九鋼中厚板常見外觀缺陷的種類、成因及預(yù)防

摘要：熱軋中厚鋼板表面缺陷的存在是一種普遍現(xiàn)象，表面缺陷是造成影響鋼材的產(chǎn)品質(zhì)量、成材率和合格品的重要原因之一。熱軋鋼板的表面缺陷是評價鋼板表面質(zhì)量的依據(jù)，其缺陷類型，外觀特征，產(chǎn)生原因，防治措施，是多年以來積極研究而進行探討的問題。

關(guān)鍵詞：中厚板 缺陷 分析

0 引言

中厚板是重要的鋼材品種之一，是國民經(jīng)濟中造船、鍋爐、石油、化工、工程機械和國防建設(shè)等行業(yè)所需的重要原材料，有著廣泛而重要的應(yīng)用。中厚板表面質(zhì)量，對中厚板的生產(chǎn)和使用均有重要的影響，而受到生產(chǎn)廠和用戶的高度重視。因此，在生產(chǎn)過程中在保證性能的同時，必須加強對鋼板表面質(zhì)量影響的控制與檢驗，對影響鋼板外觀質(zhì)量的缺陷進行準(zhǔn)確的界定和判定，對缺陷產(chǎn)生的因素進行科學(xué)的分析，對減少和防止鋼板外觀缺陷的產(chǎn)生，提高鋼板的外觀質(zhì)量有重要作用。

九江中厚板生產(chǎn)線于2010年4月份投產(chǎn)，該生產(chǎn)線為北鋼院設(shè)計的雙機架3500軋機，主要設(shè)備有3500粗、精軋機各一架、步進加熱爐和推鋼加熱爐各一座、ACC冷卻系統(tǒng)、熱矯直機、雙邊剪、定尺剪等。本文針對該生產(chǎn)線投產(chǎn)以來常見缺陷進行總結(jié)探討相關(guān)對策。

1 幾種典型缺陷的特征．成因和影響

1.1 氧化鐵皮壓入

特點：鋼板表面壓入的氧化鐵皮可分為一次氧化鐵皮（灰褐色Fe3O4鱗層）和二次氧化鐵皮（紅棕色FeO和Fe2O3鱗層組成），依據(jù)氧化鐵皮種類不同壓入深度有深有淺分布面積有大有小多數(shù)呈塊狀或條狀。

產(chǎn)生主要原因：

（1）加熱時間過長，使鋼坯表面形成的氧化鐵皮太厚而不易清除。

（2）在軋制前，高壓水壓力不足或其它原因，鋼坯表面氧化鐵皮未能有效清理，造成軋制過程中部分較厚或附著力較強的氧化鐵皮呈片狀或塊狀被壓入鋼板本體。

對鋼板的影響：氧化鐵皮在鋼板表面的壓入深度和分布區(qū)域，通常情況下影響不如麻點。修磨后一般不影響鋼板的使用。

控制措施：

（1）制定合理的加熱制度，控制加熱速度和加熱時間，防止出現(xiàn)過度的氧化鐵皮；

（2）控制軋制溫度，防止出現(xiàn)過多的二次氧化鐵皮；

（3）提高除鱗機除磷壓力，改善除鱗效果。

1.2 裂紋

特征：在鋼板表面形成具有一定深度和長度，一條或多條長短不一、寬窄不等、深淺不同、形狀各異的條形縫隙或裂縫。從橫截面觀察，一般裂紋都有尖銳的根部，具有一定的深度并且于表面垂直，周邊有嚴(yán)重的脫碳現(xiàn)象和非金屬夾雜。裂紋破壞了鋼板力學(xué)性能的連續(xù)性，是對鋼板危害很大的缺陷。

產(chǎn)生主要原因：

（1）鋼坯在加熱爐內(nèi)加熱不均勻或軋件受力不均，使得軋件各部分延伸和寬展不一致，在鋼板應(yīng)力作用下形成裂紋；

（2）鋼坯在加熱爐內(nèi)加熱不均或者軋件受力不均，使得軋件各部分延伸和寬度不一致，鋼板在應(yīng)力作用下形成裂紋；

（3）鋼坯加熱或軋件冷卻速度過快，產(chǎn)生較強的熱應(yīng)力或組織應(yīng)力集中，而產(chǎn)生裂紋；

（4）軋制過程中，噴水過多，使軋制溫度過低鋼板延伸性變差，形成裂紋。

控制措施：

（1）嚴(yán)格鋼坯質(zhì)量檢驗，杜絕不合格坯料投入生產(chǎn)；

（2）加強鋼坯的加熱操作，控制好加熱速度、加熱溫度和均勻加熱，防止過熱、過燒；

（3）制定合理的軋制溫度制度和壓下規(guī)程，防止鋼板的冷卻不均或局部過冷。

1.2.1 縱裂紋

特征：縱裂紋一般有兩種形式：一種是成片狀出現(xiàn)的沿軋制方向裂開的小裂口；一種是有一定寬度的粗黑線狀裂紋。板厚大于20 mm的鋼板出現(xiàn)縱裂紋的幾率比較大?？v裂紋破壞了鋼板的橫向連續(xù)性、對鋼板危害性很大。

