低碳冷軋基板邊部非典型裂紋成因分析與控制

陳四平，朱紅芳

（德龍鋼鐵有限公司技術中心，河北 邢臺 054009）

冷軋基板是對冷軋用熱軋卷板得簡稱，廣泛應用于鍍鋅板、彩涂板、家電面板、馬口鐵等用途的冷軋原料。目前，隨著冷軋制品越來越精細，厚度也越來越薄，用戶對冷軋基板的質量要求也越來越嚴格，板坯生產過程中對各個工序都提出了更高的要求，特別是冷軋產品的表面質量，成為了影響冷軋后表面質量的最主要因素。本文針對冷軋基板SPHC表面頻繁出現的邊部裂紋質量問題，采用金相檢驗、掃描電鏡觀察、能譜分析以及中間坯去皮檢查等手段，同時結合加熱、粗軋工藝，分析同批次連鑄坯在不同粗軋工藝以及設備條件下邊部裂紋的變化規律，找出了裂紋缺陷發生的主要原因，并通過采取相應的控制措施，抑制該缺陷的發生。

1 缺陷形貌特征

熱軋卷邊部裂紋缺陷的外觀形貌如圖1所示，呈現為沿軋制方向的直線狀，一般長度在10mm～50mm，密集分布在帶鋼上表面邊部兩側3cm以內，裂紋處往往伴隨有輕微的起皮現象。

圖1 邊部裂紋缺陷形貌圖

2 檢驗與分析

（1）金相觀察。于邊部裂紋缺陷明顯的部位切取小塊鋼板，制成10mm×10mm的金相試樣進行截面的金相分析缺陷位置處的組織形貌。缺陷裂紋深度為30μm，形貌為凹坑型（圖2b）與開裂型（圖2a），且周圍并無氧化圓點存在。

有資料顯示[1]，如果來料板坯表面或邊角部存在裂紋或開裂的缺陷，這些裂紋在高溫長時間加熱過程中，由于加熱爐空氣中O向板坯裂紋內滲透，將使板坯中Si、Mn等易氧化元素出現不同程度的氧化，從而在裂紋周圍形成氧化質點。由圖2檢測結果說明，該缺陷并非來自于加熱爐之前，極有可能與熱軋的粗軋或精軋工序。

圖2 裂紋缺陷的截面形貌

（2）針對性檢查。為了進一步驗證邊部裂紋的產生工序，選擇2塊200mm×930mm×1010mm的SPHC鑄坯在不同粗軋側壓、相同粗軋平輥正壓的工藝下進行軋制，其中1#鑄坯為限寬軋制，在第1、3、5道次投入立輥側壓，中間坯寬度910mm；2#鑄坯為自由展寬軋制，不投入立輥。分別在軋后中間坯頭部1m以及成品卷尾部5m處剪切20mm長鋼板進行邊部質量檢測，考慮到鑄坯的表面氧化鐵皮影響影響邊部裂紋觀察，對需要檢測的部位進行酸洗除鱗。

圖3（a、b）為2支SPHC連鑄坯的中間坯與成品卷邊部裂紋形貌。圖3（a）為1#板坯粗軋后的邊部除鱗表面，存在大量微小縱裂紋，成品卷邊部相應位置同樣有細小縱裂紋；圖3（b）為2#鑄坯粗軋后的邊部除鱗表面，未發現裂紋缺陷。因此，可以確定此次冷軋基板出現邊部裂紋是在立輥側壓過程中形成的。

圖3 中間坯與成品卷邊部質量對比

圖4 立輥表面質量

對粗軋立輥抽出檢查表面質量，如圖4所示，表面磨損嚴重，在粗糙部位存在不規則分布的結瘤狀缺陷，最高突起高度約為6mm。結合立輥的軋制變形機理判斷，立輥側壓時，立輥結瘤與軋件側面相互擠壓，且產生相對滑動，在軋件側面上形成了一定深度的劃傷，這些側面的缺陷在后續的軋制過程中翻轉至板坯表面，并產生縱向延伸，最終在中間坯邊部形成密集的細小直線裂紋。

（3）結瘤高度對成品裂紋深度的影響。在線打磨立輥表面結瘤，并在200mm×930mm×1010mm鑄坯上進行限寬軋制，測量結瘤高度與SPHC邊部裂紋深度（如圖6）。由此可見：結瘤高度較小時，不影響成品帶鋼表面裂紋或起皮，但結瘤高度的增大至1mm時，SPHC帶鋼邊部開始出現碎裂紋缺陷，且裂紋深度隨著結瘤高度得增加而增大。

圖5 立輥結瘤高度與成品裂紋深度的關系圖

圖6 立輥軋制量與輥面結瘤高度的關系

（4）立輥結瘤原因分析。粗軋立輥是帶鋼生產線上的主要寬度控制部件，與軋件側面直接接觸，根據軋輥磨損機理[3]，在軋制過程中承受周期性的機械載荷和溫度波動，形成疲勞磨損，同時還伴有較硬氧化物顆粒的研磨作用，導致立輥出現輥面磨損的現象，部分區域變得粗糙。這些粗糙區域，在高溫軋制環境以及與軋件的滑動摩擦作用下，更容易引起鐵粉或者氧化鐵顆粒在此處聚集疊加，最終形成結瘤。

本次缺陷帶鋼所采用的粗軋生產線是由二輥可逆式單機架軋機R1與機前立輥機架E1組成，對來料鑄坯采用往返5道次軋制，并在第1、3、5道次使用立輥側壓控制寬度，立輥使用頻率高。采用定期抽檢立輥在線的表面情況，如如圖5所示，隨著E1的使用時間延長，軋制量超過6萬噸時，立輥輥面開始出現起瘤，且隨著軋制量的再一步增大，高度增加速率逐漸增大，軋制量達到12萬噸時，立輥表面起瘤高度達到1mm，開始影響成品帶鋼出現邊部裂紋；軋制量達到18萬噸后，立輥表面結瘤尖銳突出，高度達到了6mm。所以，立輥的在線使用周期過長是直接造成輥面磨損嚴重，出現輥面結瘤的根本原因。

3 改進措施

（1）在線打磨軋輥。在軋制生產過程中利用停軋時間，使用剛性砂輪在線對立輥表面進行打磨，去除表面疲勞層，降低磨損程度。

（2）優化立輥的使用周期。粗軋立輥使用周期超過12萬噸立輥表面出現起瘤現象，因此，可以通過制定立輥使用周期不超過12萬噸，避免帶鋼邊部出現裂紋缺陷。

（3）加強立輥冷卻。優化立輥水嘴結構，擴大水嘴直徑至10.5mm，提高立輥強化冷卻能力，降低軋輥表面溫度，可以有效減弱軋輥熱疲勞，減緩立輥表面起瘤。通過系列控制措施的應用，對后續生產的SPHC帶鋼邊部質量情況進行跟蹤檢查，在軋制12噸周期后，冷軋基板邊部裂紋缺陷消失，邊部裂紋得到有效控制。

4 結論

本次冷軋基板邊部裂紋的原因是粗軋立輥使用周期過程，輥面結瘤而引起的。該類裂紋的特征是長度較短、深度較淺，裂紋內無氧化圓點、保護渣等。通過立輥在線打磨、優化立輥更換周期，加強軋輥冷卻等措施，可減緩輥面結瘤，從而有效控制此類邊部裂紋缺陷。