（材料加工工程专业论文）热轧q235b与q345b带钢边部缺陷研究.pdf

摘要 l i l i i_ 摘要 热轧板主要用于船舰、桥梁、锅炉、容器、石油化工、工程机械及国防建设 等方面，在国民经济发展中占有举足轻重的地位。 普通碳素结构钢板属于大批量生产的钢板，其品种规格较多，广泛用于建筑、 桥梁、铁道、车辆、船舶、化工设备等，是价格低廉、用途广泛的工业钢种。 折叠沟痕、切边纵裂、普通边部纵裂、角部裂纹裂边、边部侧面纵裂、橘 皮缺陷等是热轧板生产的几种常见边部缺陷，大多数用户在使用过程中会对热轧 板进行切边处理，消除边部缺陷的不良影响。但有一部分用户因为现场使用要求， 不能对热轧板进行切边，这些缺陷就会严重影响其使用性能。进行热轧板边部常 见缺陷的形成规律研究，采取相应措施减少边部缺陷废品率，对指导热轧板生产， 提高产品质量及成材率具有重要意义。 在上述七种缺陷中，关于折叠沟痕、切边纵裂、普通边部纵裂、角部裂纹的 研究已有很多，其各自的产生机理也得到了较为详细的揭示，而关于裂边、边部 侧面纵裂、橘皮缺陷的研究则相对比较少，研究裂边、边部侧面纵裂、橘皮缺陷 的产生原因，揭示其产生机理，对于全面了解热轧板生产状况，提高热轧板生产 质量具有重要的作用。 本文结合莱芜钢铁集团有限公司板带厂的生产实际，采用宏观检测、电子探 针分析、光学显微镜组织分析等试验手段，对部分出现裂边、边部侧面纵裂、橘 皮缺陷的q 2 3 5 b 、q 3 4 5 b 热轧带钢进行了缺陷成因分析，同时，通过对比得出了三 类缺陷的形成规律。分析结果反馈于生产，得到了较为满意的结果。 关键词：热轧板；裂边；边部侧面纵裂；橘皮；莱钢 a b s t r a c t a b s t r a c t t h eh o tr o l l e dp l a t e ，w h i c hp l a y sa ni m p o r t a n tr o l en o to n l yi nt h ed e v e l o p m e n to f n a t i o n a le c o n o m y , b u ta l s oi np r o m o t i n gt h ed e v e l o p m e n to ft h en a t i o n a le c o n o m y , i s m a i n l yu s e di ns h i p s ，b r i d g e s ，b o i l e r s ，c o n t a i n e r sa n da l s om a n yo t h e ra s p e c t sj u s tl i k e p e t r o c h e m i c a lt e c h n o l o g y ，e n g i n e e r i n gm a c h i n e r ya n dc o n s t r u c t i o no fn a t i o n a ld e f e n s e c a r b o ns t r u c t u r e a ls t e e l ，w h i c hi sa p p l i c a b l et oag r e a tv a r i e t yo fc o n s t r u c t i o n 、 b r i d g e ，r a i l w a y , v e h i c l e ，v e s s e la n dc h e m i c a le n g i n e e r i n g ，i sp r o d u c e di nl a r g en u m b e r s i th a sv a r i o u ss p e c i e sa n ds p e c i f i c a t i o n sa n di sav e r s a t i l ea n de c o n o m i c a lm a t e r i a l f o l d e dg r o o v em a r k , t r i m m i n gv e r t i c a lc r a c k ，o r d i n a r yv e r t i c a lc r a c k ，c o r n e rc r a c k ， e d g ec r a c k ，v e r t i c a lc r a c ki nt h es i d e ，r a n g ep e e la r es e v e no ft h ec o m n l o ne d g ed e f e c t s d u r i n gt h em a n u f a c t u r eo fh o tr o l l e dp l a t e m o s tc u s t o m e r sm a yu s ee d g ec u t t i n gt o m a k eg o o do ft h ee d g ed e f e c t sd u r i n gu s e ，b u t 弱ar e s u l to ft h ed e m a n do ff i e l d w o r k , s