鋼板表面翹皮缺陷產生原因

劉 瑩, 張 楠

(天津鋼鐵集團有限公司, 天津 300000)

解決鋼板表面缺陷問題一直是鋼鐵企業技術研究的重點工作之一[1-2]。鋼板表面出現質量問題會使產品降級，嚴重時會直接將產品判廢，給企業造成巨大的經濟損失。因此，對產品表面缺陷的產生原因進行分析，并提出相應的改進措施，可以減少經濟損失，提升產品效益。

對265片表面存在翹皮缺陷的Q235B鋼板按照厚度進行統計，其中厚度為12 mm的有165片，厚度為14 mm的有7片，厚度為22 mm的有2片，厚度為35 mm的有1片。筆者采用宏觀觀察、化學成分分析、金相檢驗、能譜分析等方法，并結合鋼板的生產工藝，對Q235B鋼板表面出現翹皮缺陷的原因進行了分析，并提出了工藝改進的方向，以避免該問題再次發生。

1 理化檢驗

1.1 宏觀觀察

鋼板表面翹皮缺陷的宏觀形貌如圖1所示。由圖1可知：可見翹皮缺陷沿鋼板寬度方向分布，沿軋制方向的寬度約為400～600 mm，且沿軋制方向分布無明顯規律；翹皮的一端與基體相連，另一端為自由端，呈波浪弧線狀，如鱗片般翹起；缺陷嚴重處的翹皮已經呈條形彎曲不規則狀，且即將剝離或已剝離鋼板表面僅留下凹坑。

圖1 鋼板表面翹皮缺陷的宏觀形貌

1.2 化學成分分析

從表面存在翹皮缺陷的Q235B鋼板取樣，利用直讀光譜儀對試樣進行化學成分分析，結果如表1所示，可見試樣的化學成分符合GB/T 700—2006《碳素結構鋼》的要求。

表1 表面存在翹皮缺陷Q235B鋼板的化學成分分析結果 %

1.3 金相檢驗及能譜分析

選取表面存在翹皮缺陷且翹皮尚未脫落的Q235B鋼板，沿垂直于翹皮缺陷延展方向取樣，將試樣切割、磨拋后對其進行金相檢驗，結果如圖2所示。由圖2可知：缺陷處翹起部位與基體間未完全分離，根部仍有連接，且此位置存在高溫Fe2O3，周圍有極少量的氧化圓點[3-4]；翹起部位與基體間夾有兩層Fe2O3，分別附著于分開的翹皮及基體表面位置，且每層Fe2O3中都能觀察到FeO及Fe3O4層，其中FeO層與基體和翹皮相連接，Fe3O4層附著在FeO層外；試樣組織為鐵素體+珠光體，為正常組織，缺陷周圍區域脫碳不明顯，但在翹皮一側的晶粒略有長大。

圖2 翹皮缺陷處的微觀形貌

利用能譜儀對翹皮缺陷周圍區域的氧化圓點進行分析，發現氧化圓點主要成分為FeMnO3，是典型的高溫氧化產物(見圖3)。

圖3 翹皮缺陷周圍區域氧化圓點的能譜圖

2 綜合分析

經上述理化檢驗分析可知，鋼板表面缺陷的一側與基體相連，未發現擴展的裂紋，翹起部分的組織與基體相近，并非氧化鐵皮，故判定該缺陷為翹皮缺陷，不是裂紋或異物壓入缺陷；缺陷與基體之間銜接處存在Fe2O3，周圍存在極少量的氧化圓點。氧化圓點產生的原因為：在高溫(約1 000 ℃)干燥環境中，金屬材料中的Si，Mn元素經過高溫氧化，形成了圓點狀氧化物，即氧化圓點。隨著加熱溫度的升高，保溫時間的延長，氧化圓點的數量也隨之增加。在高溫條件下，當鋼板表面出現缺陷時，缺陷處的氧勢會比其他位置的高，氧化圓點在該部位更易產生并聚集。在缺陷周圍觀察到大量氧化圓點時，表明在前一道加熱工序前，缺陷可能已經存在，而在高溫水蒸氣環境中，Si，Mn元素的氧化速率會隨著水蒸氣的增加而變大，因此，在不具備足夠的保溫時間時，鋼板也會出現少量的氧化圓點[5]。

該Q235B鋼板缺陷周圍存在的少量氧化圓點可能產生于原始坯料的表面，也有可能產生于鋼板的高溫軋制階段。因翹皮缺陷與基體分離位置的表面均附著有FeO和Fe3O4組成的氧化皮，且兩層氧化皮呈背對背貼合，故可以判斷缺陷是在產生氧化皮后形成的，結合氧化圓點的判斷結果，推斷缺陷可能是在粗軋階段產生的。缺陷處的翹起部分晶粒稍有長大，且無明顯的金屬流變，進一步說明缺陷是在高溫階段形成的。

3 工藝檢查

因缺陷是在高溫階段產生的，且可能產生于粗軋階段，故對鋼板的現場加熱工藝流程進行檢查。該Q235B鋼板的要求出鋼溫度為1 120～1 180 ℃，實際出鋼溫度為1 150～1 165 ℃，可見出鋼溫度滿足工藝要求。

對缺陷產生期間所用的粗軋輥進行宏觀觀察，發現粗軋輥沿著軸向分布有一條長約2.2 m、寬度約10 cm的龜裂區域，裂紋開口較大且有一定深度，屬于較為嚴重的開裂(見圖4)。

圖4 缺陷產生期間所用粗軋輥的宏觀形貌

鋼板在壓下軋制過程中，鋼板表面與粗軋輥的裂紋面相接觸，且鋼材在高溫階段具有很好的塑性，所以容易被壓入粗軋輥的裂縫中，并在鋼板表面形成小凸起。在后續軋制過程中，受鋼板壓下量的影響，一部分凸起保留了下來，被碾壓成舌狀，經過擴展、延伸，最終形成了翹皮缺陷，另一部分凸起在碾壓過程中形成條狀，最終脫落。鋼板的變形量越大，缺陷表現得越明顯，所以鋼板越薄，越易產生缺陷。

4 結論及建議

該Q235B鋼板表面翹皮缺陷產生的原因是：鋼板熱軋段的粗軋輥表面存在嚴重的龜裂現象，在高溫階段鋼材因塑性高而被壓入粗軋輥的裂縫中，并在后續軋制過程中形成了翹皮，且翹皮脫落后形成了凹坑。

建議對軋制過程中的所有軋輥進行檢查并及時更換，以避免該類翹皮缺陷的產生，降低因產品降級或報廢而產生的直接經濟損失。