連續鑄軋生產線熱軋帶鋼表面缺陷產生原因及改進措施

劉向明, 朱啟茂, 王 偉, 李 陽

(首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司, 唐山 063200)

連續鑄軋將傳統的煉鋼廠和熱軋廠緊密地結合在一起，具有生產周期短、成本低等優勢，單位能耗比常規熱連軋低約45%，在國內外得到快速發展[1]。某廠新建多模式連續鑄軋生產線(簡稱 MCCR 生產線)，年產熱軋鋼卷210萬t，于2019年正式投產[2]。在生產初期的產線調試階段，發現帶鋼表面存在大量線狀缺陷，影響了產品的質量。為找到產生缺陷的原因，筆者利用掃描電鏡對幾種典型的缺陷進行了分析，并將結果與生產現場相結合，提出了對生產工藝的調整及改進措施。

1 試驗方法

試驗采用熱軋鋼板(SPHC)，規格為1 250 mm×2.5 mm，利用EVO18型掃面電鏡(SEM)和X-Max型能譜儀(EDS)對4個缺陷樣品進行微觀形貌和微區成分分析，從表面及截面不同角度對樣品缺陷位置進行觀察。樣品經切割、酒精超聲波清洗后，為了在電鏡下能準確地鎖定缺陷位置，對樣品表面及截面缺陷位置采用電刻筆標記。

2 試驗結果與分析

2.1 宏觀分析

樣品表面缺陷宏觀形貌如圖1中箭頭所示。通過宏觀分析可知，缺陷在整卷帶鋼上間斷出現，不分鋼種,不分牌號，上下表面均存在，無周期性，在帶鋼寬度方向分布無規律性。宏觀來看1號樣品缺陷處顏色較淺，和基體存在輕微色差，寬度為5 mm。2號樣品缺陷處顏色相對1號較深，與基體存在較大的色差，寬度為20 mm。3號樣品缺陷處顏色接近黑色，寬度為4 mm。4號樣品缺陷處顏色偏黑色，寬度為2 mm。幾種典型缺陷的長度及寬度不固定，無明顯規律。

圖1 不同樣品表面缺陷宏觀形貌Fig.1 Macro morphology of surface defects of different samples：a) sample 1; b) sample 2; c) sample 3; d) sample 4

2.2 掃描電鏡及能譜分析

1號樣品缺陷表面及截面SEM形貌和EDS分析結果如圖2，3所示。從圖2，3中可以看出缺陷位置表面存在摩擦碾壓形貌，且氧化鐵皮分布不連續，截面觀察鐵皮存在釘扎進基體的現象。缺陷表面與截面成分均為鐵、氧，較正常位置成分無差異，判斷缺陷處氧化鐵皮形貌或結構類型存在異常,引起肉眼所觀察到的表面線狀缺陷。

圖2 1號樣品缺陷處表面SEM形貌及EDS分析結果Fig.2 SEM morphology and EDS analysis results of surface on defect of sample 1:a) SEM morphology at low magnification; b) SEM morphology at high magnification; c) EDS analysis results

圖3 1號樣品缺陷處截面SEM形貌及EDS分析結果Fig.3 a) SEM morphology and b) EDS analysis results of section on defect of sample 1

氧化鐵皮類缺陷是影響帶鋼表面質量的一種常見缺陷，會影響外觀質量，降低加工性能[3]。引起氧化鐵皮類缺陷的原因包括工作輥質量、化學成分、除磷系統、坯料存在劃傷等[4]。通過排查現場發現銜接連鑄與連軋的隧道爐爐輥與帶鋼間存在速度差，導致帶鋼在高溫下劃傷。劃傷位置的新生鐵皮的加工過程與正常位置的不同，導致后期鐵皮形貌異常。因此對爐輥轉速進行調節，同時為提高高壓水除磷能力，加密了除磷高壓水水嘴。對工藝及設備進行改進后氧化鐵皮形貌異常缺陷得到解決。

