熱軋低碳帶鋼實(shí)物質(zhì)量分析與提升

1、窗體頂端窗體底端山東冶金2007年第6期熱軋低碳帶鋼實(shí)物質(zhì)量分析與提升欒兆亮，焦 紅，張玉華，王 晶（萊蕪鋼鐵股份有限公司，山東 萊蕪271104）摘要：針對(duì)低碳Q195窄帶鋼在冷軋中出現(xiàn)起皮、麻點(diǎn)等質(zhì)量問(wèn)題，基于生產(chǎn)實(shí)踐設(shè)計(jì)了專門的鑄坯表面、低倍及帶鋼表面酸洗跟蹤試驗(yàn)，通過(guò)成分、金相、裂紋、夾雜以及掃描電鏡分析，認(rèn)為造成帶鋼表面質(zhì)量缺陷的因素一是鑄坯內(nèi)部的裂紋、夾渣、皮下氣泡、結(jié)疤等缺陷，二是鑄坯加熱和除鱗效果不力，造成表面氧化鐵皮的壓入。此外，S含量高也是造成鑄坯缺陷進(jìn)而影響帶鋼質(zhì)量的因素之一。為此，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，從冶煉和軋制兩個(gè)工序采取了相應(yīng)的改進(jìn)措施，改進(jìn)后帶鋼表面缺陷率由15.75%

2、降到了2.22%。 關(guān)鍵詞：Q195窄帶鋼；表面缺陷；氧化鐵皮凹坑；結(jié)疤；麻點(diǎn) 中圖分類號(hào)：TG335.5+6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1004-4620（2007）06-0040-041 前 言熱軋窄帶鋼是萊鋼的重點(diǎn)品種之一，主要涉及的鋼種有Q215A、Q215B、Q235B、Q195等，原先大部分作為焊管材料。近年來(lái)，部分用戶采購(gòu)Q195帶鋼后進(jìn)行冷軋，然后用于薄圓管或方管等的加工和制造，由于成本低廉，用量也明顯增加。但根據(jù)用戶的質(zhì)量反饋和市場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，Q195窄帶鋼在用戶冷軋過(guò)程中時(shí)常出現(xiàn)起皮、麻點(diǎn)等質(zhì)量問(wèn)題。萊鋼為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，滿足市場(chǎng)日益增長(zhǎng)的質(zhì)量需求，基于生產(chǎn)實(shí)踐和產(chǎn)品的理化檢驗(yàn)分

3、析，對(duì)帶鋼表面質(zhì)量進(jìn)行控制，提出針對(duì)性的改進(jìn)措施，促進(jìn)了產(chǎn)品質(zhì)量的提高和改進(jìn)。2 產(chǎn)品缺陷分析根據(jù)用戶質(zhì)量反饋和產(chǎn)品質(zhì)量追蹤情況，冷軋后帶鋼缺陷主要是起皮，其次是細(xì)小的破碎狀的黑印或魚鱗狀起皮。經(jīng)過(guò)對(duì)冷軋后帶鋼質(zhì)量缺陷的辨識(shí)發(fā)現(xiàn)，其主要為表面缺陷，而且是由原材料熱軋帶鋼的質(zhì)量異常引起的。為了提高Q195窄帶鋼的綜合質(zhì)量，以降低后續(xù)加工帶來(lái)的廢品，對(duì)熱軋Q195窄帶鋼進(jìn)行了實(shí)物質(zhì)量分析。2.1 低倍酸洗試驗(yàn)通過(guò)低倍試驗(yàn)的方法對(duì)熱軋Q195窄帶鋼進(jìn)行表面酸洗。為了使所取試樣具有代表性，在每爐鋼的不同支數(shù)上，距頭尾510 m處取兩個(gè)試樣，取樣長(zhǎng)度500 mm，共取試樣597爐。酸洗后帶鋼表面缺陷的宏

