热轧低碳带钢实物质量分析与提升

1、窗体顶端窗体底端山东冶金2007年第6期热轧低碳带钢实物质量分析与提升栾兆亮，焦 红，张玉华，王 晶（莱芜钢铁股份有限公司，山东 莱芜271104）摘要：针对低碳Q195窄带钢在冷轧中出现起皮、麻点等质量问题，基于生产实践设计了专门的铸坯表面、低倍及带钢表面酸洗跟踪试验，通过成分、金相、裂纹、夹杂以及扫描电镜分析，认为造成带钢表面质量缺陷的因素一是铸坯内部的裂纹、夹渣、皮下气泡、结疤等缺陷，二是铸坯加热和除鳞效果不力，造成表面氧化铁皮的压入。此外，S含量高也是造成铸坯缺陷进而影响带钢质量的因素之一。为此，结合生产实际，从冶炼和轧制两个工序采取了相应的改进措施，改进后带钢表面缺陷率由15.75%

2、降到了2.22%。 关键词：Q195窄带钢；表面缺陷；氧化铁皮凹坑；结疤；麻点 中图分类号：TG335.5+6文献标识码：A文章编号：1004-4620（2007）06-0040-041 前 言热轧窄带钢是莱钢的重点品种之一，主要涉及的钢种有Q215A、Q215B、Q235B、Q195等，原先大部分作为焊管材料。近年来，部分用户采购Q195带钢后进行冷轧，然后用于薄圆管或方管等的加工和制造，由于成本低廉，用量也明显增加。但根据用户的质量反馈和市场调查发现，Q195窄带钢在用户冷轧过程中时常出现起皮、麻点等质量问题。莱钢为了提高产品质量，满足市场日益增长的质量需求，基于生产实践和产品的理化检验分

3、析，对带钢表面质量进行控制，提出针对性的改进措施，促进了产品质量的提高和改进。2 产品缺陷分析根据用户质量反馈和产品质量追踪情况，冷轧后带钢缺陷主要是起皮，其次是细小的破碎状的黑印或鱼鳞状起皮。经过对冷轧后带钢质量缺陷的辨识发现，其主要为表面缺陷，而且是由原材料热轧带钢的质量异常引起的。为了提高Q195窄带钢的综合质量，以降低后续加工带来的废品，对热轧Q195窄带钢进行了实物质量分析。2.1 低倍酸洗试验通过低倍试验的方法对热轧Q195窄带钢进行表面酸洗。为了使所取试样具有代表性，在每炉钢的不同支数上，距头尾510 m处取两个试样，取样长度500 mm，共取试样597炉。酸洗后带钢表面缺陷的宏

4、观形貌见图1。1 / 1图1  酸洗后表面缺陷宏观形貌a）结疤；b）重皮（起皮）；c）、d）氧化铁皮凹坑；e）氧化铁皮凹坑与结疤；f）麻点2.2 酸洗后表面缺陷统计597炉酸洗试样中，有问题的炉次为94炉，占总炉数的15.75%。缺陷种类主要有氧化铁皮凹坑、结疤、麻点，统计情况见表1。表1  低倍酸洗表面缺陷统计情况· 缺陷类型:氧化铁皮凹坑炉数:32占缺陷炉数比例:34.04占试验总炉数比例:5.36· 缺陷类型:结疤炉数:16占缺陷炉数比例:17.02占试验总炉数比例:2.68· 缺陷类型:结疤与氧化铁凹坑炉数:25占缺陷炉数比例:26.6

5、0占试验总炉数比例:4.19· 缺陷类型:麻点炉数:21占缺陷炉数比例:22.34占试验总炉数比例:3.52为了辨识统计缺陷对后续冷轧带钢质量的影响，以统计的3种缺陷为主，选取了部分窄带钢，进行模拟冷轧生产的验证试验。在试验前要求带钢表面酸洗充分，结果见表2。表2  缺陷窄带钢冷轧试验· 缺陷类型:氧化铁皮凹坑试验数量:10冷轧后结果:4支完好，6支细碎鱼鳞状起皮缺陷保留率:60· 缺陷类型:结疤试验数量:10冷轧后结果:全部起皮缺陷保留率:100· 缺陷类型:麻点试验数量:10冷轧后结果:1支完好，9支细碎断续黑印缺陷保留率:90表2显示，结

