鋼板表面翹皮缺陷產(chǎn)生原因

劉 瑩, 張 楠

(天津鋼鐵集團(tuán)有限公司, 天津 300000)

解決鋼板表面缺陷問題一直是鋼鐵企業(yè)技術(shù)研究的重點(diǎn)工作之一[1-2]。鋼板表面出現(xiàn)質(zhì)量問題會(huì)使產(chǎn)品降級(jí)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)直接將產(chǎn)品判廢，給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)產(chǎn)品表面缺陷的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，可以減少經(jīng)濟(jì)損失，提升產(chǎn)品效益。

對(duì)265片表面存在翹皮缺陷的Q235B鋼板按照厚度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中厚度為12 mm的有165片，厚度為14 mm的有7片，厚度為22 mm的有2片，厚度為35 mm的有1片。筆者采用宏觀觀察、化學(xué)成分分析、金相檢驗(yàn)、能譜分析等方法，并結(jié)合鋼板的生產(chǎn)工藝，對(duì)Q235B鋼板表面出現(xiàn)翹皮缺陷的原因進(jìn)行了分析，并提出了工藝改進(jìn)的方向，以避免該問題再次發(fā)生。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀觀察

鋼板表面翹皮缺陷的宏觀形貌如圖1所示。由圖1可知：可見翹皮缺陷沿鋼板寬度方向分布，沿軋制方向的寬度約為400～600 mm，且沿軋制方向分布無明顯規(guī)律；翹皮的一端與基體相連，另一端為自由端，呈波浪弧線狀，如鱗片般翹起；缺陷嚴(yán)重處的翹皮已經(jīng)呈條形彎曲不規(guī)則狀，且即將剝離或已剝離鋼板表面僅留下凹坑。

圖1 鋼板表面翹皮缺陷的宏觀形貌

1.2 化學(xué)成分分析

從表面存在翹皮缺陷的Q235B鋼板取樣，利用直讀光譜儀對(duì)試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果如表1所示，可見試樣的化學(xué)成分符合GB/T 700—2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》的要求。

表1 表面存在翹皮缺陷Q235B鋼板的化學(xué)成分分析結(jié)果 %

1.3 金相檢驗(yàn)及能譜分析

選取表面存在翹皮缺陷且翹皮尚未脫落的Q235B鋼板，沿垂直于翹皮缺陷延展方向取樣，將試樣切割、磨拋后對(duì)其進(jìn)行金相檢驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知：缺陷處翹起部位與基體間未完全分離，根部仍有連接，且此位置存在高溫Fe2O3，周圍有極少量的氧化圓點(diǎn)[3-4]；翹起部位與基體間夾有兩層Fe2O3，分別附著于分開的翹皮及基體表面位置，且每層Fe2O3中都能觀察到FeO及Fe3O4層，其中FeO層與基體和翹皮相連接，F(xiàn)e3O4層附著在FeO層外；試樣組織為鐵素體+珠光體，為正常組織，缺陷周圍區(qū)域脫碳不明顯，但在翹皮一側(cè)的晶粒略有長(zhǎng)大。

圖2 翹皮缺陷處的微觀形貌

利用能譜儀對(duì)翹皮缺陷周圍區(qū)域的氧化圓點(diǎn)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)氧化圓點(diǎn)主要成分為FeMnO3，是典型的高溫氧化產(chǎn)物(見圖3)。