4、觀形貌見圖1。1 / 1圖1  酸洗后表面缺陷宏觀形貌a）結(jié)疤；b）重皮（起皮）；c）、d）氧化鐵皮凹坑；e）氧化鐵皮凹坑與結(jié)疤；f）麻點(diǎn)2.2 酸洗后表面缺陷統(tǒng)計(jì)597爐酸洗試樣中，有問(wèn)題的爐次為94爐，占總爐數(shù)的15.75%。缺陷種類主要有氧化鐵皮凹坑、結(jié)疤、麻點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)情況見表1。表1  低倍酸洗表面缺陷統(tǒng)計(jì)情況· 缺陷類型:氧化鐵皮凹坑爐數(shù):32占缺陷爐數(shù)比例:34.04占試驗(yàn)總爐數(shù)比例:5.36· 缺陷類型:結(jié)疤爐數(shù):16占缺陷爐數(shù)比例:17.02占試驗(yàn)總爐數(shù)比例:2.68· 缺陷類型:結(jié)疤與氧化鐵凹坑爐數(shù):25占缺陷爐數(shù)比例:26.6

5、0占試驗(yàn)總爐數(shù)比例:4.19· 缺陷類型:麻點(diǎn)爐數(shù):21占缺陷爐數(shù)比例:22.34占試驗(yàn)總爐數(shù)比例:3.52為了辨識(shí)統(tǒng)計(jì)缺陷對(duì)后續(xù)冷軋帶鋼質(zhì)量的影響，以統(tǒng)計(jì)的3種缺陷為主，選取了部分窄帶鋼，進(jìn)行模擬冷軋生產(chǎn)的驗(yàn)證試驗(yàn)。在試驗(yàn)前要求帶鋼表面酸洗充分，結(jié)果見表2。表2  缺陷窄帶鋼冷軋?jiān)囼?yàn)· 缺陷類型:氧化鐵皮凹坑試驗(yàn)數(shù)量:10冷軋后結(jié)果:4支完好，6支細(xì)碎魚鱗狀起皮缺陷保留率:60· 缺陷類型:結(jié)疤試驗(yàn)數(shù)量:10冷軋后結(jié)果:全部起皮缺陷保留率:100· 缺陷類型:麻點(diǎn)試驗(yàn)數(shù)量:10冷軋后結(jié)果:1支完好，9支細(xì)碎斷續(xù)黑印缺陷保留率:90表2顯示，結(jié)

6、疤缺陷在后續(xù)軋制過(guò)程中不能夠消除，是致命缺陷；麻點(diǎn)僅有1支完好，也是致命缺陷。由于酸洗充分，氧化鐵皮凹坑在后續(xù)軋制過(guò)程中得到了部分的修復(fù)，但考慮到在用戶大規(guī)模生產(chǎn)過(guò)程中，不可能將每支帶鋼酸洗情況全部檢查，所以可能存在氧化鐵皮去除不凈的情況。此外，如果氧化鐵皮凹坑較深，則在后續(xù)軋制過(guò)程中也很容易出現(xiàn)魚鱗狀起皮。所以，此3類缺陷都是致命缺陷，都應(yīng)加以控制。3 缺陷產(chǎn)生原因分析帶鋼表面呈現(xiàn)的凹坑尤其是宏觀形貌表現(xiàn)為沒(méi)有明顯裂痕的連續(xù)狀凹陷，一般是由于鑄坯加熱后開軋之前，表面氧化鐵皮去除不凈造成的。在酸洗過(guò)程中，氧化鐵皮壓入較輕的，能夠酸洗脫落。熱軋帶鋼表面麻點(diǎn)一是由于鑄坯存在過(guò)多的表面針孔氣泡，二是

