低碳鋼異物缺陷分析

供稿|王忠新，朱海嬌，趙彥虎，王旭生 /

內(nèi)容導(dǎo)讀

在熱軋生產(chǎn)中鋼板邊部附近出現(xiàn)了數(shù)量較多的異物缺陷，嚴重影響了熱軋產(chǎn)品質(zhì)量。本文對用作冷軋原料的熱軋低碳鋼鋼板表面異物缺陷的產(chǎn)生原因進行了多組對照實驗和微觀組織分析，初步確認異物缺陷來源于鑄坯。推斷異物缺陷產(chǎn)生過程為：異物落在鑄坯表面，被軋制壓入鑄坯基體；受除鱗水的影響，異物迅速降溫，在熱軋過程中形成了纖維狀組織及碳化物；鋼板母材與異物的接觸處的組織受異物低溫和鑄坯高溫的影響，提前轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，并在鑄坯基體溫度的緩慢下降過程中不斷長大，形成了異常粗大的鐵素體。

熱軋鋼板表面出現(xiàn)的結(jié)疤或異物缺陷一般都具有與鋼板母材不一樣的組織，其中結(jié)疤缺陷一般來源于鑄坯缺陷，而異物缺陷的來源有多種。黃其義研究了3種異物壓入缺陷[1]：精軋入口側(cè)導(dǎo)板襯板上有“積瘤”、結(jié)疤等脫落導(dǎo)致；機架入口隔熱板、機架間冷卻水集管等設(shè)備上附著氧化物灰脫落導(dǎo)致；卷取前側(cè)導(dǎo)板與帶鋼刮蹭產(chǎn)生“火花”黏在帶鋼表面導(dǎo)致。彭凱等[2]研究了鋼板撞擊精軋機組側(cè)導(dǎo)板形成的結(jié)疤缺陷。熱軋鋼板異物缺陷嚴重影響鋼板的質(zhì)量，導(dǎo)致缺陷產(chǎn)品等待切除異物缺陷而延遲生產(chǎn)進度，甚至出現(xiàn)缺陷嚴重的產(chǎn)品判廢情況。本文對用作冷軋原料的熱軋低碳鋼鋼板表面異物缺陷的產(chǎn)生原因進行了分析。

熱軋鋼板異物缺陷及位置

某熱軋廠熱軋生產(chǎn)低碳鋼、超低碳冷軋原料的過程中，發(fā)現(xiàn)了出現(xiàn)在鋼板軋制邊附近的異物缺陷，每卷鋼出現(xiàn)1～3處，且在鋼板長度方向異物缺陷出現(xiàn)的位置并不固定。異物沒有沿軋制方向的較大變形且深深硌入鋼板中，如圖1所示。

某熱軋廠實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，異物缺陷在鋼板寬度方向上表現(xiàn)為：多數(shù)出現(xiàn)在軋制邊附近，少量出現(xiàn)在鋼板板面中部。操作側(cè)、傳動側(cè)、板面中部出現(xiàn)異物缺陷的鋼卷數(shù)量統(tǒng)計見表1。根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果初步推斷，可能是熱軋前期有異物落在鑄坯邊部導(dǎo)致的。

不同生產(chǎn)工序的對比實驗

根據(jù)異物缺陷出現(xiàn)位置統(tǒng)計結(jié)果，鋼板表面異物缺陷產(chǎn)生的原因有兩種可能：(1)鑄坯自身攜帶異物如毛刺等在熱軋過程中脫落而被壓入鋼板表面；(2)熱軋導(dǎo)尺與鑄坯邊部滑擦，造成鑄坯“掉肉”，并被壓入鋼板表面。為了進一步判別是在哪個生產(chǎn)工序出現(xiàn)了異物問題，對鑄坯進行不同預(yù)處理工序組合，進行對比生產(chǎn)實驗。

圖1 熱軋低碳鋼鋼板異物缺陷圖片

表1 在鋼板寬度方向上不同位置出現(xiàn)異物缺陷的鋼卷數(shù)量統(tǒng)計

實驗選取42塊鑄坯(1#鑄機26塊鑄坯，7#鑄機16塊鑄坯)進行掉頭、翻面、熱軋產(chǎn)線等生產(chǎn)工序的多種組合，見表2。掉頭用于確認是否有鑄坯尾部毛刺影響，翻面用于確認是否有上表面的毛刺影響，使用不同的熱軋生產(chǎn)線用于確認是否有熱軋刮劃“掉肉”影響。

表2 不同生產(chǎn)工序的異物缺陷對比實驗數(shù)據(jù)

