管線鋼邊部細線缺陷分析與優化措施

顏晨曦，武巧玲，于 洋，牛 濤，李金保，張世龍，焦會立

（1.首鋼集團有限公司技術研究院，北京100043；2．綠色可循環鋼鐵流程北京市重點實驗室，北京100043；3.北京首鋼股份有限公司，河北064404）

0 引言

熱軋帶鋼的生產過程中，邊部細線類缺陷是造成鋼鐵產品質量問題的主要原因之一。 熱軋帶鋼產生細線類缺陷的原因是多樣的[1-3]，不容易發現和控制，嚴重影響了產品的表面質量，并影響了下游用戶的加工使用，給企業帶來經濟損失。

為此，本文熱軋以管線鋼為例，探索了其在軋過程中邊部細線缺陷產生的原因以及缺陷所造成的危害，并對管線鋼熱軋工藝進行了分析和排查。通過對問題材料化學成分的分析以及材料缺陷部位微觀形貌的觀察，明確了細線缺陷的產生機理，找到了管線鋼熱軋工藝中的存在的問題，并制定了相應的熱軋工藝改進方案，以消除產品缺陷、提高產品的實物質量。

1 熱軋管線鋼邊部細線類缺陷

熱軋管線鋼在生產過程中，經常會產生邊部簇狀細線類缺陷，細線缺陷的形貌如圖1 所示。 經過表檢發現邊部簇狀細線缺陷在帶鋼邊部10～25 mm范圍內，細線沿軋向呈多條密集分布（如圖2 所示），嚴重情況下可發展為垛口狀邊部縱裂缺陷。

圖1 邊部簇狀細線類缺陷

圖2 邊部細線缺陷表檢形貌

2 邊部細線缺陷調查分析

我們對邊部細線缺陷樣品開展微觀分析，并結合其化學成分和軋制工藝，綜合分析、排查導致細線缺陷產生的原因及機理，為制定可行的工藝改進措施提供理論和實踐依據。

2.1 成分分析

對管線鋼缺陷部位取樣進行化學分析，其結果見表1。由表1 可以看出，缺陷部位化學成分均在目標控制范圍內，未發現明顯異常。

表1 細線缺陷部位化學成分 %

2.2 生產工藝排查

對出現細線缺陷板卷與無缺陷板卷的熱軋工藝開展對比分析調查，發現在在軋制過程中，兩類板卷立輥減寬量的控制存在明顯差異，而其余熱軋工藝參數和軋制過程基本相同，具體細線缺陷卷與立輥減寬量關系如表2 所示。由表2 可以看出，立輥減寬量對邊部簇狀細線缺陷影響程度較大，當立輥減寬量大于40 mm 時，管線鋼邊部會發生嚴重簇狀細線缺陷，而減寬量小于20 mm 時，邊部細線缺陷基本消除。 說明邊部簇狀細線與立輥減寬量有直接對應性，立輥減寬量越大，對邊部缺陷影響越明顯。

表2 細線缺陷卷與立輥減寬量關系表

2.3 微觀分析

截取邊部細線缺陷部位制作成表面樣品與截面樣品，并開展微觀分析。 細線缺陷表面樣品分別采用去離子水、酒精超聲清洗，觀察其表面形貌；細線缺陷截面樣品經拋光后，采用3%硝酸酒精侵蝕觀察其微觀組織；細線缺陷截面樣品經打磨、拋光后觀察分析其淺表層析出物的尺寸與分布，并采用普通光學顯微鏡對樣品金相組織觀察，利用日本日立公司S3400N 型掃描電鏡對樣品進行高倍形貌分析。

2.3.1 缺陷部位表面形貌

管線鋼邊部細線缺陷表面微觀形貌如圖3 所示。 對缺陷部位表面形貌進行觀察，發現視場范圍內有可見的多條細線缺陷，如圖3（a）所示。 通過光學顯微鏡對樣品表明金相組織進行觀察，發現線缺部位微觀組織為鐵素體+珠光體，邊部細線缺陷處附近組織與基體相同，細線缺陷處存在一定的流線組織，如圖3（b）所示。