o m eu s e r sc a nn o tc u tt h ee d g e s ，a n dt h e nt h e s ed e f e c t sw i l ls e r i o u s l ya f f e c tt h e u s a b i l i t y r e s e a r c h i n gt h ed i s c i p l i n eo ft h ef o r m a t i o no ft h ec o m m o nd e f e c t so fr o l l e d p l a t e , t a k i n gc o r r e s p o n d i n gm e a s u l 骼t os o l v et h e s ep r o b l e m s ，h a sa ni m p o r t a n t s i g n i f i c a n c en o to n l yt od i r e c t i n gm a n u f a c t u r eo fh o tr o l l e dp l a t e ，b u ta l s ot oi m p r o v i n g t h eq u a l i t ya n ds u c c e s sr a t eo f p r o d u c t s i nt h es e v e nd e f e c t sa b o v e , s t u d i e so nf o l d e dg r o o v em a r k , t r i m m i n gv e r t i c a l c r a c k , o r d i n a r yv e r t i c a lc r a c k , c o m e rc r a c ka r es om u c ht h a tt h ef o r m i n gm e c h a n i s mo f t h e ma r er e v e a l e dc o m p r e h e n s i v e l y , h o w e v e r , s t u d i e so nt h el a t t e rt h r e ed e f e c t sa r e c o m p a r a t i v e l yr a r e ，t h e r e f o r e ，i ti sn e c e s s a r yf o ru st os t u d yt h ef o r m i n gm e c h a n i s mo f t h et h r e ed e f e c t s ，w h i c hw i l lb eh e l p f u lt of u l lu n d e r s t a n d i n gt h ep r o d u c t i o ns i t u a t i o n a n di m p r o v i n gt h eq u a l i t yo ft h ep r o d u c t c o n n e c t i n gw i t ht h ep r o d u c t i o np r a c t i c eo fl a i w us t e e lg r o u p ，h o tr o l l e dp l a t e s w i t ht h ed e f e c t so fe d g ec r a c k 、v e r t i c a lc r a c ki nt h es i d e ，r a n g ep e e l ，j u s tl i k eq 2 3 5 b ， q 3 4 5 b ，w e r ea n a l y z e db ym e a n so fm a c r oi n s p e c t i o n , o p t i c a lm i c r o s c o p ea n d e l e c t r o n p r o b em i c r o a n a l y s e r ( e p m a ) ，a n dt h ef o r m a t i o nm e c h a n i s m o ft h et h r e ed e f e c t sw e r e i i i 山东人学硕十学位论文 o b t a i n e dt h r o u g ho p p o s i t ee x p e r i m e n t ，w h i c hh a v eb e e ns u c c e s s f u l l ya p p l i e dt op r a c t i c a l m a n u f a c t u r e k e y w o r d s ：h o tr o l l e dp l a t e ；e d g ec r a c k ；v e r t i c a lc r a c ki nt h es i d e ；r a n g ep e e l ；l a i w u s t e e lg r o u p i v 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：襄，兰益日期：趣涩，垦单一 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他 复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：蓼。