CSP 產線熱軋卷翹皮原因分析

郭海峰，張志克，單愛卿

（河鋼邯鋼連鑄連軋廠，河北 邯鄲 056000）

0 引言

邯鋼CSP 產線于1999 年投產，該產線生產的鑄坯主要特點為寬厚比大，內部質量好，但是，表面質量缺陷較為突出。自投產以來，縱裂、邊裂和翹皮質量問題一直困擾著連鑄生產，經過長時間的技術攻關，縱裂、邊裂問題已經得到有效控制，但翹皮缺陷問題仍未解決。

翹皮缺陷的產生原因一般可分為煉鋼原因和熱軋原因[1]。煉鋼原因包括結晶器保護渣、連鑄坯表面裂紋、內部氣孔和縮孔等[2-3]。熱軋原因包括鑄坯加熱方法、鑄坯軋制方法等。翹皮缺陷具有連續分布、集中爆發的特點。處理該缺陷的主要措施一般是對板卷邊部進行打磨，但是會影響產品的外觀，并且一定程度上也降低了產品的耐磨性和抗腐蝕性能。翹皮嚴重時，產品還會被降級使用，影響生產效益。因此，為控制翹皮缺陷的發生率，有必要分析出現翹皮缺陷的原因，并對翹皮缺陷進行技術攻關。

1 對翹皮缺陷進行取樣分析

CSP 薄板坯連鑄連軋生產工藝流程為：高爐鐵水→轉爐冶煉→LF 爐精煉→CSP 連鑄→加熱爐→粗軋→均熱爐→精軋→卷取。煉鋼主體設備主要有：頂底復吹轉爐、LF 精煉爐和薄板坯連鑄機，連鑄機配備電磁下渣檢測系統。這條生產線的生產流程包括多道工序，在生產過程中難免會產生缺陷。其中，表面缺陷是影響板卷質量的重要指標，尤其是翹皮缺陷，會導致后續的冷軋、鍍鋅等工序出現質量問題，降低帶鋼的成品率。

1.1 宏觀形貌

翹皮缺陷的宏觀形貌如圖1 所示。翹皮部位主要集中在鑄坯邊部，呈大量不規則分布。板卷切邊前在邊部呈柳葉狀，如圖1-1 所示。經酸洗切邊后，呈毛刺狀，嚴重的翹皮呈“八”字形狀，如圖1-2 所示。

圖1 翹皮卷的宏觀形貌

為了確定熱軋板卷出現翹皮缺陷的具體原因，從板卷缺陷處取樣進行電鏡掃描和能譜分析。

1.2 試驗方法

試驗材料采用邯鋼CSP 產線生產的低碳鋼和中碳低合金熱軋板卷，具體化學成分見表1。試驗材料隨機從有翹皮缺陷的板卷上切取試樣，用顯微儀觀察缺陷樣品的全貌，然后用丙酮清洗試樣上存留的油污，接著在超聲波振蕩儀中進行處理。試樣經磨拋后，在掃描電鏡下對缺陷部位進行微觀樣貌觀察和能譜檢測。

表1 樣品卷化學成分

1.3 試驗結果

1.3.1 電鏡掃描分析

1 號樣品電鏡掃描圖如圖2-1 所示，在1 號樣品邊部有開裂現象，裂紋有分叉，且延伸較長，裂紋內部填充灰色高溫氧化鐵，說明鑄坯在進入加熱爐之前，邊部就存在一定深度的邊部裂紋缺陷，在加熱爐加熱過程中，裂紋缺陷發生二次氧化。

