Q235B 大塊夾雜質量缺陷分析

趙晶龍

熱軋板帶表面質量的好壞和鋼板產品的質量和生產線的生產效率有直接關系，因此要想保證企業的效益，就必須保證熱軋板帶表面的質量。煉鋼原因造成的表面夾雜是造成熱軋板帶表面質量缺陷主要原因之一，這些夾雜缺陷的存在都會對于后續客戶使用造成不同程度的影響。基于此，本文對熱軋板帶表面Q235B 大塊夾雜缺陷以及客戶生產使用后的Q235B 大塊夾雜缺陷產生的原因進行具體的分析，并提出相關的控制措施。

1 研究背景

自2020 年8 月4 日開始煉鋼二廠1#鑄機兩流均出現中心線裂紋、三角區裂紋、中間裂紋等缺陷，經技術部、煉鋼二廠、熱軋二廠、相關工程師現場共同確認原始鑄坯及退爐坯裂紋缺陷較為明顯，且同一鑄坯頭尾兩側均有體現。自8 月4 日開始，經熱軋二廠表檢挑出Q235B 大塊夾雜14 卷，個別已經軋漏，均需判三級品處理，約378t，均對應一號機生產；挑出表面起包缺陷26 卷，約702t，金相檢驗有分層現象，準備協調發貨，均為一號機生產。現場剩余缺陷鑄坯6 支。客戶杭鋼國貿下游制管客戶使用我公司熱軋二廠軋制的鋼卷Q235B，規格9.5*1500、9.75*1500，生產過程中發現多處大面積夾雜、異物壓入，并伴有多處R 角開裂。

2 調查過程

2.1 煉鋼生產情況

熱卷大塊夾雜及起包缺陷均為1#機直上Q235B 鋼種，其中大塊夾雜共14 卷，N1 流13 卷，N2 流1 卷，錳硫比12.5；起包缺陷26 卷，N1 流16 卷，N2 流10 卷，錳硫比13.2。生產日期在8 月4 日～8 月6 日之間。8.6 日煉鋼二廠3：02 ～6：13 檢修，重點進行扇形段漏油處理，未更換立彎段及扇形段，檢修后鑄坯偶見三角區裂紋情況，發現3 卷起包缺陷，至8 日未檢出相關缺陷。

8 月7 日上午技術部組織煉鋼二廠、熱軋二廠及部分工程師現場跟蹤兩卷大塊夾雜開卷，缺陷卷主要包括起包缺陷及大塊夾雜缺陷，其中部分大塊夾雜缺陷已經多處軋漏，無法外賣。

2.2 客戶反饋情況

客戶使用我公司熱軋二廠軋制的鋼卷Q235B，規格9.5*1500、9.75*1500，生產過程中發現多處大面積夾雜、異物壓入，并伴有多處R 角開裂。

2.2.1 煉鋼二廠調查情況

異議卷為3 月20 ～22 日1#鑄機生產，走直上工藝，其中X20302586 爐降速處理，其余爐次無異常情況。與質量異議卷同批次軋制的帶卷質量一級品入庫、發貨，未判表面質量二級品。

2.2.2 軋鋼調查情況

異議卷于3 月20 日-23 日集中軋制，一級品入庫、發貨。各區域工藝控制符合操作規程。表面檢測儀已經無缺陷記錄。回查生產記錄：3 月22 日檢出出現5 卷Q235B 孔洞缺陷，涉及到三個爐次，均為直上和1#鑄機1 流生產，且成品S 偏高，加熱爐規律不明顯，1#、2#加熱爐均有出現。

2.3 相似案例

（1）2020 年7 月4 日9：50 分 左 右， 軋 制 鋼 卷 號：00715601010 鋼種規格：Q235B-W3.5×1530mm，穿帶過程中F7 出口處傳動側上表面異常，F4 出口處有巨大異響，操作工田海軍隨即急停，此次事故造成廢鋼1 塊00715601010 節奏廢鋼1塊00715601020。經檢查發現鋼板中心部有較大的的分層。

煉鋼二廠生產情況：2020.7.4 日1 號機生產鋼種Q235B-W，走直上工藝，此爐成品成分正常，澆注8min 連鑄二流有換水口操作，結晶器錐度S1：7.6/7.6，S2：7.7/7.6，當日通鋼量881，累計22253。

