SS400B熱軋板卷翹皮缺陷分析與控制

許孟春，李德軍，趙文濤，李海峰，張寧（.鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧鞍山4009；.鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧營口5007）

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SS400B熱軋板卷翹皮缺陷分析與控制

許孟春1，李德軍1，趙文濤2，李海峰2，張寧1
（1.鞍鋼集團鋼鐵研究院，遼寧鞍山114009；2.鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧營口115007）

摘要：針對SS400B熱軋板卷邊部存在大量翹皮缺陷的問題，對翹皮缺陷處成分和微觀組織進行檢測分析。結果表明，熱軋板卷存在翹皮缺陷是由于板坯角部橫裂紋在熱軋過程中遺傳所致。采取加強鋼水成分控制、提高保護渣堿度0.24、二冷水量降低0.1 kg/t等措施后，熱軋板卷翹皮缺陷引起的產(chǎn)品降級率由5.000%降低至0.071%。

關鍵詞：含硼鋼；連鑄板坯；角部橫裂紋；翹皮缺陷

許孟春，碩士，工程師，2012年畢業(yè)于東北大學冶金工程專業(yè)。E-mail：xiaochun_0107@163.com

SS400具有超細晶粒、超純凈以及綜合性能優(yōu)良等特點，常被作為橋梁、船板及其它結構用鋼，在國民建設中起到重要作用。而通過向鋼中添加硼，將其作為鎳、鉻、鉬等合金化元素的廉價代用元素，可降低合金化成本。因此，含硼鋼SS400B具有很好的市場需求［1］。

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司生產(chǎn)含硼鋼SS400B熱軋鋼卷時，邊部存在較多的翹皮缺陷，嚴重影響產(chǎn)品的質量，造成部分熱軋卷降級和報廢。含硼鋼鋼板表面質量缺陷普遍存在，德國蒂森、澳大利亞的奧鋼聯(lián)、日本的新日鐵、韓國的浦項鋼鐵等世界先進鋼鐵廠也曾同樣存在鋼板裂紋影響連鑄穩(wěn)定生產(chǎn)的問題，各鋼廠具體情況（設備特點、操作水平、生產(chǎn)管理等）不同采取的措施也不同。通過對鞍鋼SS400B熱軋鋼卷翹皮缺陷處成分及微觀金相組織進行分析，確認了導致熱軋卷產(chǎn)生翹皮缺陷的原因，采取相應控制措施后，熱軋鋼卷翹皮缺陷數(shù)量大幅降低，滿足了用戶的要求。

1　熱軋鋼卷翹皮缺陷產(chǎn)生的原因分析

1.1 SS400B生產(chǎn)工藝流程

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司SS400B的生產(chǎn)工藝流程為：鐵水預處理（脫S）→轉爐→氬站靜吹氬→ANS處理→連鑄→加熱爐→熱軋。SS400B的化學成分如表1所示。

表1　SS400B的化學成分（質量分數(shù)）　%

1.2 SS400B熱軋鋼卷翹皮產(chǎn)生原因

觀察熱軋過程中的熱軋表面檢測儀照片發(fā)現(xiàn)，熱軋板卷邊部存在大量不同程度的翹皮缺陷，數(shù)量最多每卷達300～400處，嚴重影響了用戶的使用。典型的翹皮缺陷宏觀形貌如圖1所示。

圖1　翹皮缺陷宏觀形貌

對翹皮缺陷處截取的試樣進行掃描電鏡能譜分析結果為，翹皮缺陷處主要成分是O和Fe。對缺陷位置取橫向截面制取金相試樣，顯微鏡觀察，結果缺陷位置未發(fā)現(xiàn)異常夾雜物，但存在明顯氧化現(xiàn)象，放大后可觀察到高溫氧化產(chǎn)物，能譜分析結果高溫氧化產(chǎn)物主要成分為O、Si、Mn、Al等元素。進一步使用4%硝酸酒精溶液對試樣腐蝕后觀察發(fā)現(xiàn)，翹皮缺陷位置金相組織無流變痕跡，靠近板邊一側完全脫碳，圖2為缺陷位置腐蝕態(tài)形貌。

根據(jù)檢測分析結果可知，試樣缺陷位置存在明顯氧化、脫碳現(xiàn)象，且可觀察到高溫氧化產(chǎn)物，而金相組織無明顯流變痕跡。同時，由于翹皮缺陷主要發(fā)生在板卷邊部，而對板坯兩邊部進行扒皮處理后，熱軋鋼卷邊部則無翹皮缺陷產(chǎn)生。由此可認為，鋼板表面翹皮缺陷是由板坯邊部缺陷遺傳所致。