圖2 翹皮缺陷樣品電鏡掃描圖

2 號樣品的微觀組織圖如圖2-2 所示，在2 號樣品缺陷處，存在塊狀氧化鐵皮、保護渣、耐火材料或某種氧化產物的夾雜。

1.3.2 能譜成分分析

1 號樣品能譜成分分析圖如圖3-1 所示，1 號樣品缺陷處主要成分為K、Ca、C、O、Si、Fe、Mg 和Cl 等元素。2 號樣品能譜成分分析圖如圖3-2 所示，2 號樣品缺陷處主要成分為Fe、Na、Si、Al 和O 等元素。這兩個樣品的成分元素和結晶器保護渣成分相近，可能是連鑄過程中保護渣卷入鋼水，并且在鑄坯凝固前被枝晶捕獲而遺留在鑄坯中。鑄坯經過軋制碾壓后，夾雜物進入鑄坯內表面，形成翹皮缺陷。該產線使用的結晶器保護渣成分見表2。

表2 結晶器保護渣成分

圖3 樣品能譜成分分析

2 翹皮缺陷產生的原因

通過對試樣進行電鏡掃描和能譜分析，熱軋板卷發生翹皮缺陷的主要原因如下：

1）鑄坯在進入加熱爐前邊部有開裂現象，進入加熱爐加熱過程中，開裂處保留的少量空氣和鑄坯表面的氧化鐵皮中Si、Mn 等易氧化元素發生二次氧化。鑄坯和二次氧化的氧化鐵皮在后續的軋制過程中被軋合而遺留在鑄坯表面，從而形成翹皮[4-5]。

2）結晶器水口周圍的保護渣被卷入鑄坯內表面，經過后續軋制碾壓后，保護渣上浮到鑄坯表面，形成翹皮缺陷。

3）在扇形段二冷區，鑄坯邊部區域為二維傳熱，鑄坯出結晶器后，溫度迅速降低，鑄坯在扇形段所受冷卻強度過大或冷卻不均造成邊部過冷，且在下行過程中表面反復回溫和冷卻，加速鐵素體相和細小AlN在奧氏體晶界析出，降低鑄坯高溫塑性，并在應力作用下撕裂發展為裂紋[6]。

3 采取的改進措施

1）嚴格控制鋼水成分，鋼水w（C）盡可能避開0.08%～0.15%的包晶反應范圍，低碳鋼的w（C）控制在0.07%以下，中碳鋼的w（C）控制在0.19%～0.22%范圍。降低鋼水中殘余元素，尤其是Cu 的含量。對CSP 產線長期跟蹤發現，碳含量越是接近包晶區，裂紋敏感性越強，缺陷發生率明顯上升。鋼水中殘余元素Cu 含量偏高，其熔點低，會在鑄坯晶界偏聚，在晶界呈現液態膜狀，使晶界強度急劇降低，引發邊裂缺陷。

2）減少結晶器液面的異常波動，保持恒拉速，防止結晶器卷入保護渣。改進連鑄中包工撈渣方法，減少撈渣時對結晶器鋼水流場的破壞。結晶器液面的異常波動、拉速的劇烈升降以及浸入式水口插入深度過淺等都會引起結晶器內鋼液流速和彎月面湍動的急劇增加，造成結晶器內凝固殼不穩定，導致液面上的熔融保護渣或非金屬被卷入鋼水中。

3）減少鑄坯邊部二冷水流量，改進二冷水噴淋結構，防止鑄坯邊部過冷，以減少鑄坯邊裂的產生。

4 應用效果

應用上述控制翹皮措施后，翹皮缺陷發生率大大降低。月度翹皮質量由月均74.8 t 降至18.85 t，降幅達74.80%，如表3 所示。

表3 采取措施前后效果對比

5 結語

通過對翹皮缺陷試樣進行電鏡掃描和能譜分析，該產線發生翹皮缺陷的主要原因是鑄坯出結晶器后，在扇形段二冷區所受二冷強度過大或冷卻不均造成邊部過冷，鐵素體相和細小AlN 在奧氏體晶界析出，鑄坯的高溫塑性降低，在應力作用下造成鑄坯邊部開裂。進入加熱爐后，邊部裂紋缺陷處的空氣和氧化鐵皮發生二次氧化，后續軋制過程中被軋合而遺留在表面。還有一個主要原因是卷入保護渣或加熱爐內耐火材料脫落，經過軋制碾壓后，形成翹皮缺陷。通過采取改進措施，有效控制了翹皮缺陷，效果顯著。