超低碳鋼邊部線狀缺陷分析及控制

馬春紅

（河鋼集團唐山鋼鐵集團有限責任公司，河北063000）

0 引言

熱軋鋼帶的軋制是鋼坯在高溫奧氏體狀態下進行多道次壓下變形實現的，整個軋制過程都伴隨著鋼帶溫度的變化，受軋制過程諸多因素的影響，鋼帶產成品邊部位置很容易產生影響鋼帶質量的缺陷。超低碳熱軋鋼帶經冷軋加工后被廣泛應用于汽車、家電領域，因此對熱軋鋼帶的質量要求相對較高。唐鋼新區2050 產線生產的供冷軋用超低碳IF 鋼帶邊部頻繁出現“線”狀缺陷，缺陷發生率達到了80%左右，該缺陷在后續冷軋加工過程中如果切邊殘留很容易造成冷軋事故，對于冷軋后切邊產品更容易造成軋機斷帶事故，因此更需要查找原因并進行有效控制。

本文對唐鋼新區2050 產線生產的超低碳熱軋鋼帶邊部線狀缺陷進行了深入研究，通過生產現場試驗分析、實驗室缺陷位置斷面的顯微分析以及缺陷部位電鏡掃描和能譜分析，確定了超低碳鋼熱軋鋼帶邊部線狀缺陷在軋線上產生的部位和產生的原因，并針對中間坯角部降溫問題制定了有效的防范措施。

1 超低碳熱軋鋼帶邊部線狀缺陷

超低碳熱軋鋼帶邊部缺陷的位置距離鋼帶邊緣3～30 mm，形貌呈黑色線狀，缺陷分連續的和斷續的兩種，反映到整卷帶鋼長度上，帶鋼尾部缺陷程度較頭部重。通過熱軋表面檢測設備可以捕捉到該邊部缺陷，如圖1 所示。現場取部分鋼卷實物進行酸洗后邊部能看見清晰線狀缺陷，如圖2 所示。

圖1 表檢缺陷圖片

圖2 酸洗后實物照片

2 缺陷試驗分析

2.1 生產過程試驗分析

2050 熱軋線為常規熱連軋軋機，采用2 架粗軋和7 架精軋配置，從出爐到成卷產線距離較長，1 號加熱爐中心線到DC1 中心線度距離467.77 m。在第2 架粗軋機（R2）后配有卷箱（Coil box）設備，中間坯軋制具備成卷和直通兩種軋制模式。

為了確定缺陷主要發生的機組部位，在生產中分別采用直通模式和成卷模式進行生產實驗，然后根據表面檢測設備觀察缺陷產生位置是否變化來判斷缺陷發生的主要機組。從試驗生產的鋼卷表面檢測結果觀察，缺陷的發生位置分別隨著卷箱的投入和直通軋制發生改變。直通模式生產時缺陷位于鋼卷上表面（如圖3 所示），使用卷箱模式生產時缺陷位于鋼卷下表面（如圖4 所示）。由此可以判斷該缺陷的產生是由粗軋階段軋制產生的，尋找缺陷產生原因重點在粗軋區域。

圖3 上表面缺陷

圖4 下表面缺陷

生產過程中取粗軋R2 中間坯料觀察，發現中間坯上表面邊部存在角部“翻邊”缺陷，粗軋中間坯還要經過精軋7 個道次軋制成成品，因此可以判斷板卷邊部線狀缺陷是由中間坯“翻邊”缺陷經過精軋壓縮變形形成的。圖5 為超低碳鋼軋制過程中拍攝的粗軋R2 第2 道次坯料照片，圖6 為所取中間坯斷面形狀示意圖。

圖5 中間坯實物

2.2 缺陷位置斷面的顯微分析

從缺陷鋼卷取缺陷部位試樣（如圖7 所示），隨后對試樣用線切割機進行切割處理，把切割好的試樣進行熱鑲嵌，隨后用800～1 500 號的砂紙對試樣的表面進行逐級打磨，鑲嵌后用拋光機進行拋光處理。試樣經腐蝕液腐蝕后，利用電鏡對試樣缺陷處形貌進行檢測。

圖7 板卷實物

（1）在電子顯微鏡下觀察鋼卷缺陷部位表面形貌，可以發現表面缺陷呈“線”狀（如圖8 所示）。

圖8 缺陷處形貌

（2）在電子顯微鏡下詳細觀察缺陷部位斷面形貌，可以發現缺陷從鋼板表面沿鋼板橫向向基體內部延伸，且呈分層狀態，缺陷深處與鋼帶基體連接。缺陷處組織與內部組織存在差異，晶粒偏大且有再結晶現象。缺陷斷面顯微形貌如圖9 所示，缺陷部位晶相組織如圖10 所示，正常基體晶相組織如圖11 所示。