由于板坯表面常存在氧化鐵皮，很難觀察裂紋缺陷，因此用體積比為1∶1的鹽酸水溶液在60～ 80℃、恒溫20 min侵蝕板坯表面后，對板坯邊部進行觀察。經(jīng)熱酸浸后，板坯角部宏觀形貌如圖3所示。

圖2　缺陷位置腐蝕態(tài)形貌

圖3　酸浸后板坯角部的宏觀形貌

從圖3可以看出，板坯角部存在裂紋缺陷，該缺陷在熱軋過程中遺傳到熱軋卷形成翹皮缺陷，因此，需對連鑄工藝進行優(yōu)化，避免板坯角裂缺陷的產(chǎn)生，進而消除熱軋翹皮缺陷。

2　工藝改進措施

2.1成分控制

優(yōu)質的鋼水質量是提高鑄坯質量的基礎，合理的鋼種成分能有效避開含硼鋼裂紋敏感區(qū)。在成分控制上，需避免裂紋敏感性元素含量過高，主要控制鋼中B、N和Al的含量。在不影響鋼材性能，且在內控范圍內，鋼中B含量按下限控制。由于鋼水在凝固過程中有BN析出導致晶界脆化是角部裂紋產(chǎn)生的主要原因之一，因此，降低含硼鋼中的氮含量可以有效控制BN在凝固過程中析出，是降低裂紋產(chǎn)生的方法之一，在生產(chǎn)中盡量降低鋼中N的含量［2］。

而對于Al含量的控制，應在精煉工序控鋁，使鋼包從精煉到澆注前鋼水中的鋁含量均勻、穩(wěn)定，充分脫氧，以保證鋼水中B的作用充分發(fā)揮出來。同時加強鋼水酸溶鋁的控制，避免因酸溶鋁含量高而加劇橫裂紋的發(fā)生。在保證脫氧良好的條件下，在其內控范圍內，按下限控制Al的含量。

2.2保護渣調整

改善結晶器內坯殼的傳熱條件，促進坯殼均勻生長，能夠在一定程度上防止裂紋的產(chǎn)生。為了實現(xiàn)結晶器的“弱冷卻”，限制結晶器的熱通量，可以增加保護渣的熱阻。為增加保護渣熱阻，可適當提高保護渣堿度，降低保護渣粘度，可以提高保護渣膜的結晶化率［3-4］。生產(chǎn)中，將保護渣的堿度提高0.24，粘度降低0.05（Pa·s），同時，將保護渣的軟化溫度降低15℃，從而使保護渣的熔化速度提高，在鋼液面形成合適的液渣層厚度，并改善渣膜與鑄坯間的潤滑性能，避免較深振痕的形成，防止在振痕底部坯殼薄弱部位產(chǎn)生應力集中，從而降低角裂缺陷的發(fā)生率。

2.3二冷制度的調整

合適的二冷制度對板坯角裂缺陷的控制有重要作用，由于角部區(qū)域為二維冷卻，同時中心部位的冷卻水沿表面向邊部流動，將加速板坯角部的過冷，同時，若二冷區(qū)整體冷卻強度偏大，使得板坯在矯直時角部溫度處于第Ⅲ脆性溫度區(qū)，易造成角部裂紋。因此，在生產(chǎn)含硼易產(chǎn)生角部裂紋缺陷的鋼種時，為防止鑄坯角部過冷，消除和減少裂紋，在生產(chǎn)時采用專用的水冷曲線，降低二冷水比水量，將二冷水量降低0.1 kg/t。通過減小二冷水水量可以使板坯坯殼均勻生長，并使板坯冷卻更加均勻，使板坯出矯直區(qū)的溫度達到900℃以上，表面橫向溫度更加均勻，減小熱應力，避免板坯在晶界脆性區(qū)的矯直，對減少角部裂紋起到了至關重要的作用［5］。