產(chǎn)生主要原因：

（1）縱裂紋主要是由于鋼坯在凝固過程中坯殼厚度不均造成的，當(dāng)作用在坯殼的拉應(yīng)力超過鋼的允許強度時，在坯殼薄弱處產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致斷裂，出結(jié)晶器后在二冷區(qū)擴展形成縱向裂紋，在縱向扎之中沿鋼板軋制方向擴展并開裂；

（2）如果鋼板出現(xiàn)多道貫穿軋制方向的裂紋，則有可能是比較嚴(yán)重的鋼坯橫裂在鋼坯橫向軋制時擴展和開裂形成的；

（3）鋼中大量氣泡的存在，在加熱及軋制過程中形成沿受力方向延伸的小裂紋，并經(jīng)進一步擴展而導(dǎo)致開裂。

對鋼板的影響：視裂紋的長度、深度、數(shù)量、分布情況而定。通常情況下，導(dǎo)致鋼板被判廢的可能性很高。

控制措施：

（1）采取措施使結(jié)晶器彎月面區(qū)域坯殼生長厚度均勻。

（2）鋼的碳含量、夾雜物含量、鋼液溫度控制、浸入式水口設(shè)計與插入深度、結(jié)晶器保護渣性質(zhì)、結(jié)晶器導(dǎo)熱均勻性、結(jié)晶器液面波動、二次冷卻和鋼液中氣體含量等。

因此穩(wěn)定冶煉，連鑄機軋制工藝是減少鋼板表面縱裂紋產(chǎn)生的關(guān)鍵。

1.2.2 橫裂紋

特征：裂紋基本與鋼板的軋制方向呈30°～90°夾角，呈不規(guī)則的條狀或線狀等形態(tài)，分布的位置、數(shù)量、形態(tài)、大小各異，具有一定深度和長度，破壞了鋼板縱向連續(xù)性。

產(chǎn)生主要原因：表面橫裂紋多出現(xiàn)在鑄坯的內(nèi)弧振痕的波谷處，造成振痕部有微裂紋或堅殼帶較薄，振痕越深，橫裂紋越嚴(yán)重。在振痕底部，一般存在S、P等元素的正偏析，還往往填有保護渣，降低了鋼的高溫塑性；鋼種AL、N含量過高，促使AlN質(zhì)點沿A晶界析出以及C、N化合物等很容易在此處的奧氏體晶界上沉積而產(chǎn)生應(yīng)力集中誘發(fā)橫裂紋，鋼坯在低溫脆性區(qū)的鑄坯表面受外力（700～900℃矯直，二次冷卻強度過高（水量大，表面溫度低，外狐處于受壓階段，內(nèi)弧處于受拉階段，在而拉速過慢））拉伸作用時，就會使振痕波谷處的微裂紋擴展和開裂，或者是鋼坯不明顯的鋼坯縱裂紋在鋼坯橫向軋制時擴展和開裂。

主要影響因素：

（1）鋼的化學(xué)成分，主要指影響鋼材熱塑性的化學(xué)成分，如S、Al、Nb、V等元素，他們非常容易與鋼中的C、N等元素結(jié)合后在奧氏體晶界上析出，阻礙奧氏體再結(jié)晶的進程并弱化晶界強度，從而降低了鋼的高溫塑性。

（2）振痕，振痕越深越容易出現(xiàn)橫裂紋，有研究指出當(dāng)負(fù)滑脫時間在0.16s以上范圍時，提高振動頻率，降低振幅可以降低振痕的平均深度。當(dāng)結(jié)晶器液面波動范圍大時，也易出現(xiàn)比較深的振痕，所以應(yīng)注意入水口的浸入位置、拉坯速度等，以保證結(jié)晶器液面的穩(wěn)定；