6、疤缺陷在后续轧制过程中不能够消除，是致命缺陷；麻点仅有1支完好，也是致命缺陷。由于酸洗充分，氧化铁皮凹坑在后续轧制过程中得到了部分的修复，但考虑到在用户大规模生产过程中，不可能将每支带钢酸洗情况全部检查，所以可能存在氧化铁皮去除不净的情况。此外，如果氧化铁皮凹坑较深，则在后续轧制过程中也很容易出现鱼鳞状起皮。所以，此3类缺陷都是致命缺陷，都应加以控制。3 缺陷产生原因分析带钢表面呈现的凹坑尤其是宏观形貌表现为没有明显裂痕的连续状凹陷，一般是由于铸坯加热后开轧之前，表面氧化铁皮去除不净造成的。在酸洗过程中，氧化铁皮压入较轻的，能够酸洗脱落。热轧带钢表面麻点一是由于铸坯存在过多的表面针孔气泡，二是

7、由于细碎的氧化铁皮压入。3.1 带钢金相检验首先对部分热轧窄带钢存在的舌状或鳞状起皮试样进行了金相分析。热轧窄带钢基体组织为铁素体和珠光体（见图2）。图3是热轧窄带钢起皮附近的组织形貌。图4是起皮附近裂纹向钢材内部的扩展。从图4a）可见，裂纹周围发生了较为明显的脱碳现象，这说明带钢表面的结疤起皮是由于连铸坯表面结疤或翻皮等缺陷所致。对裂纹内部物质进行扫描电镜能谱分析，结果显示裂纹内部，存在的主要是氧化铁皮，这也进一步证明了带钢表面的结疤起皮是由连铸坯表面缺陷带来的。图2  Q195热轧窄带钢基体组织100×图3  起皮部分组织 100×a） 裂纹附近脱碳

8、                      b）扩展裂纹                          c） 裂纹显微形态图4 

9、; 起皮附近裂纹向钢材内部的扩展 100×通过金相观察还发现，在带钢内部，还存在裂纹，该裂纹并非从表面延伸而致，而是完全处在钢材的内部，见图5。通过扫描电镜印证，部分裂纹是由于钢材内部夹渣造成的，对裂纹内部物质进行定量分析，结果见表3。从夹杂物化学成分看，该裂纹确是由于夹渣所致。图5  Q195热轧窄带钢内部裂纹形态表3  夹杂物化学成分  %· C:22.388O:28.872Si:0.402S:0.825Ti:0.519Fe:46.994对图1所示酸洗后呈现凹坑缺陷的试样进行金相组织观察，发现凹坑周围的组织和基体组织相同，没有明显的脱碳现象

10、。说明该类凹坑不是连铸坯缺陷导致，而是由于轧制前除鳞不净，氧化铁皮压入带钢表面所致。3.2 带钢用矩形连铸坯质量分析热轧窄带钢所采用原料绝大多数为莱钢炼钢厂1#连铸机生产的矩形坯，使用的铸坯规格主要有120 mm×285 mm、120 mm×360 mm、120 mm×435 mm 3种。铸坯的质量是带钢质量的重要保证，为此跟踪了Q195带钢所使用铸坯的质量状况。对连续生产的50炉Q195带钢，取铸坯进行低倍试验，同时跟踪带钢表面和内部质量。跟踪结果见表4。表4  带钢质量与铸坯缺陷对应铸坯质量数量带钢质量轻微内部裂纹61炉内部细小裂纹宽度大于0.5mm

11、以上内部裂纹32炉内部裂纹针孔皮下气泡42炉麻点完好3745低倍检验发现，铸坯的横向表面存在细小的针孔气泡，观察铸坯横截面也可以清楚地看到在铸坯的4个外表面，存在较为严重的皮下气泡。此外，部分铸坯存在角部裂纹及边部的中间裂纹。从以上调查和分析看，铸坯存在不同程度的质量问题，主要表现在皮下气泡和内部裂纹。而从后续跟踪情况看（表2），此两种缺陷也是对带钢表面和内在质量影响较为明显的。3.3 成分对缺陷的影响钢中S含量过高，一是可能发生过量硫化物夹杂偏析，导致钢材内部质量缺陷，二是S容易与Mn结合，硫化锰是使钢材产生热脆性的主要因素。相关资料1-2也表明，随着钢中S含量增加，铸坯出现裂纹的几率增大。

12、统计存在麻点和内部裂纹的Q195窄带钢化学成分，并计算Mn/S，结果见表5。表5  化学成分统计统计样品S/Mn/S最大最小平均最大最小平均质量良好带钢0.0360.0130.02628.712.322.6有裂纹或麻点缺陷的带钢0.0480.0210.03914.48.012.3统计结果显示，对于S元素，存在缺陷的产品比未出现缺陷的平均高0.013。有缺陷的连铸坯的Mn/S平均只有12.3，最低的仅为8.0。钢中的S高、Mn/S低，是影响连铸坯质量的主要因素之一。基于生产实践和试验，主要是增加了铸坯的内部裂纹，外观表现则是常常伴有内裂、鼓肚、凹陷、脱方。因此，必须尽量降低钢中S含量，

