熱軋盤條表面結疤原因及對策

汪先虎，姜洪剛，蔣艷菊

（本溪鋼鐵集團有限公司棒線材研發所，遼寧本溪117017）

熱軋盤條表面結疤原因及對策

汪先虎，姜洪剛，蔣艷菊

（本溪鋼鐵集團有限公司棒線材研發所，遼寧本溪117017）

熱軋盤條表面結疤是盤條表面缺陷的主要組成部分，直接影響到盤條在下游工序加工的生產效率和成材率。對熱軋盤條常見的不同類型表面結疤進行了歸類與分析，從連鑄和軋制工藝的角度，追溯了盤條表面結疤產生的原因，提出了相應解決對策。

熱軋盤條；表面結疤；角部裂紋；振痕；皮下氣泡

本鋼集團北營公司自加大線材產品開發力度以來，熱軋盤條表面結疤就成為困擾北營公司產品質量的主要問題，以2013年為例，各類結疤判廢量占盤條總判廢量的29.8%，因盤條結疤造成下游客戶拉拔斷絲而產生的質量異議超過盤條總異議量的50%以上。因此，有效解決盤條表面結疤是提高北營公司產品合格率、降低盤條質量異議數量和比例的關鍵所在。

本文介紹了北營公司熱軋盤條表面結疤常見的各類宏觀形貌及微觀形態，對其產生的原因進行了分析，同時提出了具體預防措施。

1　結疤的宏觀形貌與微觀形態

熱軋盤條表面結疤都是在軋制過程中直接產生的，盤條軋制完畢后，需經過水冷箱來控制其吐絲溫度，由于冷卻水易在盤條表面有缺陷的部位殘留和盤條存在缺陷部位的抗銹蝕能力較弱，因此，缺陷部位一般均伴隨著不同程度的銹蝕現象［1］，體現在宏觀上，則在盤條缺陷部位，一般都有不同程度的紅銹存在。

表面結疤宏觀形狀復雜多樣，但從微觀形態來看，一般可分為有根結疤和無根結疤兩種類型。

1.1有根結疤

有根結疤一般集中在盤條中局部一圈或幾圈中出現，但也會單個出現，結疤大小不一，形態各異，常見的如圖1（a）所示，進行高倍金相檢驗時，結疤有根延伸至盤條基體，如盤條的碳含量較高，則伴有明顯的局部脫碳現象。從微觀組織形態來看，此類結疤裂紋可分為兩種：

第一種為單一的裂紋向基體延伸，形狀較為規則，裂紋兩側的組織基本一致，這是因為兩側鋼的基體在軋制及后續的冷卻環境一致，典型的微觀脫碳形態見圖1（b）所示。

第二種則為結疤本體向基體延伸，深淺不一，時而連續分布，時而單獨出現，結疤本體相對基體脫碳明顯，結疤本體形狀不規則，與基體連接處混亂不堪，見圖1（c）所示，常見的宏觀形貌見圖1（d）所示。對此類結疤取縱向樣，可以看出結疤部位相對于盤條基體的脫碳明顯或組織區別較大，這是因為此類結疤與盤條基體相對獨立，在軋制冷卻過程中，冷卻速度與基體差別較大，導致顯微組織不同，見圖1（e）、（f）所示。

1.2無根結疤

無根結疤一般隨機地在盤條局部連續出現，形貌見圖2（a）所示。做高倍金相檢驗時，盤條有明顯的壓入痕跡，且結疤一般無根，裂紋端部一般較為圓鈍，盤條基體未有明顯的脫碳現象，仔細觀察，結疤裂紋兩側的組織大小有細微的差別，見圖2（b）所示。

2　結疤產生的原因與解決方案

第一類有根結疤主要是由于鋼坯在連鑄過程中產生的缺陷造成的，其主要類型可分為三種：渣坑、氣孔和裂紋；無根結疤一般是因為鋼坯表面在軋制前存在擦傷或毛刺引起的。

2.1渣坑

鋼坯表面凹凸不平，直接觀察鋼坯表面，可發現表層渣坑，但由于鋼坯表面存在一層厚厚的氧化鐵皮，部分渣坑較難發現，經火焰清理后，較易發現的明顯渣坑如圖3（a）所示；此類渣坑也可能為皮下渣坑，有時可在低倍檢驗過程中發現，如圖3（b）所示。表層渣坑較深，經加熱爐未得到有效的燒除，或皮下渣坑經加熱爐加熱后在軋制過程中暴露，即會在盤條表面形成1.1節中的第二種結疤，渣坑大小與深度直接決定盤條表面結疤的大小與分布狀態，如對此類結疤中的異物成分進行進一步的電鏡檢驗，也會發現有連鑄保護渣的成分存在。

2.1.1產生原因分析

此類渣坑形成的原因為連鑄拉速、液面波動較大，出現卷渣現象，或結團的渣塊、渣條未及時挑出，偶爾帶入鋼坯形成的；不合適的浸入式水口深度、角度和保護渣都會形成鑄坯渣坑或夾渣。