主荟导师签名：壁型! ( 日 期：塑亟皇! 砂 第一章绪论 蔓皇! 皇! 皇皇皇鼍! 皇曼皇曼鲁量! ! 毫! ! 曼巴詈皇詈鼍! 詈皇! 曼皇! 皇量葛皇! 苎鼍。i , i l l_ i i 1 1 课题的研究背景 第一章绪论 1 1 1 莱钢1 5 0 0 m m 热连轧带钢生产线工艺特点 1 5 0 0 m m 热轧带钢工程是莱芜钢铁集团有限公司十五计划技术改造重点项目， 已于2 0 0 5 年6 月2 9 日正式投产，并于当年8 月实现了月达产【1 1 。 该生产线设计年产热轧钢卷2 0 0 万吨，钢种有碳素结构钢、优质碳素结构钢、 低合金高强度结构钢、管线钢，原料采用16 0 m m ( 7 5 0 1 4 0 0 ) m m x12 0 0 0 m m 连铸坯， 产品规格1 2 2 0 o m m x ( 7 0 0 1 4 0 0 ) m m ，最大卷重为2 1 吨，最大钢卷外径为由 1 9 5 0 m m ，内径为巾7 6 2 m m 。产品执行g b 7 0 9 8 8 、g b 7 1 0 9 1 、g b 9 1 2 8 9 等。产品 方案见表l l 。 表1 1 莱钢1 5 0 0 m m 热连轧带钢生产线产品方案 生产工艺流程：连铸坯加热叶粗除鳞箱除鳞一e i 、r l 可逆粗轧一热卷箱_ 开卷 _ 飞剪切头尾_ e 2 、f i - f 6 精轧机组精轧_ 层流冷却_ 卷取_ 卸卷、打捆一检查、 称重一收集_ 入库。 合格的连铸坯可采用热装或冷装，出炉温度为11 5 0 1 2 0 0 。c 。e l 、r 1 组成可逆 l ij 东大学硕十学位论文 i 粗轧机组( 可逆轧制3 5 道次，e l 之前的高压水除鳞装置可清除粗轧产生的二次氧 化铁皮) 。r l 采用具有较高刚度的四辊可逆轧机。粗轧机组e l 、r l 车l 机设有自动位 置控制系统。为缩短车间长度，r l 末道次粗轧机组具有与热卷箱连轧连卷功能。 中间坯经热卷箱卷成热卷，然后移至开卷工位，铲头、开卷、切头后至精轧机组。 精轧机组由1 架立辊、6 架平辊轧机组成，即e 2 、f i f 6 。精轧机组f 1 f 6 压下系 统为全液压压下，并设有液压a g c 自动厚度控制系纠2 】和正弯辊装置。f 1 f 6 工作 辊设有轴向横移装置，可降低轧辊热凸度并使轧辊磨损均匀，从而提高轧辊使用 寿命。 带钢离开各架轧机时，活套装置自动下降复位，可根据用户需要切除带钢尾 部不规则部分。精轧机架间设有喷水冷却装置，用于控制终轧温度。精轧机组后 设置x 射线测厚仪和光电式测宽仪，其中测厚仪参与液压a g c 监控。 出精轧机的带钢经空冷后进入带钢层流冷却装置，若干组喷水管头上、下对 应，分别对带钢上、下表面喷水冷却，并根据要求自动调节喷水组数和水量，使 带钢由终轧温度8 5 0 。c 以上冷却至所要求的卷取温度5 5 0 6 5 0 左右。 1 1 2 莱钢1 5 0 0 m m 热连轧带钢生产线设备特点 2 1 加热炉。步进梁式加热炉2 座，有效尺寸为4 2 0 0 0 m m x l 2 8 0 0 m m ，燃料为混 合煤气，额定加热能力为2 4 0 t h ( 冷坯) 、2 6 0 t h ( 热坯) ，加热温度为 1 1 5 0 1 2 5 0 。 2 粗除鳞箱。设有喷嘴4 4 个，上、下各两排，上下4 根集管可同时使用；也可 上下2 根集管单独使用，喷嘴压力不小于18 m p a 。 3 e l 立辊轧机。采用上传动型式。轧辊尺寸为巾1 0 0 0 由11 0 0 m m x 5 0 0 m m ， 最大轧制力为2 5 0 0 k n ，最大轧制力矩为2 0 0 k n 1 1 1 ，1 台主电机功率为 1 4 0 0 k w ，d c ，转速为118 3 0 5 r m i n 。 4 r l 四辊可逆轧机机列。工作辊尺寸为由9 8 0 巾1 0 5 0 m m x1 5 5 0 m m ，支撑辊 尺寸为巾1 2 5 0 由1 3 5 0 m m x l 5 0 0 m m ，最大轧制力为3 5 0 0 0 k n 。最大轧制力 矩为2 x 2 0 0 0 k n m ，2 台主电机分别传动2 个工作辊，功率为6 0 0 0 k w ，a c ， 转速为5 0 1 0 0 r m i n 。粗轧后带坯尺寸为1 7 3 0 m m x 7 0 0 1 4 0 0 m m ，最高带坯 温度为1 1 0 0 。 第一章绪论 5 e 2 立辊轧机。采用上传动形式，轧辊尺寸为巾4 6 0 巾5 0 0 m m x 3 0 0 m m ，最 大轧制力为6 0 0 k n ，最大轧制力矩为6 0 k n 1 1 1 。2 台主电机功率为2 0 0 k w ， d c ，转速为3 1 5 1 0 0 0 r m i n ，背包水冷。 