九鋼中厚板常見外觀缺陷的種類、成因及預防

摘要：熱軋中厚鋼板表面缺陷的存在是一種普遍現象，表面缺陷是造成影響鋼材的產品質量、成材率和合格品的重要原因之一。熱軋鋼板的表面缺陷是評價鋼板表面質量的依據，其缺陷類型，外觀特征，產生原因，防治措施，是多年以來積極研究而進行探討的問題。

關鍵詞：中厚板 缺陷 分析

0 引言

中厚板是重要的鋼材品種之一，是國民經濟中造船、鍋爐、石油、化工、工程機械和國防建設等行業所需的重要原材料，有著廣泛而重要的應用。中厚板表面質量，對中厚板的生產和使用均有重要的影響，而受到生產廠和用戶的高度重視。因此，在生產過程中在保證性能的同時，必須加強對鋼板表面質量影響的控制與檢驗，對影響鋼板外觀質量的缺陷進行準確的界定和判定，對缺陷產生的因素進行科學的分析，對減少和防止鋼板外觀缺陷的產生，提高鋼板的外觀質量有重要作用。

九江中厚板生產線于2010年4月份投產，該生產線為北鋼院設計的雙機架3500軋機，主要設備有3500粗、精軋機各一架、步進加熱爐和推鋼加熱爐各一座、ACC冷卻系統、熱矯直機、雙邊剪、定尺剪等。本文針對該生產線投產以來常見缺陷進行總結探討相關對策。

1 幾種典型缺陷的特征．成因和影響

1.1 氧化鐵皮壓入

特點：鋼板表面壓入的氧化鐵皮可分為一次氧化鐵皮（灰褐色Fe3O4鱗層）和二次氧化鐵皮（紅棕色FeO和Fe2O3鱗層組成），依據氧化鐵皮種類不同壓入深度有深有淺分布面積有大有小多數呈塊狀或條狀。

產生主要原因：

（1）加熱時間過長，使鋼坯表面形成的氧化鐵皮太厚而不易清除。

（2）在軋制前，高壓水壓力不足或其它原因，鋼坯表面氧化鐵皮未能有效清理，造成軋制過程中部分較厚或附著力較強的氧化鐵皮呈片狀或塊狀被壓入鋼板本體。

對鋼板的影響：氧化鐵皮在鋼板表面的壓入深度和分布區域，通常情況下影響不如麻點。修磨后一般不影響鋼板的使用。

控制措施：

（1）制定合理的加熱制度，控制加熱速度和加熱時間，防止出現過度的氧化鐵皮；

（2）控制軋制溫度，防止出現過多的二次氧化鐵皮；

（3）提高除鱗機除磷壓力，改善除鱗效果。

1.2 裂紋

特征：在鋼板表面形成具有一定深度和長度，一條或多條長短不一、寬窄不等、深淺不同、形狀各異的條形縫隙或裂縫。從橫截面觀察，一般裂紋都有尖銳的根部，具有一定的深度并且于表面垂直，周邊有嚴重的脫碳現象和非金屬夾雜。裂紋破壞了鋼板力學性能的連續性，是對鋼板危害很大的缺陷。

產生主要原因：

（1）鋼坯在加熱爐內加熱不均勻或軋件受力不均，使得軋件各部分延伸和寬展不一致，在鋼板應力作用下形成裂紋；

（2）鋼坯在加熱爐內加熱不均或者軋件受力不均，使得軋件各部分延伸和寬度不一致，鋼板在應力作用下形成裂紋；

（3）鋼坯加熱或軋件冷卻速度過快，產生較強的熱應力或組織應力集中，而產生裂紋；

（4）軋制過程中，噴水過多，使軋制溫度過低鋼板延伸性變差，形成裂紋。

控制措施：

（1）嚴格鋼坯質量檢驗，杜絕不合格坯料投入生產；

（2）加強鋼坯的加熱操作，控制好加熱速度、加熱溫度和均勻加熱，防止過熱、過燒；

（3）制定合理的軋制溫度制度和壓下規程，防止鋼板的冷卻不均或局部過冷。

1.2.1 縱裂紋

特征：縱裂紋一般有兩種形式：一種是成片狀出現的沿軋制方向裂開的小裂口；一種是有一定寬度的粗黑線狀裂紋。板厚大于20 mm的鋼板出現縱裂紋的幾率比較大。縱裂紋破壞了鋼板的橫向連續性、對鋼板危害性很大。

產生主要原因：

（1）縱裂紋主要是由于鋼坯在凝固過程中坯殼厚度不均造成的，當作用在坯殼的拉應力超過鋼的允許強度時，在坯殼薄弱處產生應力集中而導致斷裂，出結晶器后在二冷區擴展形成縱向裂紋，在縱向扎之中沿鋼板軋制方向擴展并開裂；