表2可以看出：(1)掉頭與否的鑄坯均存在異物缺陷，比率相當。7塊掉頭鑄坯中3塊有異物缺陷，占比42.86%；35塊未掉頭鑄坯中16塊有異物缺陷，占比45.71%。(2)翻面與否的鑄坯均存在異物缺陷，比率相近。22塊翻面鑄坯中9塊有異物缺陷，占比40.91%；20塊未翻面鑄坯中10塊有異物缺陷，占比50%。(3)熱軋產(chǎn)線中三熱缺陷比率是一熱缺陷比率的兩倍。一熱生產(chǎn)12塊鑄坯中，3塊鑄坯有異物缺陷，占比25%；三熱生產(chǎn)30塊鑄坯中，16塊鑄坯有異物缺陷，占比53.33%。

異物缺陷微觀組織分析

沿鋼板橫向?qū)愇锴虚_取試樣，觀察橫斷面微觀組織，見圖2(a)。異物壓入鋼板基體并鑲嵌其中，有明顯纖維狀組織，說明異物在壓入鋼基體的過程中有一定的變形；異物附近為異常粗晶區(qū)，母材組織為細晶區(qū)。

光學(xué)顯微鏡

對異物微觀組織進行金相觀察發(fā)現(xiàn)，異物組織為鐵素體+碳化物，碳化物呈圓球狀，圖2(b)。異常粗晶區(qū)微觀組織如圖2(c)所示，鐵素體晶粒異常粗大，直徑達到了幾百微米，推斷異常粗大的晶粒是不斷吞噬周圍的鐵素體長大的結(jié)果。母材細晶區(qū)微觀組織如圖2(d)所示，母材組織為鐵素體，平均晶粒尺寸約為15 μm。

掃描電鏡

采用掃描電鏡分析異物的化學(xué)成分主要為Fe、O、C元素，如圖3所示。異物上多個位置(位置1、2、4、5、6)的化學(xué)成分相同，僅位置6含有極少量的Mn元素。異物化學(xué)成分組成與母材(位置3)的成分相近，因而推斷異物極有可能是母材的一部分。

圖2 異物、異常粗晶區(qū)和母材細晶區(qū)組織形貌

圖3 異物化學(xué)成分

分析和討論

掃描電鏡能譜分析可以看出，異物化學(xué)成分與母材的化學(xué)成分相近，推斷異物為母材的一部分，然而無論是來自鑄坯毛刺還是來自熱軋刮劃“掉肉”的異物均為鑄坯的一部分，因此暫時無法明確區(qū)分異物來自于哪個部位。金相組織分析顯示，在異物和母材之間有一層異常粗大的鐵素體晶粒。異常粗大的鐵素體晶粒推測可能是在熱軋期間由奧氏體提前轉(zhuǎn)變而成，并在一定溫度下不斷吞噬周圍的鐵素體，進而長大到幾百微米。

因此，推測熱軋生產(chǎn)中異物產(chǎn)生過程為：在鑄坯經(jīng)過高壓除鱗水進入粗軋機時，鑄坯上的一小塊毛刺或“掉肉”脫離鑄坯，飛落到鑄坯表面，并迅速被粗軋機壓入鑄坯表面，形成異物；由于異物與除鱗水的接觸非常充分，異物冷卻至800 ℃以下，組織由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體，且溫度持續(xù)降低；鑄坯基體與異物接觸處由于受較低溫度的異物影響而溫度降低，且隨著鑄坯整體溫度的降低，接觸處的溫度降低至組織轉(zhuǎn)變點以下，提前出現(xiàn)了鐵素體，并且隨著整體鑄坯溫度的緩慢下降，鐵素體不斷長大；異物經(jīng)過熱軋，被深深壓入鑄坯基體中，受粗軋和精軋的大壓下的鑄坯變形影響，異物的組織呈現(xiàn)纖維狀，并出現(xiàn)了碳化物，但是由于異物的強度大于鑄坯基體，異物的形變相對較小，鑄坯基體與異物的接觸處的鐵素體晶粒在鑄坯基體溫度緩慢下降過程中持續(xù)長大；經(jīng)過層流冷卻后，鋼板母材組織快速形成細小的鐵素體組織。由于異物在粗軋壓入鑄坯前飛落的位置具有不確定性，因此并不是每個鋼卷都存在異物缺陷。

結(jié)束語

(1) 熱軋生產(chǎn)低碳鋼、超低碳冷軋原料時產(chǎn)生的異物缺陷為鑄坯的一部分。

(2) 要確定異物是如何形成的，需要增加實驗，以區(qū)分異物是來自于鑄坯毛刺還是鑄坯熱軋時刮劃“掉肉”。

(3) 在溫度較低的異物和溫度較高的鑄坯共同作用下，兩者的接觸處形成了異常粗大的鐵素體晶粒。