Q195熱軋帶鋼表面翹皮缺陷分析及控制

魏曉陽(yáng)

（天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500）

0 引言

隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，熱軋帶鋼產(chǎn)品作為一種萬(wàn)能鋼材被市場(chǎng)廣泛接受。熱軋帶鋼可任意剪裁、彎曲、沖壓、焊接，制成各種制品構(gòu)件，在化工、交通、建筑、金屬制品、鋼結(jié)構(gòu)制造等方面都得到廣泛應(yīng)用。但由于帶鋼較薄，經(jīng)過(guò)加工變形后，易出現(xiàn)表面缺陷，表面缺陷不僅損害制件的外觀，還有可能成為破壞性能和銹蝕的策源地，成為產(chǎn)品的質(zhì)量隱患。翹皮缺陷就是一種典型的帶鋼表面缺陷，其出現(xiàn)和分布無(wú)規(guī)律，天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司（下稱(chēng)聯(lián)合特鋼）在生產(chǎn)Q195熱軋帶鋼過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)帶鋼表面翹皮缺陷嚴(yán)重，對(duì)帶鋼產(chǎn)品質(zhì)量造成了很大影響。為查找Q195熱軋帶鋼表面翹皮缺陷產(chǎn)生的原因，聯(lián)合特鋼采用光譜分析儀、力學(xué)分析儀、金相顯微鏡及掃描電鏡等手段對(duì)翹皮缺陷部位化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相組織及微觀形貌進(jìn)行了檢測(cè)。

為徹底解決Q195熱軋帶鋼表面翹皮缺陷問(wèn)題，提高熱軋帶鋼產(chǎn)品的綜合質(zhì)量，本文根據(jù)Q195熱軋帶鋼表面翹皮缺陷部位的各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果，分析了Q195熱軋帶鋼表面翹皮缺陷產(chǎn)生的原因，并從煉鋼、連鑄、鑄坯加熱等工序提出了工藝和設(shè)備的技術(shù)改進(jìn)措施。

1 Q195熱軋帶鋼表面翹皮缺陷分析

聯(lián)合特鋼生產(chǎn)Q195熱軋帶鋼使用的是165mm×380mm連鑄坯，帶鋼軋制規(guī)格為2.5mm×395mm。在生產(chǎn)工藝參數(shù)一定的情況下，采用相同爐號(hào)的連鑄坯軋制相同規(guī)格的帶鋼時(shí)，有數(shù)支帶鋼表面出現(xiàn)翹皮缺陷，而且缺陷大小不一，在上表面不同位置隨機(jī)出現(xiàn)，缺陷樣品宏觀形貌如圖1所示。

圖1 缺陷樣品宏觀形貌

為分析Q195熱軋帶鋼表面翹皮缺陷產(chǎn)生的原因，從合格產(chǎn)品和不同缺陷帶鋼上截取試樣進(jìn)行試驗(yàn)分析，檢測(cè)了熱軋帶鋼化學(xué)成分及力學(xué)性能，并截取多組試樣進(jìn)行了金相和電鏡實(shí)驗(yàn)。

1.1 化學(xué)成分分析

對(duì)合格產(chǎn)品和不同帶鋼翹皮缺陷部位取樣，采用光譜儀進(jìn)行化學(xué)成分分析，試樣化學(xué)成分對(duì)比如表1所示。由表1化學(xué)成分對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出，該爐Q195熱軋帶鋼產(chǎn)品的化學(xué)成分比較均勻，試樣化學(xué)成分都符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 試樣化學(xué)成分對(duì)比

1.2 力學(xué)性能分析

對(duì)合格產(chǎn)品和不同帶鋼翹皮缺陷部位取樣，進(jìn)行力學(xué)性能分析，試樣力學(xué)性能對(duì)比如表2所示。由表2力學(xué)性能對(duì)比數(shù)據(jù)可以看出，該爐Q195熱軋帶鋼產(chǎn)品的力學(xué)性能比較穩(wěn)定，都符合內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 試樣力學(xué)性能對(duì)比

1.3 缺陷部位金相組織分析

從帶鋼翹皮缺陷處切取橫、縱向金相試樣，進(jìn)行金相實(shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)翹皮處有嚴(yán)重的脫碳現(xiàn)象，缺陷部位脫碳形貌如圖3所示。翹皮缺陷處及其附近存在大量的氧化鐵，缺陷部位氧化鐵形貌如圖4所示。熱軋帶鋼基體內(nèi)存在大量C類(lèi)（硅酸鹽）夾雜物，夾雜物長(zhǎng)度可達(dá)2219.11um，缺陷部位夾雜物形貌如圖5所示。

