此改善板坯該部位金屬在熱軋過程中的流動(dòng)狀態(tài)是解決邊部翹皮問題的關(guān)鍵。

3 定寬機(jī)錘頭孔型對(duì)板坯角部金屬流動(dòng)的影響

定寬機(jī)是熱連軋產(chǎn)線粗軋區(qū)的重要減寬裝備，其錘頭在板坯前進(jìn)過程中進(jìn)行間隙式拍打，錘頭立面與板坯的窄面直接接觸。

3.1 定寬機(jī)平面錘頭的使用效果

對(duì)定寬后的回退板坯窄面進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)，板坯角部上沿出現(xiàn)了斷續(xù)的凸棱。圖6為磨損后的定寬機(jī)平面錘頭和定寬板坯的角部形貌。圖6(a)為未經(jīng)定寬的板坯角部，圖6(b)為定寬后板坯的角部，圖6(c)為角部凸棱,圖6(d)為平面錘頭上機(jī)2萬t左右(正常在機(jī)約15萬t)時(shí)的磨損形態(tài)，從放大的圖6(e)可以發(fā)現(xiàn)，在錘頭平面與鑄坯窄面接觸的邊緣部位發(fā)生了較嚴(yán)重的磨損。這是由于板坯窄面與錘頭平面直接接觸，尤其是溫度較低的板坯角部金屬會(huì)對(duì)錘頭局部接觸面造成較嚴(yán)重的磨損，因此當(dāng)定寬機(jī)減寬量達(dá)到一定程度時(shí)，角部邊緣金屬將直接溢出錘頭磨損的凹陷處而形成凸棱。

圖6 出定寬機(jī)后磨損的平面錘頭和板坯角部

3.2 定寬機(jī)錘頭孔型優(yōu)化

為改善因平面錘頭局部嚴(yán)重磨損造成的帶鋼定寬后的角部質(zhì)量[7- 10]，對(duì)定寬機(jī)平面錘頭重新進(jìn)行了孔型設(shè)計(jì)，如圖7所示。采用孔型錘頭定寬的板坯角部形態(tài)有了明顯的改善，從而改變了進(jìn)入粗軋機(jī)前的板坯角部形態(tài)，板坯角部較平緩的角度可以緩解局部應(yīng)力集中，避免軋制時(shí)板坯角部產(chǎn)生凸棱。

圖7 孔型錘頭(a)和出定寬機(jī)后的熱態(tài)(b)和冷態(tài)(c)板坯

3.3 粗軋板坯的橫向溫度分布

采用孔型錘頭的定寬機(jī)改變了板坯角部的形狀，板坯角部較平緩的角度在粗軋過程中受到冷卻水的沖刷面積減小，理論上會(huì)減小板坯角部的溫降。采用熱像儀測(cè)定了不同形式錘頭定寬的板坯(粗軋R2軋機(jī)末道次)的橫向溫度分布， 結(jié)果如圖8所示。發(fā)現(xiàn)采用孔型錘頭定寬機(jī)定寬的板坯邊部50 mm范圍的溫降減小了約50 ℃[11]，采用孔型錘頭的定寬機(jī)不僅改變了板坯角部形狀，而且能明顯提高板坯角部溫度，從而推遲了角部金屬的相變。

圖8 定寬機(jī)采用孔型錘頭(a)和平面錘頭(b)定寬的板坯橫向溫度分布

4 板坯邊部質(zhì)量的改善

采用孔型化設(shè)計(jì)的定寬機(jī)錘頭明顯減少了超低碳鋼帶邊部翹皮的產(chǎn)生，超低碳鋼帶邊部翹皮的降級(jí)率(因缺陷降級(jí)的質(zhì)量與總產(chǎn)量的比值)從0.4%降低到了0.1%左右，如圖9所示，且翹皮主要發(fā)生在帶鋼頭尾10 m以內(nèi)，切除后不影響使用。

圖9 超低碳鋼帶邊部翹皮降級(jí)率的變化

5 結(jié)論

(1)經(jīng)過定寬和粗軋的超低碳鋼板坯角部產(chǎn)生凸棱，精軋后產(chǎn)生沿帶鋼長(zhǎng)度方向分布的邊部翹皮。

(2)預(yù)制缺陷后軋制的板坯窄面角部及其附近的金屬熱軋時(shí)流動(dòng)到帶鋼邊部約0～40 mm的區(qū)域。

(3)采用孔型錘頭定寬機(jī)定寬的板坯角部金屬過渡較平緩，可以避免因定寬機(jī)減寬量較大錘頭局部嚴(yán)重磨損而產(chǎn)生凸棱，使粗軋板坯邊部溫度提高了約50 ℃。

(4)定寬機(jī)孔型錘頭的應(yīng)用使超低碳鋼帶邊部翹皮降級(jí)率從近0.4%降低到了0.1%左右，顯著改善了超低碳鋼帶的邊部質(zhì)量。