7、由于細(xì)碎的氧化鐵皮壓入。3.1 帶鋼金相檢驗(yàn)首先對(duì)部分熱軋窄帶鋼存在的舌狀或鱗狀起皮試樣進(jìn)行了金相分析。熱軋窄帶鋼基體組織為鐵素體和珠光體（見圖2）。圖3是熱軋窄帶鋼起皮附近的組織形貌。圖4是起皮附近裂紋向鋼材內(nèi)部的擴(kuò)展。從圖4a）可見，裂紋周圍發(fā)生了較為明顯的脫碳現(xiàn)象，這說(shuō)明帶鋼表面的結(jié)疤起皮是由于連鑄坯表面結(jié)疤或翻皮等缺陷所致。對(duì)裂紋內(nèi)部物質(zhì)進(jìn)行掃描電鏡能譜分析，結(jié)果顯示裂紋內(nèi)部，存在的主要是氧化鐵皮，這也進(jìn)一步證明了帶鋼表面的結(jié)疤起皮是由連鑄坯表面缺陷帶來(lái)的。圖2  Q195熱軋窄帶鋼基體組織100×圖3  起皮部分組織 100×a） 裂紋附近脫碳

8、                      b）擴(kuò)展裂紋                          c） 裂紋顯微形態(tài)圖4 

9、; 起皮附近裂紋向鋼材內(nèi)部的擴(kuò)展 100×通過(guò)金相觀察還發(fā)現(xiàn)，在帶鋼內(nèi)部，還存在裂紋，該裂紋并非從表面延伸而致，而是完全處在鋼材的內(nèi)部，見圖5。通過(guò)掃描電鏡印證，部分裂紋是由于鋼材內(nèi)部夾渣造成的，對(duì)裂紋內(nèi)部物質(zhì)進(jìn)行定量分析，結(jié)果見表3。從夾雜物化學(xué)成分看，該裂紋確是由于夾渣所致。圖5  Q195熱軋窄帶鋼內(nèi)部裂紋形態(tài)表3  夾雜物化學(xué)成分  %· C:22.388O:28.872Si:0.402S:0.825Ti:0.519Fe:46.994對(duì)圖1所示酸洗后呈現(xiàn)凹坑缺陷的試樣進(jìn)行金相組織觀察，發(fā)現(xiàn)凹坑周圍的組織和基體組織相同，沒(méi)有明顯的脫碳現(xiàn)象

10、。說(shuō)明該類凹坑不是連鑄坯缺陷導(dǎo)致，而是由于軋制前除鱗不凈，氧化鐵皮壓入帶鋼表面所致。3.2 帶鋼用矩形連鑄坯質(zhì)量分析熱軋窄帶鋼所采用原料絕大多數(shù)為萊鋼煉鋼廠1#連鑄機(jī)生產(chǎn)的矩形坯，使用的鑄坯規(guī)格主要有120 mm×285 mm、120 mm×360 mm、120 mm×435 mm 3種。鑄坯的質(zhì)量是帶鋼質(zhì)量的重要保證，為此跟蹤了Q195帶鋼所使用鑄坯的質(zhì)量狀況。對(duì)連續(xù)生產(chǎn)的50爐Q195帶鋼，取鑄坯進(jìn)行低倍試驗(yàn)，同時(shí)跟蹤帶鋼表面和內(nèi)部質(zhì)量。跟蹤結(jié)果見表4。表4  帶鋼質(zhì)量與鑄坯缺陷對(duì)應(yīng)鑄坯質(zhì)量數(shù)量帶鋼質(zhì)量輕微內(nèi)部裂紋61爐內(nèi)部細(xì)小裂紋寬度大于0.5mm

11、以上內(nèi)部裂紋32爐內(nèi)部裂紋針孔皮下氣泡42爐麻點(diǎn)完好3745低倍檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鑄坯的橫向表面存在細(xì)小的針孔氣泡，觀察鑄坯橫截面也可以清楚地看到在鑄坯的4個(gè)外表面，存在較為嚴(yán)重的皮下氣泡。此外，部分鑄坯存在角部裂紋及邊部的中間裂紋。從以上調(diào)查和分析看，鑄坯存在不同程度的質(zhì)量問(wèn)題，主要表現(xiàn)在皮下氣泡和內(nèi)部裂紋。而從后續(xù)跟蹤情況看（表2），此兩種缺陷也是對(duì)帶鋼表面和內(nèi)在質(zhì)量影響較為明顯的。3.3 成分對(duì)缺陷的影響鋼中S含量過(guò)高，一是可能發(fā)生過(guò)量硫化物夾雜偏析，導(dǎo)致鋼材內(nèi)部質(zhì)量缺陷，二是S容易與Mn結(jié)合，硫化錳是使鋼材產(chǎn)生熱脆性的主要因素。相關(guān)資料1-2也表明，隨著鋼中S含量增加，鑄坯出現(xiàn)裂紋的幾率增大。