6 精轧机组四辊轧机机列。精轧机组四辊轧机机列由f 1 f 6 组成，采用全液压 压下，轧机最大开口度为6 0 m m 。精轧机组采用恒速轧制，f 6 轧机最大出 口速度为1 2 6 m s 。 在近些年的实际生产中，该生产线生产的部分q 2 3 5 b 、q 3 4 5 b 等热轧板陆续出 现了裂边、边部侧面纵裂、橘皮等缺陷，本文针对此三类缺陷的形成原因做了研 究。 1 2 课题的研究意义 热轧板主要用于船舰、桥梁、锅炉、容器、石油化工、工程机械及国防建设 等方面，在国民经济发展中具有非常重要的地位，对促进国民经济发展发挥着重 要作用。其品种繁多，使用温度区域较广( - 2 0 0 6 0 0 c ) ，使用环境复杂，使用要 求高。 折叠沟痕、切边纵裂、普通边部纵裂、角部裂纹、裂边、边部侧面纵裂、橘 皮缺陷等是热轧板生产的几种常见边部缺陷，大多数用户在使用过程中会对轧板 进行切边处理，消除边部缺陷的不良影响。但有一部分用户因为现场使用要求， 不能对轧板进行切边，这些缺陷就会严重影响其使用性能。进行热轧板边部常见 缺陷的形成规律研究，采取相应措施减少边部缺陷废品率，对指导热轧板生产， 提高产品质量及成材率具有重要意义【2 】。 在上述七种缺陷中，关于折叠沟痕、切边纵裂、普通边部纵裂、角部裂纹的 研究已有很多，其各自的产生机理也得到了较为详细的揭示，而关于裂边、边部 侧面纵裂、橘皮缺陷的研究则相对比较少，研究裂边、边部侧面纵裂、橘皮缺陷 的产生原因，揭示其产生机理，对于全面了解热轧板生产状况，提高热轧板生产 质量具有重要的作用。 山东大学硕十学何论文 1 3 课题的研究内容 究： 通过现场采集信息、实验分析、理论分析等手段，分别对以下内容进行了研 1 、4 0 m m 厚q 3 4 5 b 、5 9 m m 厚q 3 4 5 b 热轧板裂边缺陷形成原因； 2 、3 7 m m 厚q 2 3 5 b 、l1 6 r a m 厚q 2 3 5 b 热轧板边部侧面纵裂缺陷形成原因； 3 、4 4 m m 厚q 2 3 5 b 、9 1 m m 厚q 2 3 5 b 热轧板边部橘皮缺陷形成原因； 4 、热轧板裂边缺陷形成规律； 5 、热轧板边部侧面纵裂缺陷形成规律； 6 、热轧板边部橘皮缺陷形成规律； 7 、热轧板裂边、边部侧面纵裂、边部橘皮三种缺陷形成原因之间的联系。 1 4 课题的研究方法 4 表1 2 课题研究所涉及的材料 依据现场提供的样品，分别对表1 2 中的实验材料进行了研究。 采用了以下实验及检测手段： 1 在莱钢板带厂生产现场，根据缺陷特征进行取样，选取合适部位制成金相 试样，并同时取正常处试样做对比研究。 2 在山东大学高分辨分析中心，利用j x a 8 8 0 0 r 电子探针显微分析仪观察缺 陷处形貌，并得出缺陷处及正常处微区成分。 第一章绪论 i i_ i l li | 3 在山东大学材料学基础实验室利用日本尼康公司的大型倒置金相显微镜 进行夹杂物评级。 4 光学显微镜观察显微组织。 5 山东大学硕十学位论文 2 1 热轧板概述 2 1 1 国内热轧板生产情况 第二章文献综述 近几年来，国内外热轧板生产技术均有了长足的进步。国内热轧板生产技术 的进步主要体现在： 1 连铸板坯迅速增加，厚板连铸比已占绝对优势，钢锭与初轧板坯被淘汰， 且钢的纯净度大大提高，钢材表面质量光洁，清理量很少； 2 加热炉采用了步进梁式，并使用出钢机，实现了热装热送操作，使热装率 4 0 ： 3 轧机加大，刚度增加，主传动容量扩大，适应了控轧与板形控制的要求， 并完善了h a g c 装置和板形控制装置，成材率显著提高； 4 已普遍采用快冷装置，并与t m c p 相结合，成为一项必需的设备； 5 采用附设立辊轧机的生产厂家越来越多，该轧机在平面板形控制过程中可 减少切边量； 6 实行控轧控冷，使热矫直机能力加强，并采用组合式矫直机，使矫直范围 扩大； 7 冷床采用步进格板式和辊盘式，使钢板下表面划伤减少； 8 已开始积极采纳超声波探伤法检查钢板内部缺陷； 9 采用剪切线用滚切式双边剪和定尺剪，不但剪切质量好，且生产率高，满 足了轧机能力的要求； 1 0 成品钢板的喷字、打印、贴标等工作已取消了人工操作； 11 取样与废边收集、钢板检验及成品仓库。 从上述分析可见，国内热轧板生产技术正逐年完善，且有很大的进步。但就 热轧板国内生产的质量方面还存在很多问题，这其中包括： 1 外观质量差，主要是尺寸偏差大和板形不良。厚度偏差一般达0 2 5 0 5 m m ， 宽度偏差一般达4 0 5 0 m m ，长度偏差最大达5 0 m m ，不平度一般达 6 第二章文献综述 - - i , = ! 詈鼍詈皇詈鼍曼皇曼詈曼詈詈詈! ! ! ! ! 詈詈! 皇皇! ! ! 皇! 喜皇皇! 皇! 皇! 曼詈詈皇! 詈詈皇曼皇詈詈曼! ! ! 皇曼! 皇皇皇詈葛詈曼皇皇詈暑詈皇量皇 1 0 4 0 m m m 。 2 内在质量低。与国外同钢号同规格钢板相比，我国中厚板的强度一般低 3 0 5 0 m p a ，且波动范围大，性能不稳定。另外，钢质不纯，硫、磷、氢 含量高，波动范围大，夹杂多、结晶不良，经常出现钢板的分层、夹杂、 气泡、白点、内裂、偏析等内部缺陷，造成钢板的废品率高，成材率低。 