（2）如果鋼板出現多道貫穿軋制方向的裂紋，則有可能是比較嚴重的鋼坯橫裂在鋼坯橫向軋制時擴展和開裂形成的；

（3）鋼中大量氣泡的存在，在加熱及軋制過程中形成沿受力方向延伸的小裂紋，并經進一步擴展而導致開裂。

對鋼板的影響：視裂紋的長度、深度、數量、分布情況而定。通常情況下，導致鋼板被判廢的可能性很高。

控制措施：

（1）采取措施使結晶器彎月面區域坯殼生長厚度均勻。

（2）鋼的碳含量、夾雜物含量、鋼液溫度控制、浸入式水口設計與插入深度、結晶器保護渣性質、結晶器導熱均勻性、結晶器液面波動、二次冷卻和鋼液中氣體含量等。

因此穩定冶煉，連鑄機軋制工藝是減少鋼板表面縱裂紋產生的關鍵。

1.2.2 橫裂紋

特征：裂紋基本與鋼板的軋制方向呈30°～90°夾角，呈不規則的條狀或線狀等形態，分布的位置、數量、形態、大小各異，具有一定深度和長度，破壞了鋼板縱向連續性。

產生主要原因：表面橫裂紋多出現在鑄坯的內弧振痕的波谷處，造成振痕部有微裂紋或堅殼帶較薄，振痕越深，橫裂紋越嚴重。在振痕底部，一般存在S、P等元素的正偏析，還往往填有保護渣，降低了鋼的高溫塑性；鋼種AL、N含量過高，促使AlN質點沿A晶界析出以及C、N化合物等很容易在此處的奧氏體晶界上沉積而產生應力集中誘發橫裂紋，鋼坯在低溫脆性區的鑄坯表面受外力（700～900℃矯直，二次冷卻強度過高（水量大，表面溫度低，外狐處于受壓階段，內弧處于受拉階段，在而拉速過慢））拉伸作用時，就會使振痕波谷處的微裂紋擴展和開裂，或者是鋼坯不明顯的鋼坯縱裂紋在鋼坯橫向軋制時擴展和開裂。

主要影響因素：

（1）鋼的化學成分，主要指影響鋼材熱塑性的化學成分，如S、Al、Nb、V等元素，他們非常容易與鋼中的C、N等元素結合后在奧氏體晶界上析出，阻礙奧氏體再結晶的進程并弱化晶界強度，從而降低了鋼的高溫塑性。

（2）振痕，振痕越深越容易出現橫裂紋，有研究指出當負滑脫時間在0.16s以上范圍時，提高振動頻率，降低振幅可以降低振痕的平均深度。當結晶器液面波動范圍大時，也易出現比較深的振痕，所以應注意入水口的浸入位置、拉坯速度等，以保證結晶器液面的穩定；

（3）矯直溫度，連鑄機矯直溫度對鑄坯表面橫向裂紋有至關重要的影響。當鑄坯在700～900℃的熱脆溫度區矯直時，鑄坯在低塑性狀態下，受到矯直機械力的作用，鑄坯表面容易在拉應力的作用下產生橫裂紋。為避免這種橫裂紋的形成，可采用平穩的弱冷卻，使矯直時鑄坯的表面溫度高于質點沉淀溫度或高于γ/α轉變溫度，避開低塑性區。

（4）局部急冷，機后冷卻水管破裂等原因導致漏水澆到鋼板局部區域導致該區域鋼板迅速降溫產生應力，導致出現裂紋。

對鋼板的影響：橫裂紋在鋼板表面表現形態較多，其深度通常在0.5～1.5 mm，個別嚴重的可達到鋼板厚度的1/4～1/3，造成鋼板判廢的傾向性較高。

控制措施：

（1）采用高頻率、小振幅結晶器振動；

（2）二冷配水量分布應使鋼坯表面溫度均勻并盡量減少鋼坯表面和邊部的溫差；

（3）根據鋼種不同選擇合適的保護渣，保護渣的用量和黏度既要保證減淺振痕，又要防止坯殼粘結；

（4）鋼坯矯直時避開脆性溫度區；

（5）合理控制鋼中Al、N的含量，以減少AlN的形成和析出。

（6）加強軋機區域設備維護，避免產生局部漏水；產生局部漏水時機后拋鋼拋遠一些，避免漏的水澆到鋼板上。

1.3 龜裂

特征：一般多產生在高碳鋼和合金鋼等大截面產品的表面，裂紋呈龜背狀，一般長度較短，多呈弧形、人字形，方向各異。龜裂常伴隨或衍生出其他形態的裂紋，其深度基本都超過鋼板的厚度負公差之半，嚴重時，產品會在堆垛中被壓斷，因此被判廢的可能性較高。