軋鋼生產情況：本爐一共8 塊板坯，軋廢2 塊，軋廢板坯號X201059741203，剩余6 塊安排全部打回爐。

金相情況：缺陷部位切取橫向試樣進行觀察，發現開裂部位裂紋根部有氧化鐵，侵蝕后觀察組織沿中心偏析擴展；正常部位縱向斷續在中心分布著明顯硫化物夾雜，級別：A 類細系3.0級，侵蝕后觀察中心偏析嚴重（0.15mm）。中心部位組織：P+極少量F；其他部位組織：F+P+W。

電鏡結果：裂紋內部及延伸處以FeO 為主，部分點存在硫化錳夾雜。正常部位縱向試樣中心斷續分布著大量硫化物夾雜。分層部位表面為Fe、O、C。

事故總結：查看回爐坯，發現2 個流都有四個角角裂、偏離角縱裂、三角區裂紋缺陷，考慮操作、設備都存在問題。

（2）2020 年10 月9 日8 點55 分，因板坯鼓包卡爐后除鱗箱造成停機事故，開軋時間10 點35 分，共計停軋1 小時40 分。鼓包板坯號為X203091144104，材質Q195-B，加熱爐內還有此爐次板坯5 塊，均存在鼓包缺陷，板坯號X203091144102、X203091144103、X203091144105、X203091144203、X203091144205 現場進行退回爐處理。

熱軋三廠于2020 年10 月10 日15 點～15 點30 分，加熱爐出爐板坯又發現兩塊存在鼓包缺陷板坯，板坯號K202093014203 和X203091164101，現場退回爐處理。

煉鋼生產情況：鑄坯鼓包缺陷均為4#機Q195-B 鋼種，X203091 爐、X20309116 爐 走LF2 工 藝，X20209301 爐 走 直 上 工藝，鼓包缺陷共8 支，N1 流5 支，N2 流3 支，生產日期在10 月6日～10 月7 日之間，其中X20209301 爐連鑄生產過程一流計劃換水口，二流偏流換水口，其他無異常。

軋鋼生產情況：兩次發現鼓包缺陷板坯，均為冷裝入爐，入爐板坯溫度＜400℃。加熱各段燒鋼溫度滿足作業指導書要求，均熱在1230±20℃以內。兩次計劃安排，主要鋼種為無取向硅鋼和Q195-B，另外一個是Q195-B 和SPHC，除了Q195-B 出現鼓包缺陷，其余鋼種都正常。

金相及電鏡分析：Q195-B 鋼種X203091144104 板坯號中心偏析B 類0.5 級，中心疏松1.5 級，三角區裂紋小于0.5 級，其他未見。

（3）2021 年11 月27 日，煉 鋼 二 廠1#鑄 機 生 產 鋼 種Q355B-2/-3，斷 面230*1030，Q355B-3 共7 爐，Q355B-2 共7 爐，供熱軋二廠軋制。熱軋二廠11 月27 日軋制120 卷，規格13.75-18.2*1020mm，其中21 卷表檢情況較為嚴重判三級品處理。

煉鋼生產情況：成分符合內控要求，后取樣做氮成分90。表面裂紋卷為1#機走LF 生產鋼種Q355B-2/-3，斷面230*1030。同一爐次兩個流存在裂紋，不同爐次兩個流存在裂紋，鑄機流數無規律。其中4 爐有換水口、降速情況，其余正常。

軋鋼回查情況：缺陷卷共計21 卷，對應煉鋼7 爐次。X21408913、X21408916 爐次各7 卷，占缺陷比67%。此3 爐次對應Q355B-3 鋼種，含AL 元素。對應軋鋼3 個換輥計劃，共軋制120 卷，缺陷卷21 卷，占比17.5%，板坯均熱裝入爐，回查軋鋼工藝符合規程。

（4）2020 年11 月3 日-11 月4 日，煉 鋼 二 廠 生 產 鋼 種Q390D-1 共55 支鑄坯，熱軋三廠11.4 日軋制51 卷，判表檢夾雜二級品12 卷，外檢夾雜二級品1 卷。11.8 日煉鋼二廠生產鋼種Q355C-2 共23 支，熱軋二廠11.8 日軋制23 卷，判表檢夾雜二級品20 卷。表現形式：表現為點狀起皮缺陷，其余主要為密集直線裂紋狀。