12、統(tǒng)計(jì)存在麻點(diǎn)和內(nèi)部裂紋的Q195窄帶鋼化學(xué)成分，并計(jì)算Mn/S，結(jié)果見表5。表5  化學(xué)成分統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)樣品S/Mn/S最大最小平均最大最小平均質(zhì)量良好帶鋼0.0360.0130.02628.712.322.6有裂紋或麻點(diǎn)缺陷的帶鋼0.0480.0210.03914.48.012.3統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，對(duì)于S元素，存在缺陷的產(chǎn)品比未出現(xiàn)缺陷的平均高0.013。有缺陷的連鑄坯的Mn/S平均只有12.3，最低的僅為8.0。鋼中的S高、Mn/S低，是影響連鑄坯質(zhì)量的主要因素之一?；谏a(chǎn)實(shí)踐和試驗(yàn)，主要是增加了鑄坯的內(nèi)部裂紋，外觀表現(xiàn)則是常常伴有內(nèi)裂、鼓肚、凹陷、脫方。因此，必須盡量降低鋼中S含量，

13、提高M(jìn)n/S，以提高連鑄坯和帶鋼產(chǎn)品的綜合實(shí)物質(zhì)量。根據(jù)有關(guān)資料，對(duì)碳結(jié)鋼S0.030，同時(shí)Mn/S16，可有效地提高鑄坯和后續(xù)軋材產(chǎn)品的質(zhì)量，實(shí)踐統(tǒng)計(jì)也印證了這一點(diǎn)。3.4 軋制工序工藝執(zhí)行調(diào)查目前萊鋼連鑄坯絕大部分采用熱送熱裝，熱裝溫度一般600 。根據(jù)鑄坯的規(guī)格，加熱溫度也不同，120 mm×285 mm的加熱段溫度規(guī)定為1 1401 280 ，均熱段溫度為1 1201 260 ；120 mm×360 mm的加熱段溫度規(guī)定為1 1801 300 ，均熱段溫度為1 1701 300 ；120 mm×435 mm的加熱段溫度為1 2201 320 ，均熱段溫度為

14、1 1801 320 。實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，工藝規(guī)程的執(zhí)行并不嚴(yán)格，一般加熱段和均熱段溫度均控制在1 1701 300 ，而且溫度波動(dòng)較大。這樣大規(guī)格鑄坯可保證加熱充分，而小規(guī)格鑄坯則會(huì)造成過(guò)熱。鑄坯加熱出爐后，通過(guò)粗軋機(jī)破鱗，然后高壓水除鱗，清除初生氧化鐵皮。為了防止二次氧化鐵皮給帶鋼表面帶來(lái)缺陷，在進(jìn)粗軋機(jī)組開軋之前，還要進(jìn)行二次除鱗。初次除鱗水壓力控制在610 MPa，二次除鱗水壓力控制在25 MPa。經(jīng)過(guò)工藝調(diào)查，發(fā)現(xiàn)水壓力控制情況良好，但車間考慮到鑄坯的冷卻給后道工序帶來(lái)的軋制能力問(wèn)題，二次中壓水除鱗經(jīng)常不用。這樣，當(dāng)高壓水除鱗壓力相對(duì)較小，除鱗能力不夠時(shí)，則往往導(dǎo)致氧化鐵皮壓入從而導(dǎo)致帶

