錳硫比對SPHC熱軋卷板表面開裂的影響分析

孫玉強 王中岐 王新志 厚健龍

(安陽鋼鐵股份有限公司)

0 前言

對冷軋深沖鋼板而言，保證良好的表面質量及延塑性能至關重要［1－2］，安鋼在1780 mm 熱連軋機組生產該品種時發現部分粗軋后中間坯料存在表面開裂現象，同時在部分熱軋卷上檢查發現存在邊部破邊開裂現象，嚴重影響SPHC 熱軋卷板的表面質量。為此，筆者圍繞該類缺陷的產生進行了細致的分析研究，并提出相應的改進措施，取得了較好的效果。

1 缺陷特征

1．1 宏觀形貌

SPHC 熱軋卷板在軋后下線抽檢區域發現整卷邊部開裂現象，馬上停車檢查，從退回的粗軋中間坯料上也看到大面積開裂現象，宏觀形貌見圖1、圖2。

從圖1 可以看出，軋后整卷呈大面積開裂，邊部或呈大缺口或呈鋸齒狀，整卷判廢處理;從圖2 可以看出，鋼卷基本全部是橫向沿晶界呈放射性開裂，邊部開裂寬度可達50 mm，整塊坯料報廢。

1．2 微觀特征

1．2．1 金相組織

對粗軋中間坯料取橫向金相試樣，磨制、拋光后用4%硝酸酒精腐蝕，對其組織進行觀察。其金相組織如圖3 所示。

圖1 精軋后大面積開裂卷

圖2 粗軋后中間坯料抽檢開裂

圖3 缺陷金相組織分析

從圖3 可以看出，其組織為鐵素體，邊部鐵素體晶粒粗大，晶界有氧化痕跡，缺陷處裂紋向內呈放射性，裂紋周圍沒有脫碳現象;雖裂紋附近有魏氏體組織，但并不能說明邊角部的局部過燒是產生該缺陷的根本原因。

1．2．2 電鏡分析

對粗軋中間坯的微觀形貌進行掃描電鏡(SEM)分析，如圖4 所示。

圖4 SEM 缺陷檢測分析

從圖4 可以看出，不同程度的裂紋，分布在中間坯表層，裂紋形貌呈網狀分布，應為沿晶界開裂，主要分布在表面至表面下5 mm ～10 mm 以內。

2 成因與分析

從缺陷特征分析看，錳硫比應是主要影響因素，在加熱過程中發生"熱脆"現象，弱化了晶界間的結合力，從而造成缺陷在隨后的軋制過程中進一步擴展或加劇。如何進一步的控制和預防，應從成分控制、加熱工藝等方面進行細致分析。

2．1 成分分析

錳硫比對熱軋薄板邊部破邊影響較大，對本次軋制的181 卷SPHC 熱軋卷板的成分控制進行調查分析，其中開裂卷8 卷，未開裂卷173 卷，見表1。

表1 成分控制對比分析

由表1 可以看出，對比開裂卷和未開裂卷的成分控制，除［Mn］的控制存在差別外，其他成分均在標準范圍內控制的基本一致，沒有太大差別。由此分析其冶煉過程，可能部分爐次是采用轉爐終點殘［Mn］，未進行［Mn］的合金調整;部分爐次做了［Mn］成分的微調。對比開裂卷與未開裂卷平均成分的錳硫比分別是6．15 和19．00。

2．2 加熱控制

研究表明［3］:低錳硫比的板坯在加熱過程中，坯料過熱起始溫度較低，在1210 ℃左右晶界狀態會發生變化，因此加熱溫度過高易導致低錳硫比的板坯晶間開裂，這與第1 節中的微觀組織特征分析相吻合。調取開裂卷的高溫段加熱溫度顯示在1240 ℃～1280 ℃的范圍，表明加熱爐高溫段的溫度設定偏高，在一定程度上造成了缺陷的進一步加重。

2．3 缺陷產生的機理分析

［C］、［Mn］、［S］、［P］在凝固過程中存在較大偏析傾向，但對SPHC 鋼種而言，［C］、［Mn］控制范圍較低，且對鑄坯塑性影響不大。故主要影響應在［S］和［P］上，微觀偏析會降低枝晶間液相的凝固溫度，［P］高會影響材料的低溫塑性，［S］高易發生"熱脆"現象，針對本次缺陷，主要原因應為固硫不充分，導致在高溫加熱時沿晶界出現硫的低熔點物質，弱化了晶界間的結合力，在軋制過程中出現開裂。

分析其產生的過程，本次出現缺陷的板卷平均錳硫比僅為6．15，［Mn］的控制相對過低，因［Mn］在鋼種與［S］的親合力要比鐵強，若錳含量偏低，則會有大量的FeS 存在，而FeS 的熔點(1190 ℃)遠低于MnS 的熔點(1600 ℃)，而FeS － Fe 共晶體熔點(988 ℃)則更低［4］。這樣在加熱溫度偏高且軋制后可能產生晶界開裂，形成晶界裂紋;同時加熱溫度偏高易使邊角部出現局部過燒，加重邊角部的晶界開裂。

3 改進措施

3．1 成分控制優化

優化成分控制應從兩個方面考慮:一是適度提高錳硫比，加強［Mn］的合金化;二是在兼顧制造成本的前提下合理降低［S］含量。對低碳鋼生產而言合適的錳硫比應不低于20 左右為宜，但是在生產SPHC 鋼種時，將［S］控制在0．012%以內相對比較容易實現。要進一步降低［S］，不但會增加脫硫成本，而且易造成鋼液出現回［Si］回［P］的風險。因此，對應的合理［Mn］成分設計應在0．20% ～0．25%為宜。

3．2 加熱制度優化

適度降低高溫段的加熱溫度及總在爐時間。將均熱段溫度適度調整到1200 ℃～1230 ℃，總在爐時間控制在140 min 左右，盡量避免邊部出現過燒現象。

4 實施效果

通過采取上述改進措施，連續跟蹤10 爐鋼的生產過程，其成分控制與加熱優化見表2。

表2 成分與加熱優化后控制效果

對應坯料共軋成64 卷，全部合格，未見邊部出現開裂現象。

5 結論

1)造成SPHC 熱軋表面開裂的主要原因為錳硫比過低，平均僅為6．15，固硫不充分，導致在高溫加熱時沿晶界出現硫的低熔點物質，弱化了晶界間的結合力，在軋制過程中出現開裂。

2)通過分析將成分設計調整為w［Mn］%:0．20～0．25，w［S］%:≤0．012，同時將加熱總在爐時間調整為不低于140 min，高溫段加熱溫度控制在1200 ℃～1230 ℃，取得了良好改進效果。

［1］田榮彬． CSP－冷軋板組織、性能與生產工藝研究［D］． 北京:鋼鐵研究總院，2009．

［2］孫玉強，劉社牛，蘇伯輝．安鋼低碳低硅鋼SPHC 生產工藝研究［J］．河南冶金，2008，16(4):40．

［3］徐海衛，于 洋，朱國森，等．錳硫比對SPHC 熱軋薄板邊部舌狀裂紋的影響［J］．軋鋼，2011，28(5):14．

［4］王宏霞．低碳過熱過燒溫度的確定［J］． 中國重型裝備，2008(1):4．