2.4鑄機輥列狀態(tài)的調整

據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)實際可知，SS400板坯無角裂缺陷產(chǎn)生，其熱軋卷質量良好，由于B元素的添加，增強了鋼的裂紋敏感性。若板坯在矯直的同時進行壓下，對熱坯產(chǎn)生較大的附加應力，將增加產(chǎn)生角裂的趨勢。同時，跟蹤生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，只有當拉速提高到1.6m/min以上時，輕壓下區(qū)間才能避開矯直末端。但在實際生產(chǎn)時，鑄機的拉速應與精煉和煉鋼的供鋼節(jié)奏相匹配，不能保證完全按照最高拉速進行生產(chǎn)。而國內一些鋼廠在生產(chǎn)裂紋敏感性較高的鋼種時通常不采用輕壓下，而是采用固定收縮的靜態(tài)輥縫控制方法。靜態(tài)輥縫在矯直過程中能夠均勻壓下，且壓下的幅度較小，能減少應力在振痕處集中，在一定程度防止角裂缺陷的產(chǎn)生［6］。同時根據(jù)不同鑄機輥列狀態(tài)對角裂缺陷產(chǎn)生的影響的對比試驗可知，靜態(tài)輥縫有利于防止板坯角裂缺陷的產(chǎn)生，因此，在生產(chǎn)SS400B含硼鋼種時將動態(tài)輥縫改為靜態(tài)輥縫。

2.5保持恒拉速及過熱度的穩(wěn)定

過熱度是連鑄過程的基礎性參數(shù)，過熱度過高，鑄機將降速，而低拉速下振動頻率也減慢，振痕加深，增加了應力集中，且低拉速下的過冷造成板坯角部明顯發(fā)黑，更易造成角裂。拉速的穩(wěn)定，有利于結晶器液面的穩(wěn)定，可以減小振痕深度，同時也降低了板坯表面溫度差，從而改善鑄坯的表面質量。因此，在生產(chǎn)中應保證鋼水溫度穩(wěn)定和節(jié)奏穩(wěn)定，提高中包溫度命中率，選擇合理目標拉速并嚴格實施恒拉速澆注，控制各類非穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象的發(fā)生幾率，給板坯角裂控制提供良好條件。

2.6加強設備管理和維護

保證連鑄機的弧度、輥縫、結晶器等設備的精度，是防止裂紋產(chǎn)生的基礎，在生產(chǎn)過程中應加強連鑄設備的維護和管理。

（1）加強結晶器及其振動機構的檢查，保證錐度穩(wěn)定，改善結晶器振動效果，定期對結晶器內腔尺寸進行測量，不合要求需下線更換。同時對結晶器振動裝置進行檢測，發(fā)現(xiàn)有偏差時應及時進行調整，防止振動偏差大造成鑄坯角部裂紋。

（2）加強連鑄噴淋功能的檢驗和保障，在日修和定修時對二冷區(qū)噴嘴狀態(tài)進行檢查，查看噴嘴是否齊全、有無堵塞、分叉噴水現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)有堵塞、泄漏需及時進行更換、修理，確保鑄坯冷卻均勻，表面溫度均勻，減少鑄坯寬度方向溫度差。

（3）定期對輥縫開口度、輥間距、鑄機對弧狀態(tài)等進行檢測和優(yōu)化，保證鑄機流道質量良好且穩(wěn)定。提高扇形段在線精度，制定扇形段穿輥縫制度，定期穿一次輥縫，根據(jù)穿輥縫結果及時更換故障扇形段，或進行在線調整，使扇形段對中良好，使對弧精度和輥縫值偏差在±0.5 mm以內。鑄機的精度高，鑄坯在生產(chǎn)過程中所受額外機械應力較小，有利于降低角部橫裂紋的發(fā)生率。

3　工藝改進后效果

取樣觀察拉速為1.4 m/min時采用優(yōu)化后工藝生產(chǎn)的SS400B板坯，板坯寬度為1 200 mm。觀察發(fā)現(xiàn)板坯表面質量良好，無明顯跨角部裂紋存在。由于板坯表面存在氧化鐵皮，為進一步觀察板坯角部質量，對板坯角部試樣進行熱酸侵蝕，將表面氧化鐵皮脫掉，進而觀察板坯角部，熱酸侵蝕脫除氧化鐵皮后板坯角部形貌如圖4所示。

圖4　板坯角部酸浸后宏觀形貌

由圖4可以看出，板坯酸浸后，內弧表面質量基本良好，板坯角部質量有了很大提高，無嚴重跨角部裂紋存在，但在個別試樣角部窄面振痕的谷底仍發(fā)現(xiàn)微小裂紋存在，影響板坯窄面質量，但其是否會遺傳到熱軋板造成翹皮缺陷，還需對熱軋板卷質量進行跟蹤確定。