（3）矯直溫度，連鑄機矯直溫度對鑄坯表面橫向裂紋有至關(guān)重要的影響。當(dāng)鑄坯在700～900℃的熱脆溫度區(qū)矯直時，鑄坯在低塑性狀態(tài)下，受到矯直機械力的作用，鑄坯表面容易在拉應(yīng)力的作用下產(chǎn)生橫裂紋。為避免這種橫裂紋的形成，可采用平穩(wěn)的弱冷卻，使矯直時鑄坯的表面溫度高于質(zhì)點沉淀溫度或高于γ/α轉(zhuǎn)變溫度，避開低塑性區(qū)。

（4）局部急冷，機后冷卻水管破裂等原因?qū)е侣┧疂驳戒摪寰植繀^(qū)域?qū)е略搮^(qū)域鋼板迅速降溫產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋。

對鋼板的影響：橫裂紋在鋼板表面表現(xiàn)形態(tài)較多，其深度通常在0.5～1.5 mm，個別嚴(yán)重的可達到鋼板厚度的1/4～1/3，造成鋼板判廢的傾向性較高。

控制措施：

（1）采用高頻率、小振幅結(jié)晶器振動；

（2）二冷配水量分布應(yīng)使鋼坯表面溫度均勻并盡量減少鋼坯表面和邊部的溫差；

（3）根據(jù)鋼種不同選擇合適的保護渣，保護渣的用量和黏度既要保證減淺振痕，又要防止坯殼粘結(jié)；

（4）鋼坯矯直時避開脆性溫度區(qū)；

（5）合理控制鋼中Al、N的含量，以減少AlN的形成和析出。

（6）加強軋機區(qū)域設(shè)備維護，避免產(chǎn)生局部漏水；產(chǎn)生局部漏水時機后拋鋼拋遠(yuǎn)一些，避免漏的水澆到鋼板上。

1.3 龜裂

特征：一般多產(chǎn)生在高碳鋼和合金鋼等大截面產(chǎn)品的表面，裂紋呈龜背狀，一般長度較短，多呈弧形、人字形，方向各異。龜裂常伴隨或衍生出其他形態(tài)的裂紋，其深度基本都超過鋼板的厚度負(fù)公差之半，嚴(yán)重時，產(chǎn)品會在堆垛中被壓斷，因此被判廢的可能性較高。

產(chǎn)生主要原因：

（1）鋼坯在較低溫度進行火焰清理時，表面溫度聚然升高，引起熱應(yīng)力或清理后的冷卻過程中產(chǎn)生組織應(yīng)力，使鋼坯表面輕微炸裂；

（2）鋼坯加熱溫度或加熱速度控制不當(dāng)，造成鋼坯局部過熱（通常鋼坯的下加熱面）加熱部分出現(xiàn)一定深度的脫碳層，降低鋼的塑性，在軋制過程中，由于表面延伸產(chǎn)生龜裂；

（3）鋼坯表面的網(wǎng)狀裂紋，和星形裂紋在軋制中擴展和開裂。

（4）含Cu鋼中的Cu易向表面擴散，在鋼表面及氧化鐵皮下富集一薄層熔點低于1100℃的富Cu合金，此合金在1100℃以上溶化并浸蝕鋼表面晶界，在軋制變形時，是鋼表面沿晶界發(fā)生熱脆裂開裂。

對鋼板的影響：存在一定的脫碳層，有時也伴隨或衍生出其他形態(tài)的裂紋。裂紋深度基本超過鋼板的厚度公差之半。

控制措施：

（1）采取預(yù)熱或利用產(chǎn)品余熱進行火焰清理；

（2）控制加熱制度，防止出現(xiàn)過熱、過燒；

（3）防止鋼坯出現(xiàn)網(wǎng)裂或星裂等原始缺陷。

1.4 發(fā)裂

特征：在鋼板表面分布著形狀不一、深度較淺的發(fā)狀細(xì)紋，有長有短，有的分散，有的成簇分布，有時會布滿鋼板表面，有時沿鋼板橫向分布，

產(chǎn)生主要原因：

（1）由于連鑄機的一冷二冷冷速及拉速不合理，或者保護渣選用不合適，保護渣受潮，造成鋼坯表面許多微裂紋，在軋制中暴露和擴展；

（2）某些鋼種因加熱速度和加熱溫度不當(dāng)，使鋼坯表面出現(xiàn)裂紋和少量的脫碳導(dǎo)致塑性降低，軋制中在鋼板表面形成細(xì)小裂紋；

（3）鋼坯本身存在的皮下氣泡皮下夾雜等，在軋制中暴露而形成微小裂紋。

對鋼板的影響：鋼坯微裂紋形成的細(xì)小裂紋在鋼板上的形態(tài)大多呈現(xiàn)出有規(guī)律的弧線形，弧線的頂端與軋制方向相同。加熱不當(dāng)產(chǎn)生的裂紋規(guī)律性不強，大多呈長短不一的“蚯蚓”形線狀，修磨清理后不影響。但發(fā)裂有時不易發(fā)現(xiàn)，在鋼板彎曲或卷取加工時，如果缺陷在鋼板外弧面將產(chǎn)生較明顯的裂紋或開裂。