2.1.2解決方案

保持連鑄過程恒拉速，減少液面波動，保護渣渣塊或渣條應及時挑出，另外，浸入式水口的深度要合適，角度要垂直，位置要對中，并選用適合本鋼種的保護渣。

2.2鋼坯裂紋

鋼坯裂紋種類較多，本文主要列舉橫向裂紋和縱向裂紋，這兩類裂紋均可能出現在方坯表面或皮下，如得不到有效清除，就會在盤條表面形成各種不同類型的結疤，嚴重的會使盤條在軋制過程中開裂，造成堆鋼等工藝事故。此類原因形成的結疤表現形式常為1.1節中的第一種結疤。

2.2.1橫向裂紋

此類鋼坯缺陷在各類鋼種中均有可能產生，常在方坯的角部位置出現，高碳鋼出現的概率要高一些。因鋼坯表面存在氧化鐵皮，表面裂紋不易發現。在對鋼坯表面清理后，可見明顯的角部橫裂紋，此類角部橫裂紋易產生在振痕較嚴重的部位，如圖4（a）所示；嚴重振痕下面極有可能存在圖4（b）所示的角部橫向裂紋［2］；此類橫向裂紋較易產生單個的大塊翹皮狀結疤，如圖4（c）所示；在軋制過程中也可以在中間坯軋件表面發現明顯的裂紋缺陷暴露，如圖4（d）所示。

（1）產生原因

保護渣粘度過低、較強的鋼坯一冷水冷卻速度或拉速不合理，鑄機振幅過大或振動異常，均可使鑄坯表面的振痕加深，且在振痕下面出現橫向裂紋。

另外，由于中高碳鋼中的碳含量較高，鋼坯在二冷及后續的冷卻過程中，對冷卻速度較為敏感，當鋼坯冷卻不均或冷卻過快時，會使鋼坯表層產生內應力，在較大內應力的作用下，鋼坯較脆弱的晶界部位會產生開裂，表現在鋼坯表面、角部或皮下產生的各類橫向裂紋。

如鋼坯的表面橫向裂紋較深，在加熱爐加熱過程中未完全燒損去除，或皮下橫向裂紋如在加熱過程中暴露，最終也會形成各類表面結疤［3］。

（2）解決方案

對不同鋼種采用合適的保護渣、合理的拉速和鑄機振動頻率、合理的冷卻制度等都是減少鋼坯表面裂紋產生的有效措施。另外，鋼坯在冷床冷卻過程中，避免激冷，坯垛堆放時，要緩冷，特別是在冬天生產期間，一定要做好廠房的保溫和坯垛的緩冷。

2.2.2縱向裂紋

通常低倍檢驗中常發現皮下縱向裂紋，如圖5所示。此類皮下縱向裂紋如在加熱過程中暴露，就會產生盤條表面結疤，且常在盤條的局部位置，以連續成串的或單個方式存在，如對盤條進行軸向方向連續取樣，可發現裂紋連續存在，見圖6所示。

（1）產生原因分析

由于結晶器使用時間過長，銅管四角磨損嚴重，造成凹凸不平以及坯殼冷卻不均，結晶器保護渣的黏度及結晶器冷卻水不合理，或鋼液注流對鑄坯殼產生較嚴重的沖涮等原因，會使鋼坯在結晶器內部產生裂紋。

（2）解決方案

優化結晶器結構，結晶器銅管磨損后應及時更換；結晶器、足輥、零段要準確對弧；選用性能良好的保護渣，保護渣的黏度要合適；浸入式水口要垂直、對中，深度合適；合理的澆注溫度與拉速等措施，可以防止此類裂紋產生。

2.3鋼坯皮下氣泡或針孔在加熱過程中暴露

此類缺陷較易在H08A、H08C、H08E及部分SAE等低碳、低硅含量鋼種中產生，表現在熱軋盤條上主要以塊狀的有根結疤出現，嚴重的會使盤條表面凹凸不平，甚至鋼坯從加熱爐出來經除鱗后，即可發現紅坯表面有明顯的氣孔,見圖7（a）所示；粗軋后，中間坯暴露各類氣孔或裂紋，鋼坯低倍檢驗結果表明，其皮下氣泡級別較高，見圖7（b）所示。經氧氮分析，鋼中的氧含量也較高，在120× 10-6以上［4］。

此類原因造成的結疤常表現為有根結疤，和渣坑造成的結疤區別為，在結疤根部一般很難發現有保護渣成分存在，常以1.1節中第二種結疤的形式出現。

2.3.1產生原因分析

因H08A、H08C、H08E及低硅準沸騰鋼生產過程中，為了保證化學成分，一般采用留氧操作，LF精煉鋼中活度氧目標值在0.002 0%～0.003 5%之間，從而導致最終鋼中的全氧含量較高，一般在0.01%左右，如工藝控制不當，鋼水脫氧不充分或在連鑄過程中保護澆鑄做的不到位，均易使鑄坯產生皮下氣泡，當此類皮下氣泡離鑄坯表面較近時，鋼坯在加熱過程中致使氣泡暴露而氧化，最終使盤條表面產生上述結疤［5］。