13、提高Mn/S，以提高连铸坯和带钢产品的综合实物质量。根据有关资料，对碳结钢S0.030，同时Mn/S16，可有效地提高铸坯和后续轧材产品的质量，实践统计也印证了这一点。3.4 轧制工序工艺执行调查目前莱钢连铸坯绝大部分采用热送热装，热装温度一般600 。根据铸坯的规格，加热温度也不同，120 mm×285 mm的加热段温度规定为1 1401 280 ，均热段温度为1 1201 260 ；120 mm×360 mm的加热段温度规定为1 1801 300 ，均热段温度为1 1701 300 ；120 mm×435 mm的加热段温度为1 2201 320 ，均热段温度为

14、1 1801 320 。实际调查发现，工艺规程的执行并不严格，一般加热段和均热段温度均控制在1 1701 300 ，而且温度波动较大。这样大规格铸坯可保证加热充分，而小规格铸坯则会造成过热。铸坯加热出炉后，通过粗轧机破鳞，然后高压水除鳞，清除初生氧化铁皮。为了防止二次氧化铁皮给带钢表面带来缺陷，在进粗轧机组开轧之前，还要进行二次除鳞。初次除鳞水压力控制在610 MPa，二次除鳞水压力控制在25 MPa。经过工艺调查，发现水压力控制情况良好，但车间考虑到铸坯的冷却给后道工序带来的轧制能力问题，二次中压水除鳞经常不用。这样，当高压水除鳞压力相对较小，除鳞能力不够时，则往往导致氧化铁皮压入从而导致带

15、钢表面出现凹坑缺陷。由于带钢加热炉温度控制相对不稳定，当加热温度较高时，如出钢温度1 250 ，则即便是在初次高压除鳞效果良好，但由于铸坯温度较高，次生氧化现象明显，后续不经历二次中压除鳞，也容易造成细小氧化铁皮压入，形成带钢表面的凹坑或者麻点。4 调查分析结论造成低碳窄带钢质量缺陷的因素一是铸坯缺陷，如铸坯的内部裂纹、夹渣、皮下气泡、结疤等，二是铸坯加热制度控制不严格和除鳞效果不力，造成表面氧化铁皮的压入。此外，化学成分也是造成铸坯缺陷进而影响带钢质量的因素之一。因此，提高带钢综合实物质量，要从冶炼和轧制两个工序全面考虑。5 工艺措施与改进5.1 冶炼工序控制好入炉原料的质量，对于转炉使用的

16、原料，严格控制水分，强化原材料烘烤制度，以尽量避免铸坯的表面针孔和皮下气泡。降低钢中S含量，提高Mn/S比值。改造和改进铁水脱硫技术，采用单喷镁铁水脱硫，提高脱硫效果。在保证S含量的同时，确保Mn含量在标准的中上限，提高Mn/S比值。严格按规程控制中间包和结晶器液面高度与波动情况，同时避免连铸坯出现夹渣；对二冷区配水，优化不同拉速下不同断面连铸坯的配水模型，减少铸坯内部裂纹；保证结晶器的倒锥度，严格二冷区的对弧。5.2 轧制工序严格工艺执行情况，确保初次高压水除鳞和二次中压除鳞系统正常运行。基于生产实践和后续的检验，带钢用铸坯规格较大时，为提高和保证除鳞效果，适当调整水压力，在原来基础上高压除

17、鳞水压力提高4 MPa，中压二次除鳞水压力调整为46 MPa。水压力调整后，铸坯的温降比原来降低1530 ，考虑到轧机的负荷，将铸坯的均热段温度下限提高30 ，并在实际控制和操作中要求按照温度范围的中限偏上控制。在保证以上调整措施实施的情况下，提高加热质量，确保加热均匀；其次加强对除鳞系统的点检和维护力度，避免因水嘴方位问题或个别水嘴堵塞而造成的除鳞效果不良。5.3 改进效果改进措施实施后，冶炼和轧制工序生产控制稳定，除鳞系统运行正常，Q195带钢表面光洁良好，生产节奏控制有序。铸坯表面和内部质量良好，成分控制稳定，带钢表面和综合实物质量有了显著的提升。跟踪用户使用情况发现，冷轧后产品表面质量良好。统计100炉Q195带钢化学成分，计算Mn/S。结果显示，成分控制稳定，S最大0.026%，Mn/S最小为16.5，平均为21.1。在后续带钢酸洗验证试验中，共计取样361