控制措施：

（1）加強連鑄工藝的控制和鋼坯的驗收、檢查及清理；

（2）制定合理的加熱制度和加熱速度，盡可能增加壓縮比，采用合適的壓下規(guī)程和冷卻制度。

1.5 微裂紋

特征：在鋼板表面的不同部位出現(xiàn)一些不易辨識的、形狀不規(guī)則、縫隙細(xì)小、長度不連續(xù)、形態(tài)零亂的裂紋，這種裂紋有的分散，有的成簇分布，有時會布滿鋼板表面，有時沿鋼板橫向分布，有時與其他形態(tài)的裂紋或缺陷伴隨。如果鋼板表面存有未清理的微裂紋，在成型加工中很容易在工件的外側(cè)面出現(xiàn)顯著的裂紋甚至開裂。

對鋼板的影響：單純的微裂紋，通常清理后深度小于鋼板的負(fù)公差之半，對鋼板的質(zhì)量性能的影響較??；而與其他形態(tài)的裂紋或缺陷伴隨出現(xiàn)的微裂紋對鋼板性能的影響，大多數(shù)情況下取決于鋼板的嚴(yán)重程度。

產(chǎn)生主要原因：

（1）鑄坯方面的因素是由于連鑄機的一冷、二冷拉速的不合理，和保護渣選用不合理或受潮，造成鑄坯表面出現(xiàn)許多微裂紋，在軋制中暴露和擴展而導(dǎo)致鋼板表面形成細(xì)小裂紋。

（2）有些鋼種因加熱速度和加熱溫度不當(dāng)，鋼坯表面出現(xiàn)熱裂紋或少量脫碳，使塑性降低，在軋制過程中沿鋼板表面形成細(xì)小裂紋。

（3）鋼坯的皮下氣泡、皮下夾雜在軋制中暴露，形成微小裂紋。

（4）在藍脆區(qū)（250～300℃）剪切鋼板時，由于鋼材塑性變差，表面受拉應(yīng)力作用時產(chǎn)生微裂紋。

對鋼板的影響：單獨出現(xiàn)的裂紋對鋼板的影響較小，通常清理后深度小于鋼板的負(fù)公差之半；與其他形態(tài)的裂紋或缺陷伴隨出現(xiàn)的微裂紋對鋼板的影響，大多數(shù)情況受相關(guān)缺陷嚴(yán)重程度的影響。

1.6 氣泡

特征：在鋼板表面分布出現(xiàn)無規(guī)律分布的、或大或小的鼓包，外形比較圓滑。氣泡開裂后，裂口呈不規(guī)則的縫隙或空隙，裂口周邊有明顯的漲裂產(chǎn)生的不規(guī)則“犬齒”，裂口的末梢有清晰的現(xiàn)線狀塌陷，裂口內(nèi)部有肉眼可見的夾雜物富集。

產(chǎn)生主要原因：氣泡缺陷的成因有兩類。一類是鋼坯皮下夾雜物引起的，它主要與中間包水口對中不良或保護渣質(zhì)量有關(guān)，保護渣卷入鋼水后產(chǎn)生的含有非金屬夾雜的氣囊，在軋制時，氣體體積縮小，壓力增大而引起鼓包并呈現(xiàn)在鋼板局部表面上，此類缺陷表面處呈青色。另一類是鋼中氣體引起的，連鑄時由于拉速較快，鋼坯內(nèi)部的氣體沒有充分的時間溢出，留在鋼坯內(nèi)部形成氣泡，在軋制時氣泡擴展，導(dǎo)致金屬局部難以焊合，當(dāng)氣泡內(nèi)壓力足夠大時將在鋼板表面鼓起形成鼓包。

對鋼板的影響：使鋼板一處或多處甚至大面積出現(xiàn)閉合或開裂的氣隙及腔隙，通常情況下都造成鋼板的判廢。

控制措施：

（1）只要將連鑄鋼水的溶解氧含量控制在一定的范圍內(nèi)，就能夠控制氣泡，保證連鑄及鑄坯軋制工藝順行；

（2）全程保護澆鑄的鎮(zhèn)靜鋼的氬氣泡，通過控制氣體流量和優(yōu)化結(jié)晶器鋼水流場，就能夠得到有效控制。

（3）選擇合適的坯型，正確制定加熱制度和壓下規(guī)程，增加氣泡等缺陷的焊合。

1.7 結(jié)疤

特征：鋼板表面呈現(xiàn)為舌狀、塊狀或魚鱗狀壓入或翹皮的金屬片：一種是與鋼的本體相連接，并折合到表面上不易脫落；另一種與鋼的本體無連接，但粘合到表面，易于脫落。結(jié)疤大小不一、深淺不等，結(jié)疤下常附著較多的氧化鐵皮或夾雜物。