圖3 翹皮缺陷周圍區(qū)域氧化圓點(diǎn)的能譜圖

2 綜合分析

經(jīng)上述理化檢驗(yàn)分析可知，鋼板表面缺陷的一側(cè)與基體相連，未發(fā)現(xiàn)擴(kuò)展的裂紋，翹起部分的組織與基體相近，并非氧化鐵皮，故判定該缺陷為翹皮缺陷，不是裂紋或異物壓入缺陷；缺陷與基體之間銜接處存在Fe2O3，周圍存在極少量的氧化圓點(diǎn)。氧化圓點(diǎn)產(chǎn)生的原因?yàn)椋涸诟邷?約1 000 ℃)干燥環(huán)境中，金屬材料中的Si，Mn元素經(jīng)過高溫氧化，形成了圓點(diǎn)狀氧化物，即氧化圓點(diǎn)。隨著加熱溫度的升高，保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，氧化圓點(diǎn)的數(shù)量也隨之增加。在高溫條件下，當(dāng)鋼板表面出現(xiàn)缺陷時(shí)，缺陷處的氧勢(shì)會(huì)比其他位置的高，氧化圓點(diǎn)在該部位更易產(chǎn)生并聚集。在缺陷周圍觀察到大量氧化圓點(diǎn)時(shí)，表明在前一道加熱工序前，缺陷可能已經(jīng)存在，而在高溫水蒸氣環(huán)境中，Si，Mn元素的氧化速率會(huì)隨著水蒸氣的增加而變大，因此，在不具備足夠的保溫時(shí)間時(shí)，鋼板也會(huì)出現(xiàn)少量的氧化圓點(diǎn)[5]。

該Q235B鋼板缺陷周圍存在的少量氧化圓點(diǎn)可能產(chǎn)生于原始坯料的表面，也有可能產(chǎn)生于鋼板的高溫軋制階段。因翹皮缺陷與基體分離位置的表面均附著有FeO和Fe3O4組成的氧化皮，且兩層氧化皮呈背對(duì)背貼合，故可以判斷缺陷是在產(chǎn)生氧化皮后形成的，結(jié)合氧化圓點(diǎn)的判斷結(jié)果，推斷缺陷可能是在粗軋階段產(chǎn)生的。缺陷處的翹起部分晶粒稍有長(zhǎng)大，且無明顯的金屬流變，進(jìn)一步說明缺陷是在高溫階段形成的。

3 工藝檢查

因缺陷是在高溫階段產(chǎn)生的，且可能產(chǎn)生于粗軋階段，故對(duì)鋼板的現(xiàn)場(chǎng)加熱工藝流程進(jìn)行檢查。該Q235B鋼板的要求出鋼溫度為1 120～1 180 ℃，實(shí)際出鋼溫度為1 150～1 165 ℃，可見出鋼溫度滿足工藝要求。

對(duì)缺陷產(chǎn)生期間所用的粗軋輥進(jìn)行宏觀觀察，發(fā)現(xiàn)粗軋輥沿著軸向分布有一條長(zhǎng)約2.2 m、寬度約10 cm的龜裂區(qū)域，裂紋開口較大且有一定深度，屬于較為嚴(yán)重的開裂(見圖4)。

圖4 缺陷產(chǎn)生期間所用粗軋輥的宏觀形貌

鋼板在壓下軋制過程中，鋼板表面與粗軋輥的裂紋面相接觸，且鋼材在高溫階段具有很好的塑性，所以容易被壓入粗軋輥的裂縫中，并在鋼板表面形成小凸起。在后續(xù)軋制過程中，受鋼板壓下量的影響，一部分凸起保留了下來，被碾壓成舌狀，經(jīng)過擴(kuò)展、延伸，最終形成了翹皮缺陷，另一部分凸起在碾壓過程中形成條狀，最終脫落。鋼板的變形量越大，缺陷表現(xiàn)得越明顯，所以鋼板越薄，越易產(chǎn)生缺陷。

4 結(jié)論及建議

該Q235B鋼板表面翹皮缺陷產(chǎn)生的原因是：鋼板熱軋段的粗軋輥表面存在嚴(yán)重的龜裂現(xiàn)象，在高溫階段鋼材因塑性高而被壓入粗軋輥的裂縫中，并在后續(xù)軋制過程中形成了翹皮，且翹皮脫落后形成了凹坑。

建議對(duì)軋制過程中的所有軋輥進(jìn)行檢查并及時(shí)更換，以避免該類翹皮缺陷的產(chǎn)生，降低因產(chǎn)品降級(jí)或報(bào)廢而產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)損失。