熱軋H 型鋼頭部開裂分析及解決措施

吳立紅，李秀清

（河北天柱鋼鐵集團有限公司，河北 唐山 063000）

熱軋H 型鋼頭部開裂是在生產過程中極易引起堆鋼事故的一種缺陷且出現率較高, 經對以往數據統計，它占到堆鋼事故率80% 以上。 因此，針對該缺陷迅速開展了課題攻關，最終使問題得到了解決。

1 檢測與分析

1.1 缺陷部位宏觀形貌

熱軋H 型鋼頭部開裂是指在軋制過程中頭部或（和）尾部在腹板上沿縱向呈“V”字型撕裂開（見下圖）。

圖1 缺陷部位宏觀現象

1.2 微觀檢驗與分析

1.2.1 金相分析

圖2 100X 與200X 下的金相狀態

光學顯微鏡觀察開裂試樣，發現其腹板面靠近上下表面位置有多處裂縫，沿軋制方向由表面向內部延伸，裂縫內有大量的氧化鐵，裂縫兩側存在嚴重脫碳和高溫氧化質點，在主裂紋尖端處出現裂紋分支及裂紋延伸，其周圍正常組織為鐵素體+ 珠光體。

圖3 掃描電鏡能譜

圖4 掃描電鏡能譜對比

掃描電鏡及能譜觀察開裂試樣，其裂縫內鱗狀型物質主要為鐵的氧化物，結合金相，推斷它是由鑄坯裂紋經在加熱爐中加熱被氧化而產生的。同時，裂紋斷口處也表現了大量的凹凸懸浮狀物質，附近軋制面上的裂紋處有大量與基體明顯不同的顆粒狀物質。能譜分析, 裂紋處的顆粒狀物質含Si、Ca、O、Al、Na、Mg、K、F 等元素，其主要來于保護渣或者鋼渣，可推斷此類裂紋在結晶器中形成。

表1 掃描電鏡及能譜觀察開裂試樣

1.2.2 低倍分析

表2 低倍數分析

圖5 軋鋼鑄坯過程

為驗證軋鋼用鑄坯是否存在易引起型鋼生產過程中該缺陷，隨機抽取了對應爐號低倍檢驗情況，發現了中心裂紋、中間裂紋、角部裂紋等, 最高級別大于3.0 級。

2 缺陷成因

根據腹板頭部開裂處裂紋分布的宏觀形態、裂紋處顯微相貌、電鏡和能譜分析以及鑄坯低倍的檢測結果，綜合分析認為該類缺陷主要是由連鑄坯存在中間裂紋、中心裂紋和嚴重的夾雜所致。鋼坯在加熱爐中加熱時，暴露的裂紋周邊受到高溫氧化氣氛的侵蝕，并向其內部傳遞、擴散，發生二次氧化，出現了脫碳層及氧化圓點；裂紋斷口處存在復合夾雜物，部分含保護渣成分，其主要是結晶器保護渣卷入鋼水及水口耐材侵蝕剝落所致。這些夾雜物不但破壞了基體金屬連續性，而且延伸性很差。

當高溫軋件在延伸和斷面不均勻的變形過程中，鑄坯內部分原始裂紋不能被壓合，而成為裂紋源。同時，由于金屬內部裂紋處周圍聚集分布的大量延展性較差的夾雜物，這將導致受壓應力最大且最薄弱的軋件頭部腹板處因拉延而開裂，并隨著多道次的軋制而被暴露和擴展。

3 控制措施

（1）鋼的冶煉要降低硫、磷含量，且 Mn/S 不小于15。

（2）提高水質并優化二冷區配水，確保鑄坯的冷卻強度均勻合理。

（3）選用高質量半浸入式水口，以避免卷渣。

（4）規范脫氧劑制度和吹氬時間，確保鋼水脫氧充分，并促進生成的夾雜物充分上浮。

（5）根據鋼種和鑄坯斷面尺寸選用適合的保護渣，規范加保護渣操作。

（6）加強煉鋼原料的管理和烘烤效果。

（7）控制鋼液過熱度以穩定拉速，避免其大幅度波動。

4 結語

通過相應的工藝改進措施，鑄坯質量得到了顯著提升，因熱軋H 型鋼頭部開裂造成的堆鋼事故率降至10% 以內，經濟效益明顯。