圖3 缺陷部位脫碳形貌（100×）

圖4 缺陷部位氧化鐵形貌（100×）

圖5 缺陷部位夾雜物形貌（100×）

1.4 缺陷部位掃描電鏡分析

取缺陷部位試樣，用超聲波設(shè)備進(jìn)行清洗，采用掃描電鏡進(jìn)行觀察，缺陷部位橫向試樣形貌如圖6所示，缺陷部位縱向試樣形貌如圖7所示。由圖6、圖7可以發(fā)現(xiàn)，翹皮缺陷處存在大量夾雜物。

圖6 缺陷部位橫向試樣形貌

圖7 缺陷部位縱向試樣形貌

對(duì)缺陷部位夾雜物的元素和含量進(jìn)行分析，夾雜物成分電鏡分析結(jié)果如表3所示。由表3可以看出，夾雜物中主要含有O、Mg、Si等元素，疑似為鋼液中脫氧產(chǎn)物和鋼包耐火材料卷入物質(zhì)。

表3 夾雜物成分電鏡分析結(jié)果

2 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果分析

（1）通過(guò)光譜和力學(xué)實(shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)Q195熱軋帶鋼成分和力學(xué)性能都比較穩(wěn)定，均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）通過(guò)金相實(shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)翹皮缺陷處存在嚴(yán)重的脫碳現(xiàn)象，同時(shí)周邊伴有大量氧化鐵，基體內(nèi)存在嚴(yán)重的C類(lèi)（硅酸鹽）夾雜物。

（3）通過(guò)電鏡實(shí)驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)翹皮缺陷處存在大量的夾渣。

綜上所述，可以確定導(dǎo)致Q195熱軋帶鋼表面翹皮缺陷的主要原因是，連鑄坯在生產(chǎn)過(guò)程中脫氧產(chǎn)物未能及時(shí)上浮以及鋼包耐材浸蝕后卷入鋼液內(nèi)，形成嚴(yán)重的夾雜物，夾雜物在軋制過(guò)程中逐漸暴露，導(dǎo)致熱軋帶鋼表層形成翹皮缺陷。軋制過(guò)程中，由于加熱爐工藝操作不當(dāng)，造成帶鋼表面嚴(yán)重脫碳，粗大的脫碳晶粒導(dǎo)致帶鋼表面局部塑性變差，熱軋過(guò)程中由于帶鋼不同部位塑性不同，導(dǎo)致其變形量不同，加劇了翹皮缺陷的形成[1]。

3 工藝改進(jìn)措施

3.1 煉鋼工藝調(diào)整

3.1.1 轉(zhuǎn)爐脫氧工藝調(diào)整

根據(jù)碳氧積原理，轉(zhuǎn)爐吹煉結(jié)束時(shí)，終點(diǎn)C元素含量直接決定了鋼水中的O元素含量。因此，提高轉(zhuǎn)爐冶煉一次拉碳命中率，控制鋼水初始O元素含量，成為提高鋼水潔凈度、降低一次夾雜物含量的重要手段。

（1）在轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程中，要根據(jù)轉(zhuǎn)爐吹煉不同時(shí)期調(diào)整供氧壓力與吹煉槍位。前期采用高槍位、大氧壓吹煉，增強(qiáng)氧氣流股的穿透力，快速化渣；中期采用正常槍位、下調(diào)吹煉氧壓，以減少中期因渣中FeO含量不足造成的爐渣返干；終點(diǎn)拉碳時(shí)，采用低槍位、大氧壓吹煉，拉碳時(shí)間控制在40s以上，強(qiáng)化攪拌，促進(jìn)廢鋼熔化，確保脫碳效果，降低鋼水的氧化性。

（2）在出鋼過(guò)程中，鋼包中加入鋁塊50～70kg/爐進(jìn)行深脫氧，減少硅鐵合金參與脫氧而生成的硅酸鹽夾雜物數(shù)量；另外加入石灰200kg/爐，不僅起到渣洗作用，還可以調(diào)整鋼包渣系，減少精煉快速脫硫的壓力。

3.1.2 LF爐精煉工藝調(diào)整

LF爐精煉過(guò)程中，合理的工藝制度，不僅對(duì)精煉工藝順行、保證鋼種成分是必要的，而且有助于降低鋼中夾雜物含量，提高鋼水潔凈度。鋼包進(jìn)入精煉工位后，首先破殼化渣，待爐渣化好后加入電石、鋁粉等脫氧劑，使?fàn)t渣快速泡沫化，根據(jù)不同鋼種埋弧造渣的特點(diǎn)，優(yōu)化精煉輔料和發(fā)泡劑的使用。