2號樣品缺陷表面及截面SEM形貌和EDS分析結果如圖4,5所示，在背散射下2號樣品缺陷位置顏色明顯較深,部分缺陷貫穿整個鐵皮厚度，圖5觀察的視野缺陷并未深入到基體內部，主要成分為氧、硅、鈣，硅的質量分數含量遠大于鈣的，含少量的鋁、鎂，為硅酸鹽夾雜。

圖4 2號樣品缺陷處表面SEM形貌及EDS分析結果Fig.4 a) SEM morphology and b) EDS analysis results of surface on defect of sample 2

圖5 2號樣品缺陷處截面SEM形貌及EDS分析結果Fig.5 a) SEM morphology and b) EDS analysis results of section on defect of sample 2

3號樣品缺陷表面及截面SEM形貌和EDS分析結果如圖6,7所示，可以看到缺陷深入到基體內部，主要成分為鋁、氧、鈣，含有少量的鎂、鋁，缺陷表面及截面成分一致，判斷為鋁酸鹽夾雜。

圖6 3號樣品缺陷處表面SEM形貌及EDS分析結果Fig.6 a) SEM morphology and b) EDS analysis results of surface on defect of sample 3

2號、3號樣品均為夾雜類缺陷，為改善夾雜類缺陷,從提高精煉鋼水潔凈度方面入手，控制煉鋼終點氧含量、控制喂鋁量[5]；優化鋼包吹氬工藝，合理調節氬氣流量，適當延長弱攪拌時間，充分去除鋼液中的大夾雜物顆粒[6]；連鑄方面注重擋渣操作，增加連鑄鋼包澆余，防止鋼包下渣。進行多方面工藝改進后夾雜缺陷得到改善。

4號樣品缺陷表面及截面SEM形貌和EDS分析結果如圖8,9所示，可見缺陷深入到基體內部，主要異常成分為氧、氟、鈉、鎂、鋁、硅、鈣、鉀，含有連鑄工藝保護渣典型的氟、鈉、鉀元素，且表面與截面成分一致，判斷為連鑄工藝保護渣卷入引起的卷渣缺陷。

卷渣缺陷主要是連鑄過程中保護渣、水口沉積物等被生長的凝固坯殼捕捉而產生的[7]。從卷渣缺陷的產生機理入手，通過調整水口浸入深度、減少結晶器液位波動，穩定控制塞棒動作[8-10]，減少拉速波動等方面進行試驗。最終通過減少結晶器液位波動、穩定控制塞棒動作、減少拉速波動后卷渣缺陷程度顯著降低。

圖7 3號樣品缺陷處截面SEM形貌及EDS分析結果Fig.7 a) SEM morphology and b) EDS analysis results of section on defect of sample 3

圖8 4號樣品缺陷處表面SEM形貌及EDS分析結果Fig.8 a) SEM morphology and b) EDS analysis results of surface on defect of sample 4

圖9 4號樣品缺陷處截面SEM形貌及EDS分析結果Fig.9 a) SEM morphology and b) EDS analysis results of section on defect of sample 4

3 結論及建議

生產線在投產初期帶鋼表面缺陷類型暴露較多，1～4號樣品缺陷類型分別為氧化鐵皮異常、硅酸鹽夾雜、鋁酸鹽夾雜、卷渣。針對氧化鐵皮異常問題，可調整隧道爐爐輥轉速，消除爐輥與帶鋼間的速度差，加密除磷高壓水水嘴;針對硅酸鹽及鋁酸鹽夾雜缺陷，應主要從控制煉鋼終點氧含量、控制喂鋁量、優化鋼包吹氬工藝、合理調節氬氣流量、適當延長弱攪拌時間、增加連鑄鋼包澆余等方面進行工藝改進；針對卷渣缺陷可通過穩定控制塞棒動作、減少結晶器液位波動、減少拉速波動等方面進行改進。通過多方面的工藝調整及改進后，帶鋼表面缺陷問題得到了明顯改善。