2 1 2 国外热轧板生产情况 热轧宽带钢是重要的钢材品种，对整个钢铁工业的技术进步和经济效益有着 重要影响。发达国家热轧宽带钢产量约占热轧钢材的5 0 以上，并在国际市场竞争 中居于领先地位。国外热轧宽带钢生产的技术进步表现在以下几方面： 1 热带钢无头轧制技术。无头轧制技术能稳定生产宽薄带钢及超薄热轧带 钢，其宽厚比可由传统热连轧的8 0 0 ：1 提高至u 1 0 0 0 ：i ，并能应用润滑轧制及 强制冷却技术生产具有新材料性能的高新技术产品。 2 薄板坯连铸连轧技术。它主要有紧凑式热带钢生产工艺c s p ( c o m p a c ts t r i p p r o c e s s ) 、在线热带钢生产工艺i s p ( i n - l i n es t r i pp r o d u c t i o n ) 、灵活式薄板 坯轧制工艺f t s r ( f l e x i b l et h i ns l a br o l l i n g ) 和连铸直接轧制工艺 c o n r o l l 等1 0 余种类型。德国s m s 公司开发的c s p 工艺已成功地轧制出 厚度为0 8 n u n 的薄带钢产品，并已经广泛应用在家用电器、建筑工业等领 域；奥钢联( v a i ) 开发的c o n r o l l - i - 艺也成功地生产出厚度为0 9 i i 皿 1 0 m m 、表面质量极好的热轧薄带钢，可用作汽车的外露部件；美国至今 已经投产的薄板坯连铸连轧生产线达5 0 条，生产能力5 x 1 0 7 v 年。 3 铁素体区轧制生产工艺。它又称相变控制轧制，是由比利时冶金研究中心 于1 9 9 4 年开发的一项轧制新技术，当初主要目的就是用薄规格的热轧带钢 取代1 o m m - - 2 o m m 厚度范围的冷轧产品。铁素体区车l s a j 生产工艺的发展 目标是生产薄( 超薄) 规格优质深冲板。l 1 v 公司的印地安那哈伯厂4 0 的 超低碳钢产品采用铁素体区轧制生产，a r v e d i 公司采用铁素体区轧制生产 的超薄热轧带钢已占其产量的2 5 。 4 铸轧薄带钢的c a s t r i p 工艺。这种工艺由美国纽柯钢铁公司、澳大利亚 b h p 公司和日本i h i 公司联合开发，2 0 0 3 为纽柯公司成功建设了世界上第 7 山东人学硕十学位论文 一套全商业化的双辊铸轧薄带钢生产线，用来生产碳钢和不锈钢。与常规 连铸和轧钢技术相比，这种工艺具有投资省、运行费用低、节能环保、废 气排放少等优点。目前，这套全商业化的薄带钢双辊铸轧机可年产2 0 r a m 以下薄规格带钢5 x 1 0 5 t 。该铸轧机采用的钢包容量为11 0 t ，铸轧机双辊直径 为5 5 0 0 m m ，最高连铸速度为1 5 0 m m i n ，常用连铸速度为8 0 m m i n ，出口带 钢厚度为0 7 m m - - 2 0 r a m ，宽度为1 0 0 0 m r n - - - 2 0 0 0 r a m 。 目前，国外窄带钢的发展呈停滞状态，产量和质量均不高，对窄带钢的需求 多采用将宽带纵切的办法，成本偏高。 2 1 3 热轧板生产工艺流程 现代钢铁工业热轧板生产一般分三步进行： 第一步，在氧气转炉或电弧炉中进行冶炼； 第二步，在钢包精炼炉中精炼，对钢的温度和成分进行调整； 第三步，庄连铸机上浇注成连铸坯，并在轧机上轧制连铸坯为成品钢材。 2 1 4 热轧板主要缺陷 2 1 4 1a 类缺陷 1 麻点【3 4 】：产生原因是钢板收集慢( 垛板台影响) ，设备故障多而导致钢 坯在炉内时间长，待温操作不合规范，高压水量不足，除鳞喷嘴堵塞等。 这些因素有时单独影响有时交叉影响。 2 折叠、划伤：产生原因是短滑坡落差大，煤气中因硫含量高，滑块易结瘤， 造成板坯表面折叠、划伤。 3 厚度不合：主要原因是操作水平不高，出口板公差带要求较窄，而检测与 控制手段落后。 4 长度、宽度不合：除与操作水平有关外，厚度控制不稳定对钢板长度控制 也有较大影响。 2 1 4 2b 类缺陷 1 夹杂：产生原因是连铸结晶器卷渣。 2 结疤：因板坯“胡子”清理不净而造成。 第二章文献综述 3 分层【4 ，5 】：厚规格钢板出现的比例较高，主要与连铸结晶器卷渣、板坯夹 杂和中心裂纹有关。 2 1 4 3c 类缺陷( 裂纹缺陷) 热轧板表面裂纹是指钢板表面形成的一条或多条长短不一、宽窄不等、深浅 不同、形状各异的条形缝隙或裂缝。通过对热轧板表面缺陷的统计分析，发现表 面裂纹缺陷约占全部缺陷的5 0 左右，这不仅导致不良品率升高、合格率下降，而 且也是造成表面修磨量增加、降低热轧板产品质量和经济效益的重要原因。从裂 纹位置看，9 0 2 6 的裂纹出现在钢板边部和头尾部。而综合其发生位置和形态， 裂纹可分为： 1 表面纵裂纹。纵裂纹一般有两种形式：一是成片出现的沿轧制方向裂开的 小裂口；二是有一定宽度的粗黑线状裂纹。纵裂纹主要出现在碳素结构钢 钢板表面，有时也出现在低合金类钢板表面，但量较少；一般钢板越厚， 越易出现。多发生在钢板厚度方向上的1 2 和1 4 处，纵裂纹破坏了钢板的 横向连续性，对钢板危害很大，通常导致钢板判废的可能性很高。 