1250热轧带钢冷轧基料“起皮”缺陷成因探究.doc

1250热轧带钢冷轧基料“起皮”缺陷成因探究高鑫，孟宪成 （德龙集团技术中心，北京，100070）摘要：针对公司下属某厂1250生产线大规模出现的“起皮”缺陷问题，研究了冷轧基料边部缺陷的宏观和微观特征，通过对冷轧基料和后续冷轧薄宽带钢缺陷组织金相观察、电镜和能谱分析，确定了带钢边部“起皮”原因，并介绍相应措施以消除和减少该缺陷。关键词：冷轧基料；带钢； 起皮 The Discussion of “Shell” defect about cold-rolled based material steelGAO Xin， MENG Xian-cheng，(Technology center of Delong holdings limited，Beijing 100070，China)Abstract：For the major “Shell” defect problem in 1250mm production line of subsidiary factory, macro and micro characteristics of Cold-rolled Based Material Steel edge defects are studied, by metallographic observation, electron microscopy and EDS about Cold-rolled Based Material Steel and follow-up cold-rolled thin wide strip defects organization, the reasons of strip edge “Shell” was analyzed and appropriate measures to eliminate and reduce the defects was introduced. Key words: Cold-rolled Based Material Steel;Strip; Shell1 前言随着钢铁工业的发展，对热连轧生产线带钢表面质量的要求不断提高，带钢表面质量的好坏已经成为了衡量企业产品质量的重要指标。表面质量缺陷主要有擦伤、划伤、锈蚀、粘结等，但最常见的是线、条、片状“起皮”缺陷。“起皮”缺陷英文名称为“Shell”和“Seams”，作为一种常见的带钢缺陷，在美国LTV、台湾中钢、宝钢、攀钢、本钢、唐钢、邯钢、鞍钢等多家钢铁企业均不同程度的出现过1-7。本文对德龙生产的冷轧基料在后续生产过程中出现的“起皮”问题进行简要分析。2 “起皮”缺陷的宏观形貌我公司下属某企业1250生产线上的热轧板卷“起皮”缺陷集中在带钢上表面距离边部2060mm内，该缺陷沿轧制方向分布没有明显规律性，其宏观形态主要有两种：一种是间隔或成串地出现面积较大的“起皮”，翘起部分或张开，或折叠，有的“起皮”伴着氧化铁皮共同存在（图1a）；另一种沿轧制方向呈针状分布，中间似裂纹状开裂（图1b）。图1 “起皮”缺陷的宏观形貌（b）（a）3 “起皮”缺陷的微观组织形貌对第一类“起皮”缺陷样品经过超声波清洗后直接观察（如图3），在扫描电镜下进行能谱分析，发现“起皮”处有不导电物质存在，其成份中含有Na、Mg、Al、Si、K和Ca等，而含有Ca、Mg等元素成分点的物质在经过超声波清洗后，排除了外来灰尘等物质的影响，其成分比例与保护渣和连铸辅料成分极为相似，说明该成分是在炼钢连铸生产过程中带入的夹渣或夹杂物。图2 “起皮”处的夹杂物图3 “起皮”处裂纹源的显微照片垂直轧制方向将第一类试样的“起皮”部位剖开，对其进行金相观察，从图3的照片中可见，在“起皮”缺陷周围观察到许多细小的氧化原点，缺陷内的成分经扫描电镜能谱分析为结构较为致密的氧化铁。该缺陷的特征以及能谱分析结果与山东泰钢因裂纹引起的“起皮”缺陷特征一致2。因此可以判定该类“起皮”是由铸坯表面或皮下裂纹引起的。王宏霞2等人提出了采用合适的中间包水口、合理的二次冷却制度、性能优良的结晶器保护渣以及对结晶器液面波动进行有效控制是减少裂纹导致“起皮”缺陷的有效途径。