15、鋼表面出現(xiàn)凹坑缺陷。由于帶鋼加熱爐溫度控制相對(duì)不穩(wěn)定，當(dāng)加熱溫度較高時(shí)，如出鋼溫度1 250 ，則即便是在初次高壓除鱗效果良好，但由于鑄坯溫度較高，次生氧化現(xiàn)象明顯，后續(xù)不經(jīng)歷二次中壓除鱗，也容易造成細(xì)小氧化鐵皮壓入，形成帶鋼表面的凹坑或者麻點(diǎn)。4 調(diào)查分析結(jié)論造成低碳窄帶鋼質(zhì)量缺陷的因素一是鑄坯缺陷，如鑄坯的內(nèi)部裂紋、夾渣、皮下氣泡、結(jié)疤等，二是鑄坯加熱制度控制不嚴(yán)格和除鱗效果不力，造成表面氧化鐵皮的壓入。此外，化學(xué)成分也是造成鑄坯缺陷進(jìn)而影響帶鋼質(zhì)量的因素之一。因此，提高帶鋼綜合實(shí)物質(zhì)量，要從冶煉和軋制兩個(gè)工序全面考慮。5 工藝措施與改進(jìn)5.1 冶煉工序控制好入爐原料的質(zhì)量，對(duì)于轉(zhuǎn)爐使用的

16、原料，嚴(yán)格控制水分，強(qiáng)化原材料烘烤制度，以盡量避免鑄坯的表面針孔和皮下氣泡。降低鋼中S含量，提高M(jìn)n/S比值。改造和改進(jìn)鐵水脫硫技術(shù)，采用單噴鎂鐵水脫硫，提高脫硫效果。在保證S含量的同時(shí)，確保Mn含量在標(biāo)準(zhǔn)的中上限，提高M(jìn)n/S比值。嚴(yán)格按規(guī)程控制中間包和結(jié)晶器液面高度與波動(dòng)情況，同時(shí)避免連鑄坯出現(xiàn)夾渣；對(duì)二冷區(qū)配水，優(yōu)化不同拉速下不同斷面連鑄坯的配水模型，減少鑄坯內(nèi)部裂紋；保證結(jié)晶器的倒錐度，嚴(yán)格二冷區(qū)的對(duì)弧。5.2 軋制工序嚴(yán)格工藝執(zhí)行情況，確保初次高壓水除鱗和二次中壓除鱗系統(tǒng)正常運(yùn)行?；谏a(chǎn)實(shí)踐和后續(xù)的檢驗(yàn)，帶鋼用鑄坯規(guī)格較大時(shí)，為提高和保證除鱗效果，適當(dāng)調(diào)整水壓力，在原來(lái)基礎(chǔ)上高壓除

17、鱗水壓力提高4 MPa，中壓二次除鱗水壓力調(diào)整為46 MPa。水壓力調(diào)整后，鑄坯的溫降比原來(lái)降低1530 ，考慮到軋機(jī)的負(fù)荷，將鑄坯的均熱段溫度下限提高30 ，并在實(shí)際控制和操作中要求按照溫度范圍的中限偏上控制。在保證以上調(diào)整措施實(shí)施的情況下，提高加熱質(zhì)量，確保加熱均勻；其次加強(qiáng)對(duì)除鱗系統(tǒng)的點(diǎn)檢和維護(hù)力度，避免因水嘴方位問(wèn)題或個(gè)別水嘴堵塞而造成的除鱗效果不良。5.3 改進(jìn)效果改進(jìn)措施實(shí)施后，冶煉和軋制工序生產(chǎn)控制穩(wěn)定，除鱗系統(tǒng)運(yùn)行正常，Q195帶鋼表面光潔良好，生產(chǎn)節(jié)奏控制有序。鑄坯表面和內(nèi)部質(zhì)量良好，成分控制穩(wěn)定，帶鋼表面和綜合實(shí)物質(zhì)量有了顯著的提升。跟蹤用戶使用情況發(fā)現(xiàn)，冷軋后產(chǎn)品表面質(zhì)量良好。統(tǒng)計(jì)100爐Q195帶鋼化學(xué)成分，計(jì)算Mn/S。結(jié)果顯示，成分控制穩(wěn)定，S最大0.026%，Mn/S最小為16.5，平均為21.1。在后續(xù)帶鋼酸洗驗(yàn)證試驗(yàn)中，共計(jì)取樣361