生產情況調查：煉鋼二廠11.3 ～11.4 日3#鑄機生產鋼種Q390D-1，走LF2 工藝，成分控制全部符合內控要求。煉鋼二廠11.8 日6#鑄機生產鋼種Q355C-2，走LF1 工 藝，X20110447、X20110448 爐 磷 成 分 控 制 超 內 控。X20110294/110297/110298/410151 爐鋼種Q390D-1，斷面1030，拉速1.1，工藝LF2 精煉，上鋼溫度1575 ～1576，中包溫度1538 ～1547。無換水口情況。X20110446/110447/110448/410294爐鋼種Q355C-2，斷面1530，拉速0.9 ～1.0，工藝LF1 精煉，上鋼溫度1573 ～1575，中包溫度1536 ～1547。

表檢情況調查：查看表檢情況缺陷嚴重，12 卷Q390D 表檢均能看見與實物相符的裂紋，1 卷外檢夾雜最外圈可見缺陷。3#機生產，爐號X20110294 判6 卷二級品，爐號X20110298 判5 卷二級品。爐號X20110297 判1 卷二級品。爐號X20410151 判1 卷二級品。20 卷Q355C-2 表檢夾雜、表檢裂紋二級品，夾雜裂紋位置不固定。6#機生產，爐號X20110446 判5 卷二級品，爐號X20110447 判5 卷二級品。爐號X20110448 判6 卷二級品。爐號X20410294 判4 卷二級品。

金相情況：Q390D 熱軋帶鋼板面出現大量起皮裂紋，且寬度、長短不一，缺陷沿軋制方向發展，分布較密集。宏觀觀察部分裂紋末端同時伴有片狀印記取樣觀察缺陷處形成向內延伸裂紋，多數裂紋沿皮下發展，裂紋嚴重的部位發展為兩層，延伸長度不等，垂直深度為0.15mm ～0.3mm，個別裂紋斜向內延伸，垂直深度為0.32mm。裂紋內有明顯的氧化鐵存在，侵蝕后觀察組織，缺陷處裂紋附近組織有一定程度脫碳和晶粒長大現象。

（5）2021 年4 月21 日～22 日，煉鋼二廠1#鑄機生產鋼種Q355D-1，斷面230*1400，共17 爐，128 支鑄坯，供熱軋二廠軋制。熱軋二廠4 月22 日～23 日軋制124 卷規格5.85*1350mm，檢出67 卷表面裂紋二級品。4 月23 日經煉鋼二廠核實轉正67 卷，并均已發貨。

煉鋼生產情況：熱卷表面裂紋均為1#機走LF 生產鋼種Q355D-1，斷面230*1400，共17 爐，128 支鑄坯，其中表面裂紋二級品共67 卷。其中4 爐有換水口、降速情況，11 爐氮成份內控超50ppm。

原因分析：根據以往的調查結果缺陷均為內部氧化，組織無明顯變形，個別存在脫碳和長大情況。鋼種呈現Q355C、D 系列嚴重，Q355B 系列輕微，其余鋼種無此類缺陷的特征。說明問題主要集中在鋼種上；經以往多次做金相分析，內部裂紋輕微氧化，組織無明顯異常。此情況結合唐鋼中厚板經驗，應屬于含鋁鋼本身氮含量偏高、伴隨提產要求，當入爐溫度高時，鑄坯兩相區凝固不完全，導致的軋制過程中二項粒子在晶界析出所致的裂紋。

3 金相及缺陷分析

3.1 起包缺陷

起包缺陷觀察結果：缺陷處取樣觀察，缺陷靠近試樣中心位置呈閉合型，長約50mm。缺陷處未發現明顯非金屬夾雜物，侵蝕后觀察晶粒度7.0 級，組織正常，內部形成分層，沿黑斑將四面切割剖開來看，內部無夾雜亦無氧化特征。

3.2 大塊夾雜缺陷

金相觀察結果：缺陷處取樣進行觀察，在裂口及裂紋的延展處觀察到大量的硫化物，級別大于3 級。侵蝕后觀察，缺陷處組織呈現明顯的偏析條帶，裂紋的發展沿此硫偏析條帶進行。

