熱軋鋼帶端部表面結(jié)疤缺陷的成因分析及工藝優(yōu)化

摘要：采用金相分析法對(duì)熱軋鋼帶表面的結(jié)疤缺陷形貌進(jìn)行了分析，結(jié)合連鑄工藝和裝備狀況研究了熱軋鋼帶端部表面結(jié)疤產(chǎn)生的原因和形成機(jī)理。研究結(jié)果表明，熱軋鋼帶端部表面結(jié)疤缺陷的產(chǎn)生與鑄坯的切割渣有關(guān)。通過(guò)優(yōu)化毛刺機(jī)運(yùn)行模式、減少鑄坯切割渣與輥道碾壓變形和加強(qiáng)底部渣條冷卻等方式有效控制了熱軋鋼帶端部表面結(jié)疤缺陷。

關(guān)鍵詞：熱軋鋼帶；結(jié)疤缺陷；切割渣

0 引言

熱軋鋼帶表面結(jié)疤是一種出現(xiàn)在熱軋鋼帶頭部和尾部的宏觀缺陷。表面結(jié)疤缺陷在鋼帶的頭部和尾部呈集中分布，通過(guò)在線表檢儀或肉眼可以直接觀察到，嚴(yán)重影響了下游用戶的加工和使用。產(chǎn)生表面結(jié)疤的原因很多，有熱軋軋鋼過(guò)程中鋼板撞擊精軋機(jī)組側(cè)導(dǎo)板產(chǎn)生結(jié)疤缺陷[1]，也有熱軋加熱爐工藝制度不合理造成結(jié)疤缺陷[2]。在熱軋鋼帶表面出現(xiàn)的結(jié)疤缺陷，涉及到生產(chǎn)的低碳鋼、普碳鋼和低合金鋼，導(dǎo)致鋼卷降級(jí)或判廢，損失較大。本文通過(guò)對(duì)缺陷的宏觀和微觀測(cè)試分析，結(jié)合連鑄生產(chǎn)工藝和設(shè)備，明確了結(jié)疤缺陷產(chǎn)生的原因，提出改進(jìn)措施，有效改善了熱軋鋼帶表面結(jié)疤缺陷問(wèn)題。

1 結(jié)疤缺陷的形貌

1.1 結(jié)疤缺陷的表檢儀形貌

圖1是熱軋表檢儀識(shí)別出來(lái)的結(jié)疤缺陷圖，圖a和圖b的結(jié)疤位置都是在熱軋鋼帶的頭部，圖a中的結(jié)疤形貌呈黑色圓形，圖b中的結(jié)疤的形貌呈帶狀。

1.2 結(jié)疤缺陷的實(shí)物形貌

圖2是熱軋鋼帶上結(jié)疤缺陷的實(shí)物圖，圖a中的結(jié)疤缺陷是連接在鋼帶基體上沒(méi)有脫落，圖b中的結(jié)疤缺陷已經(jīng)脫落，在鋼帶上出現(xiàn)了明顯凹陷痕跡。

1.3 結(jié)疤缺陷位置的能譜分析

圖3是在結(jié)疤缺陷位置上做的能譜分析，圖a中標(biāo)出了結(jié)疤位置做能譜的位置，圖b中的能譜結(jié)果表明，在結(jié)疤缺陷位置的成分中只有Fe和O，沒(méi)有其他夾雜物成分，說(shuō)明該處的結(jié)疤是不是由夾雜物引起[1]。

2 熱軋鋼帶結(jié)疤的原因分析

2.1 鑄坯底部切割渣條的形成機(jī)理

在連鑄生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，火焰切割機(jī)使用丙烷作為燃料，氧氣作為氧化劑。在預(yù)熱階段割嘴會(huì)產(chǎn)生一個(gè)預(yù)熱火焰，用于預(yù)熱鑄坯角部的起割點(diǎn)。預(yù)熱結(jié)束后，增加氧氣供應(yīng)量，火焰變成高溫切割火焰，并迅速氧化金屬并產(chǎn)生大量的熱能，火焰割槍將金屬熔化并吹散，從而實(shí)現(xiàn)切割金屬的目的。在高溫火焰作用下，大部分高溫熔體從割縫處被吹散掉[3]，還有部分高溫熔體會(huì)在鑄坯切割端面底部匯聚形成切割渣條。

2.2 鋼種成分對(duì)渣條去除的影響

（1）低碳鋼系列，C含量在0.02-0.07％之間，由于碳低，該鋼種的液相線較高，1530℃左右，在高溫火焰的切割下，熔化的高溫金屬流動(dòng)性較差，容易在鑄坯底部聚集形成較厚的切割渣條，渣條容易去除干凈。

（2）中碳鋼系列，C含量在0.11-0.19％之間，該鋼種的液相線較低，1510℃左右，在高溫火焰的切割下，熔化的高溫金屬流動(dòng)性較好，在高壓氣體次吹掃下，直接被吹走，未被吹走的高溫金屬在鑄坯底部聚集，形成較薄的切割渣條，導(dǎo)致渣條不容易去除干凈。

（3）高碳鋼系列，C含量在0.30-0.65％之間，該鋼種的液相線較低，1486℃左右，在高溫火焰的切割下，熔化的高溫金屬流動(dòng)性較好，在高壓氣體次吹掃下，直接被吹走，未被吹走的高溫金屬在鑄坯底部聚集，形成較薄的切割渣條，由于渣條硬度大，容易去除干凈。

在生產(chǎn)過(guò)程中，分別測(cè)量低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼系列鑄坯的渣條的寬度和厚度，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1。