2 表面横裂纹。热轧板表面横裂纹的表现形态为：横裂纹基本与钢板的轧制 方向呈3 0 9 0 0 夹角，分布的位置、数量、状态、大小各异，具有一定深度 和长度，多位于板面或棱边处。横裂纹破坏了钢板纵向的连续性，严重的 可导致钢板判废。 3 表面龟裂。龟裂一般多产生在高碳钢和合金钢等大截面产品表面，裂纹呈 龟背状，一般长度较短，多呈弧形、人字形，方向各异。龟裂常伴随或衍 生出其他形态的裂纹，其深度基本超过钢板的厚度负偏差之半，严重时产 品会在堆垛中被压断，因此被判废的可能性较高。 4 表面微裂纹。在钢板表面的不同部位出现一些不易辨别的、形状不规则、 缝隙细小、长度不廉、形态凌乱的裂纹，这种裂纹有的分散，有的成簇分 布，有时会布满钢板表面，有时沿钢板横向分布，有时与其他形态的裂纹 或缺陷伴随。如果钢板表面存有微清理的微裂纹，在成型加工中很容易在 工件的外侧面出现显著的裂纹甚至开裂。 9 2 1 1 5 热轧板表面裂纹缺陷成因概述 热轧板的表面裂纹缺陷依据其形态和发生的位置可分为：表面纵裂纹、表 面横裂纹、龟裂、微裂纹等其形成原因分别如下所述。 2l51 热轧板表面横裂纹缺陷成因概述 热轧扳表面横裂纹的表现彤态如图2 - l 所示，横裂纹基本与钢板的轧制方向呈 3 0 9 0 。夹角分布的位置、数量、状态、大小各异，具有一定深度和长度，多位于 板面或棱边处，横裂纹破坏了钢板纵向的连续性，严重的可导致钢板判废 蔫 ，* 巳里墅曼 ：整：毒饕溪鏊垂霪囊雾 热轧板表面横裂纹主要是由铸坯表面横裂纹在轧制中扩展而导致的开裂，或 足不明显的铸坯横向裂纹在钢坯横向轧制时扩展和开裂形成的。其多出现在铸坯 内弧振痕的波谷处，振痕越深，横裂纹越严重。在振痕底部。一般存在s 、p 等元 素的正偏析，还常有保护渣，降低了钢的高温塑性：此外，a i n 及微合金元素的碳、 氮化台物等易在此处的奥氏体晶界上沉积而产生应力集中。因此，在振痕尤其是 钩状振痕的底部很易产生横向微裂纹。当铸坯在运行中，受外力( 弯曲、鼓肚、 辊子不对中及矫直等) 作用，使刚好处于低温脆性区的铸坯表面受拉伸应力时， 会使振痕波谷处的微裂纹扩展成横裂纹或产牛新的横裂纹。由此可见，影响其横 裂纹的主要因素如下： 1 钢的化学成分。主要是指影响钢材热塑性的化学成分，如s 、a i 、n b 、v 等，这些元素极易与钢中的c 、n 等元素结合，然后在奥氏体晶界析出， 阻碍奥氏体再结晶的进程井弱化晶界强度，从而降低了钢的高温塑性。 2振痕。振痕越深越容易 i 现横裂纹，有研究指出，当负滑脱时i n j 在01 6 s 以上时，提高振痕频率、降低振幅可降低振痕的平均深度。当结晶器液面 波动范围大时，也易出现较深的振痕，所以应注意入水口的浸入位置、拉 坯速度等，以保持结晶器液面的稳定。 3 矫直温度。连铸机矫温度对铸坯表面横向裂纹的影响至关重要。当铸坯在 7 0 0 9 0 0 c 热脆文牍区矫直时，铸坯在低温塑性状忐下，受矫直机机械力 的作用，铸坯表面容易在拉应力作用下产生横裂纹。为避免其形成，可采 用平稳的弱冷却，使矫直时铸坯的表面温度高十质点沉淀温度或高于w n 转变温度，避开低塑性区。 215 2 热轧板纵裂纹成因概述 纵裂纹一般有两种形式：一是成片出现的沿轧制方向裂开的小裂口如图2 2 a 所示；二是有一定宽度的粗黑线状裂纹，如图2 2 b 所示。 叠盈 灏穗j t 孵强鼋零惜褥f 三f 菇f 辱7 f _ ：；i = _ ；奎i 誉 鲁。 辱釜l 圈2 - 2 热轧板常见纵裂纹 纵裂纹主要出现在碳素结构钢钢扳表面，有时也出现在低合金类钢板表面， 但量较少；一般钢板越厚，越易出现。多发生在钢板厚度方向上的1 2 和1 4 处，纵 裂纹破坏了钢板的横向连续性，对钢板危害很大，通常导致钢板叛废的可能性很 高。影响钢板表面纵裂纹的因素很多，其中铸坯原始纵裂纹是导致钢板纵裂的主 要原因。铸坯纵裂纹主要是因铸坯在结晶器弯月面区韧生坯壳厚度不均，在坯壳 薄弱处产生应力集中，使其承受的力超过坯壳高温强度而萌生微裂纹，出结晶器 后在二冷区继续扩展形成纵向裂纹。凡是影响初生坯壳凝固均匀性的因素对纵裂 纹的产生都有影响，如碳含量、钢液成分及夹杂古量、钢液温度控制、浸入式水 口设计与插入温度、结晶器保护渣性质、结晶器导热均匀性、结晶器液面波动等。 在轧制过程中，若铸坯纵裂纹未能焊合，则沿钢板轧制方向进一步扩展成纵 向开裂。其一般特征是裂纹周围存在明显脱碳层，图2 3 是图2 - 2 b 中所示裂纹处的 显微组织。由图2 3 可见，裂纹周围脱碳明显且密布着许多小颗粒，而这些小颗粒 主要为氧化物，它们的存在加剧了裂纹的产生和扩展。 此外，钢中大量气泡的存在或连铸坯特定部位产生的线状夹杂分布带，在加 热及轧制过程中，也可能形成沿受力方向延伸的小裂纹，并在进一步扩展后形成 暴露r 表面的纵向裂纹 艘 热轧板边裂产生的原因主要包括： 1连铸坯角部有表面( 皮下) 缺陷，主要是横微裂和皮下气泡，经过轧制变 形后，发展成为呈m 状、倒v 状、“雨点”状和“鱼鳞”状的边峰裂。】