工藝改進后，組織幾個澆次的生產(chǎn)。為保證熱軋板卷質量，需對一個澆次內兩流分別選取5～ 10塊板坯進行試軋，若試軋后熱軋卷質量良好，再對剩余板坯進行軋制，否則需對剩余板坯進行清角處理再進行軋制。鋼卷質量的評價標準是翹皮數(shù)量小于20處。對首個澆次板坯進行熱軋后得知，該澆次120塊板坯中，有18塊板坯軋制的熱軋板卷上發(fā)現(xiàn)有嚴重程度不同的翹皮缺陷存在，其中有3塊板坯軋制后翹皮較嚴重，超過了評價標準，剩余存在翹皮缺陷的15個熱軋板卷的翹皮數(shù)量相對較少，每卷翹皮數(shù)量均小于20處。

而在之后生產(chǎn)中，仍有小部分板坯軋制后存在翹皮缺陷，翹皮數(shù)量基本在20處之內，能夠滿足要求。根據(jù)生產(chǎn)實際可知，工藝改進后，板坯質量明顯提高。統(tǒng)計生產(chǎn)數(shù)據(jù)得知，工藝優(yōu)化后，SS400B熱軋板卷因翹皮缺陷引起的產(chǎn)品降級率由原來的5.000%降低到0.071%。但要徹底解決熱軋板卷翹皮缺陷，還需對整個煉鋼及軋制工藝進一步優(yōu)化改進。

4　結論

（1）SS400B板坯角部存在裂紋缺陷是造成熱軋板卷翹皮缺陷的主要原因。

（2）通過采取加強鋼水成分控制，并在連鑄過程中，提高保護渣堿度0.24，二冷水量降低0.1 kg/t，保持恒拉速和過熱度穩(wěn)定等措施，降低了鑄坯角部裂紋的出現(xiàn)，SS400B熱軋板卷因翹皮缺陷引起的產(chǎn)品降級率由5.000%降低到0.071%。

（3）若要徹底解決熱軋板卷翹皮缺陷，還需對整個煉鋼及軋制工藝進一步優(yōu)化改進和控制。

參考文獻

［1］田樹生,易耀云,楊勇.45B含硼鋼裂紋成因分析及改進［J］.金屬材料與冶金工程,2010,38（5）:36-38.

［2］夏俊雙.板坯含硼鋼裂紋產(chǎn)生機理及工藝改進［J］.甘肅冶金, 2014,36（2）:36-40.

［3］黃海,吳德潤.梅鋼微合金鋼板坯角裂的形成機理和控制措施［J］.現(xiàn)代冶金,2009,37（1）:38-42.

［4］Mintz B and Yue S.The Hot Tensile Test For Assessing theLikelihood of Transverse Cracking During continuous Casting of Steel［C］∥34th Mechanical Working and Steel Processing Conference.1992：391-398.

［5］薛勇強,郭亮,陳玉鑫,等.含硼鋼板邊部裂紋研究［J］.河北冶金,2014（6）:15-18.

［6］蔡常青.高強度船板鋼板坯表面裂紋的控制技術探討［A］.2011年華東五省煉鋼學術交流會論文集［C］∥2011年華東五省煉鋼學術交流會，安徽：2011:107-111.

（編輯許營）

修回日期：2015-07-08

Analysis on Shell Defects in Hot Rolled Coils M ade by SS400B Steel and Control of Defects

Xu Mengchun1，LiDejun1，ZhaoWentao2，LiHaifeng2，Zhang Ning1
（1.Iron&Steel Research Institutes of Ansteel Group Corporation,Anshan 114009,Liaoning,China; 2.Bayuquan Iron&Steel Subsidiary Company of Angang Steel Co.,Ltd.,Yingkou 115007,Liaoning,China）

Abstract：In consideration of the problem that there aremany shells in corners of hot rolled coilsmade by the SS400B steel,the compositions and microstructures on the locations of the coils where there were shells were examined and then analyzed.The analytical results show that the shell defects were caused by hereditary effects of the transversal cracks in corners of slabs during hot rolling.After taking such measures as strictly controlling the compositions ofmolten steel,increasing the basicity of the casting powder up to 0.24,decreasing the amount of the secondary cooling water by 0.1 kg/t,the defect rate of hot rolled coils in stock caused by shell defects is decreased to 0.071%from 5.000%.casting powders.

Key words：boron-bearing steel;continuous casting slab;transversal corner cracks;shell defects

中圖分類號：TF748

文獻標識碼：A

文章編號：1006-4613（2016）02-0056-04