含硼鋼熱軋缺陷研究

趙科

(本鋼技術中心,遼寧本溪 117000)

含硼鋼熱軋缺陷研究

趙科

(本鋼技術中心,遼寧本溪 117000)

在生產含硼熱軋板卷時,邊部裂紋是一種常見的缺陷,通過分析測試手段,以及實際生產的統計數據,結合其他學者研究結果,對本鋼含硼鋼熱軋板卷邊部裂紋產生的原因進行分析并提出改進意見。采用本文觀點進行生產,含硼鋼角裂問題得到明顯改善。

含硼鋼 邊部裂紋 角橫裂 熱軋卷板

隨著加硼鋼產品數量及產量的增加,熱軋后產品邊部缺陷量也明顯增加,實際生產過程中出現大量邊裂、暗線、翹皮(結疤)等,大量產品不得不降級處理[1]。此外,鑄坯清理量也急劇增加,甚至影響生產和交貨周期,浪費大量人力物力,降低生產效率,嚴重影響成材率[2]。因此,含硼鋼表面缺陷成為鋼鐵行業函待解決的棘手問題。為此,本鋼進行了大量系統研究,本文主要針對含硼鋼熱軋產品缺陷進行分析和說明。

1 含硼鋼表面缺陷分類

熱軋板卷的裂紋在卷板表面上的分布大部分是以邊部裂紋存在的,作者統計過去兩年本鋼加硼鋼熱軋產品邊裂缺陷,認為主要可歸納為三種：第一種,邊部裂紋。統計分析表明,這種缺陷一般容易在較厚規格的產品上產生,尤其是8mm以上產品;第二種,邊裂翹皮。一般較多在8mm以下的產品產生,起初有學者認為是結疤,但根據化學成分分析發現,并不屬于結疤。以上兩種缺陷根據嚴重等級以及多少可以進行劃分,一般判定為廢品或降級;第三種為邊部暗線。這種情況既可稱是缺陷,也可判定合格產品,情況較為復雜。上訴幾種缺陷可統稱為裂紋缺陷。

2 影響含硼鋼表面缺陷的因素

眾多學者已經對熱軋卷板邊裂產生過程進行大量研究,大部分專家認為應歸因于鑄坯角橫裂遺傳。但分析發現,熱軋工藝參數也對表面質量有著至關重要的作用,熱軋工藝不僅能遺傳和影響裂紋程度,也可能額外引發卷板裂紋。

關于熱軋板卷缺陷的研究多針對板坯裂紋,對軋制卷板研究較少。一般認為加B熱軋卷板的裂紋缺陷都是板坯裂紋遺傳而來的。其實,熱軋卷裂紋不僅是板坯遺傳,也可能是熱軋階段產生的。

圖1 材料的熱塑性曲線

一方面,連鑄坯在加熱爐重新加熱后經爐后除鱗,邊部溫降最大,如氮含量高將以氮化物的形式在坯料邊部的晶界處析出,導致坯料邊部塑性差;如粗軋立輥側壓量不夠,則對坯料邊部質量的改善有限,特別是坯料頭部和尾部,這樣就很可能產生邊裂。現場工藝調整發現,若粗軋立輥的側壓量每道次達到30～45mm則可有效改善板坯邊部質量,減少邊裂。

此外,統計分析發現,熱軋加B鋼裂紋缺陷基本集中在邊部10～30mm的地方,而且在最終產品幾乎下表面沒有裂紋的產生,主要集中在上表面,即上表面兩側為裂紋發生的集中部位。為了確認含硼鋼與普碳鋼熱軋過程中的差別,本研究采用熱模擬試驗機對含硼鋼熱塑性曲線進行測定,如圖1所示。對比發現,盡管普遍觀點認為700～900℃為碳鋼的脆性區[3],但含硼鋼斷面收縮率最低溫度為800℃,而普碳鋼則為750℃,含硼鋼比普通碳鋼高50℃。

分析認為,軋制過程中熱軋卷板邊部因工藝特性與基板有所不同,諸如冷卻水從邊部流下,邊部與外界低溫設備接觸多,以及本身邊部熱擴散特性等,決定了邊部溫度必然低于基板溫度,一般認為邊部區域溫度比基板低50～100℃。分析認為,實際生產過程中采集溫度數據為表面溫度,并不能代表板坯角部溫度。按照常規普通碳鋼的工藝進行軋制,邊部溫度將高于脆性溫度,因此普碳鋼不容易出現邊裂問題,但含硼鋼因脆性溫度偏高,若熱軋工藝未進行相應調整,則邊部更容易達到脆性溫度,引起邊部裂紋缺陷。

對現場的統計結果表明,板坯下表面邊部狀態要優于上表面,分析認為這主要是因為下表面沒有冷卻水的流動。為了進一步研究熱軋工藝對加硼鋼板坯邊部缺陷的影響,對熱軋過程中冷卻速率進行調整：優化粗軋除鱗水,改善邊部冷卻環境,提高邊部溫度,希望從熱軋階段避開含硼鋼高溫脆性區,使中間坯在軋制過程具有良好的塑性。試驗結果表明,減少粗軋冷卻水能明顯改善板坯角橫裂缺陷。

試驗結果表明,熱軋工藝也可形成裂紋,熱軋過程中脆性區變形不可避免,如果控制不理想極易發生邊部缺陷,特別是加硼鋼因脆性溫度提高,更容易在粗軋階段進入脆性溫度區間而產生裂紋缺陷。當板坯進入精軋機組以后,一方面邊部溫度已經降低至脆性區以下,另一方面因精軋應變增加,且應變速率非常高,應變累計明顯,將不再產生裂紋。

3 結語

含硼鋼熱軋卷板的邊裂,一方面由鑄坯角橫裂遺傳造成的。但另一方面,熱軋工藝參數也對表面質量有著至關重要的作用,熱軋工藝不僅能遺傳和影響裂紋程度,也可能額外引發卷板裂紋。

(1)實際生產過程中,引起熱卷裂紋的原因存在諸多因素,但唯獨邊部裂紋明顯,板坯裂紋以邊角裂居多,占98～99%,這主要歸因于邊部溫度變化大,促進裂紋產生。(2)板坯裂紋缺陷不嚴重情況下,一般經加熱爐加熱,出爐經高壓水沖擊后,鐵皮會清除或減少,熱軋后會焊合而不影響性能。(3)含硼鋼脆性區溫度比普通碳鋼高50℃,生產過程中若工藝不進行調整,熱軋過程也會產生裂紋,含硼鋼板坯裂紋與變形溫度關系較大,隨著應變溫度的降低,即使應變和應變速率的增加也不再發生裂紋,即精軋不會產生新裂紋。

[1]賀信萊,褚幼義,柯俊.硼鋼淬透性與硼向奧氏體晶界的偏聚[J].金屬學報,1983,19(6)：459-465.

[2]賀景春,陳建軍,梁志剛.連鑄坯裂紋主要影響因素及對策研究[J].包鋼科技,2004,10.

[3]辛建卿,岳爾斌.Q345B鋼連鑄坯角裂形成原因分析[J].煉鋼,2007,23(6)：16-19.