2.3 設(shè)備對(duì)渣條去除的影響

輥道的擠壓。鑄坯在被高溫火焰切斷后，轉(zhuǎn)動(dòng)的輥?zhàn)訒?huì)把鑄坯運(yùn)送到行車吊運(yùn)處，才停下來(lái)。鑄坯在輥道上運(yùn)動(dòng)時(shí)，頭部的鑄坯會(huì)與輥?zhàn)影l(fā)生碰撞接觸，導(dǎo)致形成的切割渣條被輥?zhàn)臃磸?fù)的擠壓，使渣條更加的貼緊鑄坯底部，導(dǎo)致鑄坯頭部的切割渣條不容易去除。鑄坯尾部的切割渣條是跟隨運(yùn)動(dòng)，輥?zhàn)訉?duì)底部的切割渣條的擠壓減輕，尾部切割渣條容易去除。

圖a是頭部的渣條，可以看見(jiàn)明顯的擠壓痕跡；圖b是尾部的渣條，看不出有擠壓留下的痕跡。

（2）切割速度。當(dāng)割槍的切割速度慢時(shí)，在切割相同鋼種的鑄坯時(shí)，火焰割槍停留在鑄坯的時(shí)間越長(zhǎng)，越有利于鑄坯底部切割渣條的形成[4]。

（3）去毛刺機(jī)刀頭磨損。通過(guò)使用刀口尺和塞尺的配合，測(cè)量出使用不同時(shí)間后，刀頭的磨損量。從表3可知，隨著刀頭使用時(shí)間增長(zhǎng)，刀頭的磨損也隨著變大。統(tǒng)計(jì)對(duì)應(yīng)時(shí)間段去渣條的效果發(fā)現(xiàn)，刀頭使用20天時(shí)，去毛刺效果達(dá)95％；使用60天時(shí)，去毛刺效果只有70％。

3 改善措施及效果

（1）凹型輥的運(yùn)用，減輕輥道對(duì)渣條的擠壓。

割斷的鑄坯在輥道上運(yùn)輸時(shí)，頭部的鑄坯會(huì)與輥?zhàn)影l(fā)生碰撞，切割渣條會(huì)被反復(fù)的碾壓，切割渣條會(huì)變薄并更加的貼緊鑄坯，不利切割渣條的去除。使用凹型輥減少鑄坯底部切割渣條與輥?zhàn)娱g的碰撞碾壓，確保了切割渣條的有效去除。

（2）打水冷卻裝置的運(yùn)用，增加渣條硬度。

對(duì)比高碳鋼與普碳鋼，在去除切割渣條的難易程度上，發(fā)現(xiàn)高碳鋼的切割渣條更容易去除，其根本原因在于高碳鋼的切割渣條的硬度更高，利于切割渣條的去除。于是通過(guò)使用輥道底部打水冷卻裝置，讓普通鋼的切割渣條受到冷卻，提高切割渣條的硬度，保證了普碳鋼的切割渣條的去除。

（3）切割速度的優(yōu)化，增加渣條厚度。

為了保證鑄坯底部渣條的厚度，通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，分鋼種優(yōu)化切割速度。

（4）去毛刺機(jī)的運(yùn)行模式的優(yōu)化，確保渣條的去除效果。

在去毛刺機(jī)刀頭磨損的情況下，通過(guò)優(yōu)化去毛刺機(jī)的運(yùn)行模式，來(lái)確保去除鑄坯切割渣條的效果。圖6是去毛刺機(jī)去毛刺的實(shí)物展示，其中圖a展示的是去除鑄坯頭部渣條的情景，圖b展示的是去除鑄坯尾部渣條的情景。

（5）措施實(shí)施后的效果

統(tǒng)計(jì)了措施實(shí)施前后的熱軋軋后結(jié)疤率，其中措施實(shí)施前熱軋軋制量1348004.135噸，軋后產(chǎn)生了782.43噸結(jié)疤缺陷，缺陷率為0.06%；措施實(shí)施后熱軋軋制量1398275.03噸，軋后產(chǎn)生了332.01噸結(jié)疤缺陷，缺陷率為0.02%；措施實(shí)施前后的結(jié)疤缺陷率下降了0.04％，取得較好效果。

4 結(jié)論

（1）熱軋鋼帶頭部和尾部的結(jié)疤缺陷是由鑄坯底部切割渣條去除不干凈導(dǎo)致的，在軋制過(guò)程中，在軋輥的擠壓下把切割渣條壓進(jìn)了鋼帶中，最終形成熱軋鋼帶端面的結(jié)疤缺陷。

（2）使用凹型輥來(lái)減輕輥道對(duì)渣條的擠壓，使用打水冷卻裝置增加渣條硬度，優(yōu)化切割速度來(lái)增加渣條厚度，熱軋鋼帶表面結(jié)疤缺陷得到有效控制。

（3）在去毛刺機(jī)刀頭磨損，且無(wú)法在線更換去毛刺機(jī)刀頭的情況下，通過(guò)使用2次去頭部渣條和1次去尾部渣條的去毛刺方案，作為一種應(yīng)急去毛刺措施。

參考文獻(xiàn)

［1］ 李維華，陳建東.Q235B和Q345B熱軋板結(jié)疤成因及控制措施分析［J］.金屬世界， 2024（3）：62-67.

［2］ 楊治爭(zhēng)，李光強(qiáng)，劉占增，張晟，周有預(yù).SS400熱軋板結(jié)疤缺陷的成因分析［J］.武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào)， 2008， 31（6）：5.DOI：10.3969/j.issn.1674-3644.2008.06.012.

［3］ 聶禎華，高志杰，劉士鵬，等.連鑄坯火焰切割熔渣在線氣體吹掃去渣方法［C］//第二十次全國(guó)焊接學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.2015.

［4］ 張敏，鐘鵬，徐鋼.板坯連鑄機(jī)火焰切割工藝優(yōu)化［J］.河南冶金， 2020， 28（4）：4.