； 里m 状和倒v 状的中厚扳边部裂纹缺陷，其基体上一般都有大量的氧化 亚铁，周边均分布着高温氧化圆点，说明铜板这部分边部裂纹缺陷均由原 铸坯表面裂纹缺陷演变而来j 。加热和轧制工序都会不同程度地促进板坯角 部表面( 皮下) 横微裂纹的发展。如果加热炉结构不合理，控制手段差，煤 气发热值离散度太，就会诱发微裂纹的发展而且下表面普遍比上表面突 出。加热炉的零压面位于滑道的上表面，铸坯的下表面基本上常处于负压 的氧化性气氛加热状态，只要炉膛压力发生细微的波动，在高温状态下， 氧沿着微裂纹的扩散和渗透要比上表面剧烈得多。同时，煤气发热值极不 稳定，其配比变化频繁。当煤气发热值瞬间由商变低时原来配比的空气 显然用不完，过剩的空气使负压区氧化气氛剧增，一旦裂纹敏感铸坯处于 高温区段，潜在的微裂纹就会迅速扩展，在后续的轧制过程中因压缩比的 限制而无法缓解时，必定表现为宏观裂纹缺陷。当然，预热速度过快，在 高温段停留时间过长，以及轧制时侧压分配失当，或在低温脆性区压下量 过大，对裂纹也有一定的扩展效应。 呈“雨点”状和“鱼鳞”状的中厚板边部裂纹缺陷一般气体含量较高。 钢中气体含量高【l ，与浇铸系统干燥不充分、保护渣水分含量较高及水口 吹氩量过大等因素有关j 4 , 1 5 。由于钢水中气体含量较高，因此在结晶器急速 凝固过程中钢水中的气体来不及逸出而“集聚”于连铸板坯激冷层并形 成气泡。对十露出铸坯表面的气泡 而对于皮下气泡，由于深度不一， 进行轧制加热前可进行表面处理消除， 很难被清理。在轧制时，皮下气泡中的 气体则从铸坯表层“逃脱”，气泡朱焊合，也暴露在中厚板表面，形成袁 而缺陷。而且，中厚板边部裂纹形貌与其厚度有关，随着轧制中轧板厚度 的递减，即变形量增大，其边部裂纹形貌也由“雨点”状逐渐变大。如果 铸坯存在蜂窝状皮下气泡，钢板边部裂纹则会呈现“鱼鳞”状。 2 轧制工艺参数控制不好，导致铸坯边部上下表面变形不均匀，在轧扳边部 形成不连续的纵向微裂纹】1 - 1 3 1 。 生产中常可发现，连铸坯经剥皮检验，角部表面质量台格但轧制后， 轧板边部却出现一条不连续的纵向微裂纹口】。这类裂纹产生的主要原因是轧 制中轧板的边部h i 均匀变形【l ”。用中厚板生产的毛边板一般均存在太小面 之分，毛边板的侧边形状可分为“均匀双鼓”，“非均匀双鼓”以及“单 鼓”3 类共5 种情况，如图2 4 所示。 钢板的大小面源于轧制时边部的不均匀变形，且主要发生在轧件横轧 展宽过程中。坯料在横轧展宽时轧件上面的延伸明显大于下面，经多道 次展宽轧制轧件形成大小面积鼓，其中线处于轧件厚度的l ，3 处，如图2 5 所示。轧件展宽后进人纵轧，此时轧件头尾部的不均匀变形部位移到侧边 部，在随后的纵轧中侧边的双鼓中心线处( 板厚下1 ，3 处) 形成折叠。 轧制时坯料e 下表面温度差也会影响轧件上下面的变形程度。扳坯在 j j u 热时，由于加热炉炉底水管及炉坑的影响，坯料的f 表面温度一般低于 上表面，从而使f 表面变形抗力大于上表面，钢板也因此出现大小面。轧 件在轧制中存在翻平宽展随边部翻平，原连铸坯的角部将逐步转移到钢 板的板面上。轧件在展宽轧制时的不均匀变形，使钢板小面上的坯料角部 内移量大于大面。连铸板坯角部薄弱面为角部与板坯表面4 5 0 晶界面，如图 2 - 6 所示。该晶界面( 三角区) 处容易聚集低熔点夹杂物，较脆弱，是中厚 板边裂的裂源。 镂幽勰 刚m丽 圈2 - 5 边部形成双鼓的轧件图2 币连铸坯角部薄弱区域 215 3 热轧板表面龟裂成因概述 龟裂一般多产生在高碳钢和合金钢等太截面产品表面，裂纹呈龟背状一般 长度较短，多呈弧形、人字形，方向各异。龟裂常伴随或衍生出其他形态的裂纹， 其深度基本超过钢板的厚度负偏差之半，严重时产品会在堆垛中被压断因此被 判废的可能性较高，形成龟裂的主要原因有： 1 钢坯在加热过程中若加热温度或加热速度控制不当时，会造成钢坯局部过 热，过热部分将出现一定深度的脱碳层，使钢的塑性降低，在轧制中因表 面延伸产生的张力作用而导致开裂。 2 含碳量高的坯料在较低温度进行火焰清理时，表面温度骤然升高引起热应 力或在清理后的冷却过程中产生组织应力，从而使坯料表面炸裂。 3 台c u 钢中的c i l 易向表面扩散，在钢表面及氧化铁皮下富集一薄层熔点低 于1 1 0 0 的富c u 合金，其在1 1 0 0 以上熔化并侵蚀钢表面晶界在轧制时 钢板表面会沿境界发生热脆开裂。 4铸坯表面原有的网状裂纹或星形裂纹在轧制中进一步扩展而导致开裂。 21 54 热轧板表面微裂纹成因概述 在钢板表面的不同部位出现一些不易辨别的、形状不规则、缝隙细小、长度 不廉、形态凌乱的裂纹，这种裂纹有的分散，有的成簇分布，有时会布满钢板表 面，有时沿钢板横向分布，有时与其他形态的裂纹或缺陷伴随，其典型特征如图 2 7 所示。如果钢板表面存有微清理的微裂纹，在成型加工中很容易在工件的外侧 面出现显著的裂纹甚至开裂。 第二章文献综述 单纯的微裂纹，通常清理后深度小于钢板厚度负偏差之半，对钢板质量性能 影响较小；而与其他形态的裂纹或缺陷伴随出现的微裂纹对钢板质量性能的影响， 多取决于缺陷的严重程度。