（1）采用物理性能適宜的精煉基礎(chǔ)渣。為提高精煉渣泡沫化效果，采用黏度較大、表面張力較小、堿度適宜的精煉基礎(chǔ)渣。

（2）要保證有足夠的精煉渣泡沫化氣源。電極與精煉渣反應(yīng)以及氬氣攪拌提供一部分氣源；另外可通過(guò)外加電石產(chǎn)生氣體，使精煉渣泡沫化程度提高。

（3）選擇合適的電壓、電流。在電極起弧時(shí)，選擇電流22000A，以便更好地化渣；在正常升溫時(shí)，選擇電流32000A，但要保證埋弧穩(wěn)定；在工藝要求快速升溫時(shí)，選擇電流34000A，進(jìn)行快速加熱；在需要保溫時(shí)，選擇電流28000A或24000A。

（4）優(yōu)化鋼包吹A(chǔ)r工藝。根據(jù)不同條件下的鋼水溫度與鋼中S元素含量，調(diào)整鋼包吹A(chǔ)r強(qiáng)度，嚴(yán)格控制精煉后軟吹時(shí)間，軟吹時(shí)間控制在10～12min，促進(jìn)夾雜物之間的碰撞，使之充分上浮。

3.1.3 連鑄工藝調(diào)整

（1）鋼包到連鑄中間包間采用保護(hù)套管+密封圈+Ar封保護(hù)澆鑄，減少鋼水二次氧化。

（2）連鑄中間包水口材質(zhì)選用鋁碳質(zhì)，同時(shí)優(yōu)化水口插入深度，可以有效降低鋼中硅酸鹽類(lèi)夾雜物和渣中SiO2含量，有利于鋼水的凈化和鋼坯內(nèi)部質(zhì)量的提高。

（3）降低中間包鋼水過(guò)熱度。開(kāi)機(jī)爐次中間包鋼水過(guò)熱度控制在30～50℃，連澆爐次控制在15～30℃。

（4）盡量滿包澆注，穩(wěn)定中間包鋼水液面。拉速穩(wěn)定控制在1.5～1.6m/min；嚴(yán)禁中包結(jié)殼導(dǎo)致塞棒失控。

3.1.4 加強(qiáng)鋼包使用維護(hù)管理

（1）冶煉過(guò)程中適當(dāng)增加石灰用量，提高爐渣堿度和黏度，降低氧化性爐渣對(duì)鋼包耐火材料的滲透和熔損，減少外來(lái)夾雜物對(duì)鋼水的污染。

（2）鋼包上線前烘烤時(shí)間由36h提高至48h，嚴(yán)格按照烘烤曲線進(jìn)行升溫，鋼包上線時(shí)溫度達(dá)到900℃，防止新鋼包裝鋼水后因升溫過(guò)快,造成耐火材料脫落。

（3）合理調(diào)整鋼包周轉(zhuǎn)頻率，避免鋼包因急冷、急熱,造成耐火材料脫落現(xiàn)象的發(fā)生[2]。

3.2 加熱爐燒鋼控制系統(tǒng)改造

加熱爐采用智能燒鋼控制系統(tǒng)。將加熱爐溫度偏差控制在±10℃之內(nèi)，提高加熱爐溫度的控制精度；嚴(yán)格規(guī)定鋼坯加熱時(shí)間，避免出現(xiàn)因加熱爐溫度過(guò)高、保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)形成的鋼坯表面脫碳情況；將加熱爐內(nèi)爐氣氧含量控制在1%～3%，減少鋼坯表面氧化鐵的生成，降低鋼坯的燒損。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)Q195熱軋帶鋼表面翹皮缺陷處化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相組織及微觀形貌的檢測(cè)和分析，結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確認(rèn)導(dǎo)致Q195熱軋帶鋼表面翹皮缺陷的主要原因是連鑄鋼坯夾雜物缺陷嚴(yán)重和加熱爐工藝操作不當(dāng)。

本文從煉鋼和軋鋼加熱爐兩個(gè)方面提出了設(shè)備及工藝改進(jìn)措施。通過(guò)調(diào)整煉鋼生產(chǎn)工藝，減少了鋼液脫氧產(chǎn)物的產(chǎn)生和鋼包耐火材料的卷入，從而提高了鋼水的純凈度和連鑄鋼坯的內(nèi)部質(zhì)量。帶鋼熱軋生產(chǎn)線加熱爐采用智能燒鋼系統(tǒng)后，提高了加熱爐溫度的控制精度；通過(guò)嚴(yán)格規(guī)定加熱時(shí)間，避免了因加熱爐溫度過(guò)高、保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)形成的帶鋼表面脫碳問(wèn)題。通過(guò)上述措施，最終解決了Q195熱軋帶鋼表面翹皮缺陷的質(zhì)量問(wèn)題。