電鏡觀察結果：缺陷處主要成分包括S、Mn、Fe。

3.3 客戶處取樣夾雜缺陷

宏觀檢驗：帶鋼表面呈現大面積起皮缺陷，剪切后觀察切口開裂分層現象。

顯微觀察：在裂口橫、縱向及裂紋的延展處觀察到大量條帶狀聚集分布的硫化物夾雜（大于3 級）。侵蝕后觀察缺陷處橫向偏析嚴重，缺陷沿此偏析帶擴展，縱向受夾雜物影響形成明顯條帶組織；觀察其他未開裂部位，同樣發現一處成群分布的硫化物夾雜。侵蝕后觀察，硫化物夾雜附近以珠光體組織為主，富碳現象嚴重。

電鏡結果：缺陷處主要成分包括Mn、S、Fe。

4 缺陷原因分析

熱軋卷表面夾雜缺陷是指在軋制過程中，板帶表面或皮下的非金屬夾雜物隨其表皮的破裂而暴露于表面，呈帶狀、絲狀或不規則塊狀等形態無規律分布的一系列缺陷。通常該類缺陷的來源主要包括鋼水自身脫氧產物、鋼水運輸和澆注過程中帶入的耐火材料、結晶器中卷入的保護渣以及軋制過程中產生的氧化鐵皮等。隨著生產工藝參數變化，各種因素對該類夾雜發生率的影響程度也相應不同。組織在職及外聘專家針對現場鑄坯缺陷、開卷缺陷取樣、金相及電鏡結果進行綜合分析，得出結論為鑄機設備精度較差且鋼水質量存在問題時，煉鋼生產過程中形成的硫化物聚集缺陷，疊加原因會造成鑄坯各種缺陷延伸到熱卷。

5 控制措施

5.1 鋼水全氧以及氫含量控制

加強冶煉過程爐中硫成分控制，保證吹氬效果，減少夾雜物含量；按照先強后落脫氧方式，控制鋼水游離氧；鋼包透氣磚狀態、爐后出鋼吹氬操作、氬站與LF 精煉吹氬效果，并保證鋼水有充足軟吹時間，促進夾雜物上浮；保證直上Q235B 鋼種脫氧完全，控制Mn/S ≥15，保證吹氬效果，對過程不控制達標合格鋼水上連鑄做好跟進。

5.2 連鑄保護澆鑄與恒拉速

大包套管套正，每包更換石棉墊圈且更換前清理套管碗口內壁；大包套管碗口吹氬，且其插入鋼水深度控制在300mm ～500mm；塞棒、上水口、板間氬氣控制，塞棒氣以結晶器內液面不翻動和水口震動情況調整；確保水口所插入的深度穩定，換水口、換渣線操作過程中控制結晶器液面減少卷渣；恒拉速控制，減少非穩態澆鑄時間；加強連鑄設備精度控制，完善設備對質量影響控制清單；發現中心線貫穿裂紋或中間裂紋時及時拉下檢修；加強表檢查，杜絕問題卷板發貨。

6 結論

根據上文敘述可知，熱軋板帶表面的質量和鋼板的產品質量和生產效率有直接的關系，因此，要想保證企業的效益，就必須保證熱軋板帶表面的質量。Q235B 大塊夾雜危害嚴重，自2019年4 月17 日至今共計出現5 批次此類問題，共性問題為此類缺陷均集中于Q235B 直上鋼種，且鑄坯伴生裂紋本次對開裂試樣從氣體到金相、電鏡均做跟進分析，過程控制建議嚴抓如下內容。

（1）煉鋼熱檢鑄坯出現批量質量問題時必須第一時間通知技術部，將生產過程、設備狀況、鑄坯缺陷等情況詳細匯報。

（2）軋鋼軋制過程中，表檢檢測儀檢出批量質量問題時必須第一時間通知技術部，將生產過程、設備狀況、帶卷缺陷等情況詳細匯報。

（3）軋鋼根據現場情況對批量缺陷鑄坯進行退爐處理。

（4）技術部根據缺陷情況決定帶卷是否進行封鎖處理，解除封鎖需要得到技術部通知，軋鋼需要積極配合。

（5）退爐坯是否再次軋制必須請示技術部，有技術部通知才能軋制，禁止煉鋼、軋鋼私自入庫軋制。

生產線的技術人員一定要嚴格遵循各項規章制度進行，通過控制轉爐鋼水到精煉全流程質量，連鑄設備精度的調整和表面質量檢測系統的措施，提高熱軋板帶表面的質量，減少企業因表面缺陷而造成的經濟損失，從而促進鋼鐵產業的發展。