另外，鋼中氫含量較高也能導致鋼坯皮下氣泡或針孔產生。

2.3.2解決方案

采取的措施如下：

強化脫氧手段，嚴格控制轉爐下渣量，準確控制鋼中的活度氧，LF精煉過程中，目標活度氧不得超過上限值，且做好連鑄過程中的保護澆注，盡量降低鋼中的全氧含量。同時對硅含量有范圍控制要求的鋼種，鋼液中硅含量按中上限值控制。另外，采用干燥的入爐物料及耐材，可減少氫的來源。

2.4鋼坯毛刺或擦傷

如鋼坯本身存在毛刺（圖8（a）所示）或較嚴重的擦傷（圖8（b）所示），經加熱爐與除鱗箱未得到有效去除，殘留在鋼坯上，經軋制后必然產生塊狀結疤，此類結疤一般在盤條的某一局部位置連續出現，常為1.1節所描述的無根結疤。在軋制過程中軋件與軋線的工藝件產生異常摩擦或刮碰，也會產生此類結疤。

另外，此類擦傷也有可能在鋼坯的加熱爐內因異常摩擦而產生。

對于此類結疤，應盡量避免鋼坯在冷床冷卻過程中和倒運過程中可能出現的擦傷，同時，應加強鋼坯入爐前的檢查，對存在毛刺或擦傷的鋼坯應及時清理或挑出。軋制過程中，經常對軋線進行檢查，發現軋件與工藝件有異常接觸應及時處理。

2.5鋼坯在加熱過程中過熱或過燒

鋼坯在加熱爐中加熱，如局部過熱或過燒，會在鋼坯的晶界部位首先出現嚴重氧化現象，氧化部位在軋制過程中得不到壓合，也會產生結疤。這種情況較少出現，可通過控制鋼坯在爐加熱溫度和加熱時間得到有效解決。

3　結語

（1）熱軋盤條表面結疤宏觀形狀復雜多樣，從微觀形態可分為有根結疤和無根結疤兩種。

（2）有根結疤可綜合考慮結疤的宏觀形貌、微觀形態、金相組織、存在的部位與所發生的鋼種等因素，判斷是否為鋼坯氣泡、裂紋或渣坑等因素所造成，并可通過控制鋼液中的氣體含量或對連鑄冷卻制度的優化、保護渣保護效果改善等加以有效清除。

（3）無根結疤一般由于鋼坯（或中間坯軋件）毛刺、擦傷等原因造成，可通過對鋼坯自身存在的毛刺進行入爐前清理，并對軋線易堆集異物的部位進行有效吹掃等措施；同時在軋制過程中，避免軋件與軋線工藝件之間產生異常摩擦或刮碰，可消除或減輕該類缺陷。

［1］胡封軒,付軍紅，周桂蘭.高速線材表面結疤成因探討［J］.金屬制品,2006（8）：25-27.

［2］田華彥,張林濤，鄧安元，等.連鑄過程中振痕缺陷的分析及對策［J］.鑄造技術,2008（5）:678-681.

［3］孟祥寧,朱苗勇,程乃良.高拉速下連鑄坯振痕形成機理及振動參數優化［J］.金屬學報，2007（8）:839-846.

［4］汪開忠,茆勇，陶永崗.連鑄準沸騰鋼盤條表面缺陷原因分析及對策［J］.鋼鐵研究，2001（5）：27-30.

［5］趙賢平,李子林，李靜宇.82B盤條常見質量缺陷分析［J］.金屬制品，2008（12）：34-37.

（編輯 袁曉青）

Causes of Scabs Formed on the Surface of Hot Rolled Wire Rods and Countermeasures for Treating Scabs

Wang Xianhu，Jiang Honggang，Jiang Yanju
（Steel Bars and Wire Rods Research Institute of Benxi Iron&Steel Group Co.,Ltd., Benxi 117017,Liaoning,China）

The scabs formed on the surface of hot rolled wire rods are the main part of the surface defects,which directly influences the production efficiency and yield for processing these wire rods in downstream process.So different types of common surface scabs formed on the surface of hot rolled wire rods were classified and analyzed.Then the causes leading to the formation of scabs on the surface of hot rolled wire rods were traced based on checking both continuous casting process and rolling process.Finally corresponding countermeasures for treating the scabs were proposed.

hot rolled wire rods;surface scabs;corner cracks;oscillation marks;pinhole under the surface

TG335

A

1006-4613（2015）03-0047-06

汪先虎，碩士，工程師，2003年畢業于燕山大學軋鋼機械專業。

E-mail:hyacinth2000wxh@126.com

2014-08-11