图4 “起皮”处裂纹源的夹杂物电镜照片通过对第一类“起皮”缺陷在扫描电镜下进行大量的能谱分析发现很多块状“起皮”缺陷的裂纹处有Al2O3存在（如图4所示）。该物质极有可能是中间钢包水口絮流过程中脱落的物质进入连铸机导致的结果。图5 “起皮”处裂纹源的金相组织照片将第二类“起皮”部位垂直轧制方向剖开，试样金相组织照片如图5所示，从金相照片中可以看出基体与“起皮”部位均为铁素体和珠光体的混合组织，而且晶粒尺寸大小没有明显区别，因此排除了在轧制过程中，由于钢板侧边撞击精轧机组侧导板3或除鳞水冷却不均等原因导致后续机架压入钢板而引起的“起皮”缺陷3。 图6 “起皮”处裂纹源的电镜照片在扫描电镜下寻找第二类“起皮”缺陷的裂纹源，（如图6所示）裂纹源呈现平缓的韧窝状，没有任何的撕裂“台阶”或“河流”状形貌，说明不是由脆性断裂引起的裂纹源，同时对裂纹源进行能谱分析，除个别地方因为试样的长时间放置有少许氧化外，没有发现与基体成分有明显区别的其它元素，排除了由夹杂（渣）或其他硬质相导致的裂纹产生。从而得出该类“起皮”主要是由于铸坯皮下气泡引起的。图7 基料冷轧后的“起皮”照片出现“起皮”缺陷后，公司组织技术人员积极跟踪带钢生产的下游客户，从客户取回的冷轧料缺陷样品的宏观形貌如图7所示，该缺陷在冷轧后的产品呈现出了连续线性分布的管状结构。图8 基料冷轧后的“起皮”缺陷的能谱对多个冷轧料样品进行能谱分析，发现成分中均含有大量的Ca、Si和Al，同时还含有K、Na和Mg而且杂质的粒度较大，说明钢坯中有大尺寸的夹杂（夹渣）存在。而该类缺陷的宏观形貌与首钢皮下夹杂物的形貌一致，能谱分析的结果与首钢X射线能谱成分分析结果均与炼钢保护渣成分相似4，5。另外，在条形管状“起皮”下发现的夹杂物还有FeOAl2O3和Fe2O3颗粒等，这些颗粒也极易引起“起皮”缺陷6。4 原因及相关措施分析德龙冷轧基料“起皮”缺陷的宏观形貌与鞍钢情况较为接近1，冷轧后产品缺陷的宏观形貌与首钢情况相似4，部分微观形貌与泰山钢铁一致2；在低倍照片中观察到了皮下簇状疏松缺陷、表面针孔、皮下气孔等；通过光学显微镜及扫面电镜观察和能谱分析“起皮”部位，观察到了夹杂物、夹渣、表面及皮下裂纹、气泡等“起皮”缺陷的裂纹源；德龙冷轧基料的“起皮”缺陷形貌多样，位置不固定（上下表面，工作侧传动侧，头部或通条都存在）；德龙冷轧基料的“起皮”缺陷原因多样，夹杂物、夹渣、表面及皮下裂纹、气泡等都存在。但引起缺陷的原因主要集中在气泡和夹渣或夹杂物。针对第一类“起皮”缺陷产生的结果，可以断定“起皮”缺陷不是由单一的工艺设备条件引起的，而可能是多种工艺设备因素相互或交替作用的结果。但根本原因还在炼钢的连铸环节，该企业炼钢技术科通过调节钢种的化学成分，减少保护气体的用量，采用合适的中间包水口插入深度、合理的二次冷却制度，更换结晶器保护渣以及对结晶器液面波动进行有效控制等手段，优化炼钢连铸工艺，使得该类缺陷得到了有效的控制7，其中减少连铸过程中的水口总吹氩量对夹渣或夹杂的影响最明显。通过延长钢包软吹时间、减小连铸过程中的水口总吹氩量，减少铸坯组织中的皮下气泡，第二类“起皮”缺陷的数量明显减少。经过一段时间的调整，“起皮”缺陷的数量明显减少，变化关系如图9所示。图9 “起皮”缺陷随时间的变化关系5 结论通过对冷轧基料和后续冷轧薄宽带钢缺陷组织的金相观察、电镜和能谱分析，带钢边部“起皮”缺陷主要是由于夹杂（渣）物和皮下气泡引起的，有的铸坯组织还伴有少量的皮下裂纹。而问题的根本原因发生在炼钢的连铸环节，通过减少连铸过程中的水口总吹氩量，改变中间包水口插入深度等措施使得“起皮”缺陷的发生概率由原来的7.2%降到了1%以下。 参考文献：1 陈新减少热轧钢板表面“翘皮”缺陷试验研究D东北大学，2006.102 王宏霞冷轧板表面起皮缺陷研究J中国重型装备，2009，3：P44-463 彭凯，刘雅政，谢彬，等热轧板结疤缺陷成因分析J钢铁，2003，3（42）：44-464 任群，其其格，鞠新华冷轧薄板表面起皮缺陷的成因探讨J冶金分析，2010，30（Z）：P11195 林宪，王跃华，裘正刚带钢表面“起皮”原因分析及对策J浙江冶金，2005，（1）：19-21 6 孟丽，刘西峰