產(chǎn)生主要原因：鋼坯熱態(tài)下表面粘結(jié)有外來金屬物，如鋼坯熱切割時火焰切割渣鐵的粘結(jié)，在軌道上輸送時軌道表面粘附物（金屬或金屬氧化物）的壓入，加熱時滑軌表面粘附物的壓入，爐底處堆積過后的氧化渣鐵的粘附，在軋制過程中壓入鋼板表面。

1.8 分層

特征：在剪切斷面上呈現(xiàn)一條或多條平行的縫隙。實質(zhì)上是鋼板內(nèi)部存在有局部或整體的基本平行與鋼板表面的未焊合界（層）面，破壞了鋼板厚度方向的連續(xù)性，有時縫隙中有肉眼可見的夾雜物。

產(chǎn)生主要原因：

（1）鋼中的非金屬夾雜物，在軋制的過程中，因素性變形由球狀變?yōu)闄E圓狀，最后為片狀，由于夾雜物與基體界面的結(jié)合力較弱，所以微小的應(yīng)變就可使夾雜物與基體脫離，在界面上形成空洞，隨著變形的進行，空間長大、聚集，直至形成分層；

（2）鋼坯中心區(qū)域的低溶質(zhì)元素富集，對含硫偏高的鋼，中心偏析帶內(nèi)往往存在大量硫化物聚集，使鋼中產(chǎn)生夾雜性裂紋，形成分層；

（3）在進入軋制前鋼坯內(nèi)部存在裂紋、疏松、縮孔等原始缺陷，在軋制過程中，由于變性條件不適宜，內(nèi)部缺陷不能完全焊合，產(chǎn)生分層。

對鋼板產(chǎn)生影響：分層對鋼板的質(zhì)量影響，取決于分層的嚴(yán)重程度，如果分布的較為彌散，對鋼板的性能影響較小；如果分布較為密集，且有一定的長度和明顯的寬度，將導(dǎo)致鋼板的判廢。

控制措施：

（1）合理控制鋼坯中夾雜物的數(shù)量、形狀、大小和分布狀態(tài)；

（2）制定合理的冶煉及連鑄工藝，減少鋼坯內(nèi)的裂紋、疏松、縮孔等缺陷；

（3）選擇合適的坯型，正確制定加熱制度和壓下規(guī)程，增加裂紋、疏松等缺陷的焊合。

1.9 瓢曲

特征：在鋼板長度或?qū)挾确较蛏铣霈F(xiàn)的同一方向的弧形翹曲，嚴(yán)重者呈船底形。

產(chǎn)生主要原因：主要由于軋制過程中輥縫的不平行造成鋼板的縱向延伸一側(cè)大于另一側(cè)；鋼板兩側(cè)冷卻條件不一致或冷卻速度不均勻；終軋道次壓下量給定不合理；終矯溫度不合理。

對鋼板產(chǎn)生影響：各種原因造成的較明顯的瓢曲，熱矯直機很難矯直，在生產(chǎn)線沒有裝備冷矯直機的情況下，鋼板改尺和被判次的可能性很大，且難以生產(chǎn)高附加值如管線鋼等種類鋼板。

2 結(jié)論

（1）控制好鋼的化學(xué)成分，減少鑄坯的各種表面缺陷；

（2）嚴(yán)格鑄坯質(zhì)量檢查，不合格的不投產(chǎn)；

（3）加制定合理的加熱制度，控制加熱溫度、加熱速度和加熱時間，防止鋼坯產(chǎn)生過熱（燒）現(xiàn)象。

（4）完善軋制制度，制定合理的軋制溫度、壓下量和翻鋼道次，防止低溫軋制；

（5）防止在低溫脆性區(qū)矯直、剪切。

3 結(jié)語

鋼板表面缺陷的存在都不同程度地影響了鋼板的質(zhì)量和利用的價值。只有認(rèn)真檢查鋼板的表面質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)并及時找出缺陷產(chǎn)生的原因，才能避免鋼板發(fā)生質(zhì)量問題，減少經(jīng)濟損失，提高產(chǎn)品的信譽，打造名牌產(chǎn)品，提高經(jīng)濟效益。

參考文獻

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