圖9 缺陷斷面

圖10 缺陷晶相組織

圖11 基體晶相組織

2.3 缺陷位置的掃描電鏡及能譜分析

對熱軋卷缺陷部位進行取樣（見圖12），經過切割和拋光后制備成用于電鏡掃描和能譜分析的試樣（如圖13 所示）。在使用腐蝕液對拋光面進行處理后，對試樣缺陷部位進行電鏡掃描和能譜分析。

圖12

圖13

通過電鏡掃描觀察缺陷表面，發現在缺陷位置存有大量黑色的殘留物，如圖14（a）所示。對圖14（b）所示的缺陷1 和2 位置進行能譜分析，分析結果如圖14（c）和圖14（d）所示，缺陷位置成分主要是Fe 和O，黑色物質應該是殘存的氧化鐵。

圖14

3 缺陷產生原因分析及改善措施

3.1 缺陷產生原因分析

綜合缺陷分析的多個結果我們可以得出，超低碳鋼邊部線狀缺陷是由軋制變形過程中鋼坯角部變形不良造成。鋼坯角部變形不良（翻邊）主要是在粗軋軋制階段產生的，后續在精軋階段該缺陷隨著鋼帶變形逐漸演變成“細線”缺陷。

軋制的中間坯角部為什么會翻邊呢？經過分析發現，由于2050 生產線較長，從加熱爐出口到精軋機進口長度達330.045 m，且各個機組均有較強的冷卻能力，生產過程中鋼坯角部溫降較大，導致粗軋階段鋼坯角部溫度較低，在軋制變形中角部金屬流動不均勻導致中間坯角部“翻邊”。

中間坯角部缺陷部位存在部分再結晶現象，分析原因主要是由于超低碳鐵素體相變點較高，在880～900 ℃左右，當中間坯角部溫度過低時，就導致了角部組織發生了相變，也就是說中間坯角部是混晶狀態，這些因素也導致了角部“翻邊”缺陷的發生。

3.2 工藝改進措施

根據缺陷發生的原因，有針對性的制定工藝改進措施，以減少中間坯角部溫降，降低中間坯料角部“翻邊”的可能性。

3.2.1 提高出爐溫度

2050 產線的主要工藝流程為：加熱→定寬→粗軋R1→粗軋R2→卷箱→精軋→層冷→卷取。鑒于2050 生產線軋制線較長，軋制生產過程中中間坯溫降較大，為保證粗軋階段中間坯料溫度充裕，因此提高了板坯的出爐溫度，保證中間坯角部在軋制過程中角部不混晶，優化后的粗軋RDT2 的溫度比原工藝提高了30 ℃。

3.2.2 減少中間坯過程溫降

為了降低中間坯過程溫降，在粗軋區域的送鋼輥道上增加了保溫罩裝置，其中在定寬機和粗軋R1；粗軋R1 和粗軋R2 之間增加了兩組保溫罩，保溫罩裝置對減少中間坯溫降有著明顯的效果。在卷箱和R2 之間有液壓抬起的保溫罩，在進行超低碳鋼生產時選擇投入。

3.2.3 冷卻水治理

（1）梳理生產線上的主要生產機組的冷卻系統狀態，對于不合理的設備冷卻水進行改造和優化，減少多余的冷卻水澆到鋼坯上。同時利用檢修時間對R2 出口逆噴水梁兩側噴嘴進行了封閉處理，中間留1.1 m 寬度逆噴封水；R1 出口外側逆噴封水采用關閉手段，減少中間坯角部溫降。

（2）生產中發現定寬機區域漏水較多，由于定寬機區域鑄坯運行速度較低更容易造成角部溫度不均，利用定修時機對定寬機區域漏水問題進行處理，經過處理后鑄坯的角部溫降得到了明顯改善。

4 結語

綜上所述，熱軋超低碳鋼在軋制過程中板卷邊部線狀缺陷產生的主要原因是在軋制過程中的粗軋階段中間坯料角部溫度過低。中間坯角部溫度低導致了在軋制變形的過程中角部發生不均勻變形，極端情況下在軋制過程中間坯料角部發生了鐵素體轉變，鋼帶角部是混晶狀態。當軋制變形在奧氏體和鐵素體兩項區進行，就導致了中間坯角部“翻邊”缺陷的發生，角部帶缺陷的中間坯經過精軋變形后不能完全軋合，在鋼卷邊部表現出“線狀”缺陷。

本文中主要工藝改進措施是圍繞減少中間坯角部溫降制定的，但同時也要注意改善定寬機立輥和錘頭形狀，以減輕中間坯角部“翻邊”缺陷的嚴重程度。