微裂纹产生的原因是多方面的，大多数与其他形态的 裂纹或缺陷伴随出现，基本上是其他形态裂纹或缺陷的衍生形态，其原因与相关 联的裂纹或缺陷相同；其单独出现时，主要原因是： 1 连铸机的冷、二冷、拉速工艺制度不合理，或保护渣选用不合理、受潮， 都会使铸坯表面出现许多微裂纹，在轧制中进一步暴露和扩展，导致钢板 表面形成细小裂纹。 2 有些钢种因加热速度和加热温度不当，钢坯表面会出现热裂纹或少量脱 碳，使塑性降低，在轧制过程中沿钢板表面形成细小裂纹。 3 钢坯中存在的皮下气泡、皮下夹杂在轧制中暴露，形成微小裂纹。 4 在蓝脆区( 2 5 0 3 0 0 ) 剪切钢材时，由于钢材塑性变差，因而当钢板表 面受拉应力作用时，也会产生微裂纹。 2 1 6 热轧板表面裂纹小结 热轧板表面裂纹的形态多种多样，其产生的主要原因如下： 1 因炼钢、连铸工序操作不当，而在铸锭表面出现的横裂纹、纵裂纹、结疤 或皮下气泡等缺陷，在进一步轧制中会演变成裂纹； 2 当坯料加热制度不合理，钢坯过热或过烧，表面出现脱碳等现象时，会使 坯料塑性变差，在轧制时易出现裂纹； 3 当坯料加热不均、温度过低时，轧制时轧件各部分的延伸和宽展不一致， 山东大学硕十学位论文 应力不均时易产生裂纹； 4 在低温脆性区矫直或剪切时易产生裂纹。 为预防裂纹的形成和减缓裂纹的不良影响，在生产管理中应注意以下几点： 1 控制好钢的化学成分，减少铸坯的各种表面缺陷； 2 严格检查铸坯质量，不合格时不投产； 3 严格原料的加热操作制度，控制好加热速度、加热温度并保证均匀加热； 4 完善轧制制度，制定合理的轧制温度、压下量和翻钢道次，防止低温轧制； 5 防止在低温脆性区矫直、剪切。 2 2 氧化铁皮的形成机理及影响因素 2 2 1 钢在加热过程发生氧化的基本条件 钢在加热过程发生氧化的基本条件是： 1 必须有氧或氧化性介质的存在，如二氧化碳、水蒸气等； 2 氧和铁接触，并进行相互扩散； 3 具有一定的化学反应条件，如温度、化学浓度、时间等。 钢坯在室温下就开始氧化，它是一个缓慢复杂的过程，首先是氧向钢坯表面 扩散，然后吸附进行化学反应，生成氧化铁，向钢坯内部扩散，随着温度的升高， 反应速度加快。钢坯加热温度与钢坯氧化烧损铁皮厚度有着直接的关系。温度越 高，单位时间内生成的氧化铁皮量就越多。加热温度与钢坯氧化烧损的关系成指 数关系，单位面积上生成的氧化铁皮量w 与温度t 有如下关系【5 , 1 6 1 ： w = a + 5 e - b r ( g c m 2 ) ( 2 1 ) 式中： p 时间m i r a t 温度，在6 0 0 11 0 0 。c 温度范围内； a = 6 1 3 0 ：b = 9 0 0 0 。 由式2 1 可知，单位面积上生成的氧化铁皮量w 与温度t 呈指数关系。其速 率的增加是非常快的。钢在6 5 0 以下时基本上不生成氧化铁皮；当其温度超过 7 6 0 时氧化铁皮厚度就达到可以测量的程度；当炉内温度超过8 0 0 c 时，氧化铁 1 6 第二章文献综述 皮厚度就显著增加。由式2 1 也可以看出，加热时间与氧化烧损成正比，即在相 同的条件下，加热时间越长，氧化生成的铁皮越厚，钢的氧化烧损越多。尤其是 钢在高温条件下，停留时间越长，氧化铁皮生成量就越大。另外，钢周围的气体 氛围对氧化铁皮也有较大的影响【1 7 】。 2 2 2 铸坯在加热炉中的氧化 粗轧前需要对铸坯加热，铸坯在加热炉中会形成很厚的一层氧化铁皮。通过 对不同在炉时间下的氧化铁皮进行金相分析，发现氧化铁皮分三层，表面层是具 有灰色金属光泽的致密的f e 2 0 3 ，中间层为f e 3 0 4 + f e o ，里层为f e 2 0 3 + f e o 3 , 1 8 】。在 工业生产中，需在热轧前对板坯表面进行高压喷水除鳞处理。若氧化铁皮在除鳞 处理中未彻底清除，* l n 时氧化铁皮就会被压入钢板而造成表面缺附1 9 1 。这给热 轧板坯的正常生产及随后的深加工造成了严重危害。 2 2 3 轧制过程中的氧化 热轧轧制过程中，也伴随着氧化铁皮的形成，轧制过程中形成氧化铁皮缺陷 的因素有很多，不同原因造成的氧化铁皮在宏观形貌和程度上差别很大。在不同 温度条件下，轧件表面生成氧化铁皮的成分不同凹刃】：当温度低于9 0 0 时，带钢 表面的氧化层主要是f e o ，并带有少量的f e a 0 4 ，而没有f e 2 0 3 ；当温度高于9 0 0 时，随着温度的升高，带钢表面的氧化层中f e o 减少，f e 3 0 4 增多，同时生成f e 2 0 3 ， 氧化层的厚度变厚。在这三种铁的氧化物中，只有f e o 类型软而具有塑性，允许被 塑性变形，变形后在带钢表面形成一层薄而均匀的f e o 氧化膜，在热轧酸洗后仍然 可以得到光滑的表面。而f e 3 0 4 和f e 2 0 3 没有塑性，不允许被塑性变形【2 2 2 3 1 。 2 2 4 氧化铁皮分类及成因 从氧化铁皮的形成原因来看，氧化铁皮主要分为四类：一次氧化铁皮、二次 氧化铁皮、三次氧化铁皮和红铁皮。 一次氧化铁皮主要是在加热炉内以及由粗轧侧压不充分、除鳞不彻底所致。 从成分上看，含有炼钢保护渣的成分，与基板结合较紧密，呈片状覆盖在钢板表 面，分布无明显规律【2 4 ，2 5 1 。二次氧化铁皮主要是由于粗轧过程中，除鳞水系统故 山东大学硕十学位论文 障