圖3 邊部簇狀細線缺陷部位表面形貌

2.3.2 缺陷部位截面形貌

管線鋼邊部細線缺陷截面微觀形貌如圖4 所示。 截面處存在較多密集小裂紋，裂紋深度在30～50 um 左右，嚴重處裂紋深度超過100 um，裂紋附近存在一定的氧化質點，未見明顯的脫碳情況，如圖4（a）所示。 此外，裂紋大多與垂直方向呈一定角度向基體內部延伸發展，電鏡下觀察，視場范圍內部分細線缺陷呈“ 八”字形貌，如圖4（b）所示，說明在粗軋階段經過往復軋制。

圖4 邊部簇狀細線缺陷部位斷面形貌

2.3.3 缺陷部位截面能譜分析

采用掃描電鏡對樣品缺陷部位截面進行能譜分析，截面裂紋處不同位置能譜成分見表3。 從表3能譜分析結果來看，缺陷處沒有檢測到保護渣成分，排除卷渣及鑄坯裂紋。

表3 截面裂紋處不同位置能譜成分表

3 細線缺陷原因分析與工藝改進

3.1 細線缺陷原因分析

通過對缺陷部位樣品的化學成分及微觀形貌分析，并結合熱軋工藝排查，我們認為管線鋼邊部細線缺陷是粗軋階段形成，由于中間坯邊角部溫度低，經過粗軋軋制后邊角部金屬翻邊到表面，造成低溫處的邊角部金屬塑性與基體存在差異，從而形成細線缺陷。

3.2 細線缺陷形成機理

通過對邊部細線的微觀分析結合熱軋工藝相關性研究，我們認為邊部簇狀細線的形成機理可歸納為：帶鋼在立輥邊部擠壓的情況下，邊部發生變形，由于邊部變形量遠小于中間坯的寬度，變形不能傳遞到中間坯的中間位置，因此邊部產生凸起，形成較大“ 狗骨頭”形貌，立輥減寬量的大小直接決定了中間坯減寬后的“ 狗骨頭”形狀大小。 大的“ 狗骨頭”形狀在冷卻水的作用下增加了中間坯邊角部的溫降和邊部的局部壓下量，產生大的單邊鼓形。并且由于邊部溫度較低，進入低塑性區，造成邊部擠壓后形成一定的褶皺，褶皺經過平輥碾壓后形成邊部多條狀的線性缺陷[4-6]。 由于中間坯展寬的作用，狗骨越高展寬較大，因此導致邊部細線缺陷遠離帶鋼邊部，且立輥減寬量越大，缺陷距邊部距離越遠。 在立輥多道次減寬的情況下，越往后道次邊部溫度越低，對邊部細線控制越不利，因此控制立輥的減寬量，是有利對邊部細線缺陷的控制。

3.3 工藝改進措施

為驗證上述分析結論，開展立輥減寬量的優化實驗，并制定了實驗方案。 按照減寬量＜20 mm、20～40 mm、＞40 mm 分為三組工藝實驗，實驗結果如表4 所示。 由表4 可以看出，通過減小立輥減寬量，實現了細線缺陷的良好控制，這個結論與生產工藝排查所發行的現象是一致的。

表4 工藝優化實驗及細線缺陷發生情況

4 結語

通過對管線鋼邊部細線缺陷產品熱軋工藝的排查，并對其化學成分、微觀形貌就行了研究，發現了邊部細線缺陷產生的機理，并制定了整改措施。研究結果表明，管線鋼邊部簇狀細線缺陷的形成是由于立輥減寬量過大，中間坯邊部形成“ 狗骨頭”形狀，且邊部溫度較低，進入低塑性區，造成邊部擠壓后形成一定的褶皺，經過平輥碾壓后形成邊部多條狀的線性缺陷。通過立輥減寬量的工藝優化，實現了邊部細線缺陷的良好控制，提高管線鋼實物質量。