產生主要原因：

（1）鋼坯在較低溫度進行火焰清理時，表面溫度聚然升高，引起熱應力或清理后的冷卻過程中產生組織應力，使鋼坯表面輕微炸裂；

（2）鋼坯加熱溫度或加熱速度控制不當，造成鋼坯局部過熱（通常鋼坯的下加熱面）加熱部分出現一定深度的脫碳層，降低鋼的塑性，在軋制過程中，由于表面延伸產生龜裂；

（3）鋼坯表面的網狀裂紋，和星形裂紋在軋制中擴展和開裂。

（4）含Cu鋼中的Cu易向表面擴散，在鋼表面及氧化鐵皮下富集一薄層熔點低于1100℃的富Cu合金，此合金在1100℃以上溶化并浸蝕鋼表面晶界，在軋制變形時，是鋼表面沿晶界發生熱脆裂開裂。

對鋼板的影響：存在一定的脫碳層，有時也伴隨或衍生出其他形態的裂紋。裂紋深度基本超過鋼板的厚度公差之半。

控制措施：

（1）采取預熱或利用產品余熱進行火焰清理；

（2）控制加熱制度，防止出現過熱、過燒；

（3）防止鋼坯出現網裂或星裂等原始缺陷。

1.4 發裂

特征：在鋼板表面分布著形狀不一、深度較淺的發狀細紋，有長有短，有的分散，有的成簇分布，有時會布滿鋼板表面，有時沿鋼板橫向分布，

產生主要原因：

（1）由于連鑄機的一冷二冷冷速及拉速不合理，或者保護渣選用不合適，保護渣受潮，造成鋼坯表面許多微裂紋，在軋制中暴露和擴展；

（2）某些鋼種因加熱速度和加熱溫度不當，使鋼坯表面出現裂紋和少量的脫碳導致塑性降低，軋制中在鋼板表面形成細小裂紋；

（3）鋼坯本身存在的皮下氣泡皮下夾雜等，在軋制中暴露而形成微小裂紋。

對鋼板的影響：鋼坯微裂紋形成的細小裂紋在鋼板上的形態大多呈現出有規律的弧線形，弧線的頂端與軋制方向相同。加熱不當產生的裂紋規律性不強，大多呈長短不一的“蚯蚓”形線狀，修磨清理后不影響。但發裂有時不易發現，在鋼板彎曲或卷取加工時，如果缺陷在鋼板外弧面將產生較明顯的裂紋或開裂。

控制措施：

（1）加強連鑄工藝的控制和鋼坯的驗收、檢查及清理；

（2）制定合理的加熱制度和加熱速度，盡可能增加壓縮比，采用合適的壓下規程和冷卻制度。

1.5 微裂紋

特征：在鋼板表面的不同部位出現一些不易辨識的、形狀不規則、縫隙細小、長度不連續、形態零亂的裂紋，這種裂紋有的分散，有的成簇分布，有時會布滿鋼板表面，有時沿鋼板橫向分布，有時與其他形態的裂紋或缺陷伴隨。如果鋼板表面存有未清理的微裂紋，在成型加工中很容易在工件的外側面出現顯著的裂紋甚至開裂。

對鋼板的影響：單純的微裂紋，通常清理后深度小于鋼板的負公差之半，對鋼板的質量性能的影響較小；而與其他形態的裂紋或缺陷伴隨出現的微裂紋對鋼板性能的影響，大多數情況下取決于鋼板的嚴重程度。

產生主要原因：

（1）鑄坯方面的因素是由于連鑄機的一冷、二冷拉速的不合理，和保護渣選用不合理或受潮，造成鑄坯表面出現許多微裂紋，在軋制中暴露和擴展而導致鋼板表面形成細小裂紋。

（2）有些鋼種因加熱速度和加熱溫度不當，鋼坯表面出現熱裂紋或少量脫碳，使塑性降低，在軋制過程中沿鋼板表面形成細小裂紋。

（3）鋼坯的皮下氣泡、皮下夾雜在軋制中暴露，形成微小裂紋。

（4）在藍脆區（250～300℃）剪切鋼板時，由于鋼材塑性變差，表面受拉應力作用時產生微裂紋。

對鋼板的影響：單獨出現的裂紋對鋼板的影響較小，通常清理后深度小于鋼板的負公差之半；與其他形態的裂紋或缺陷伴隨出現的微裂紋對鋼板的影響，大多數情況受相關缺陷嚴重程度的影響。

1.6 氣泡

特征：在鋼板表面分布出現無規律分布的、或大或小的鼓包，外形比較圓滑。氣泡開裂后，裂口呈不規則的縫隙或空隙，裂口周邊有明顯的漲裂產生的不規則“犬齒”，裂口的末梢有清晰的現線狀塌陷，裂口內部有肉眼可見的夾雜物富集。

產生主要原因：氣泡缺陷的成因有兩類。一類是鋼坯皮下夾雜物引起的，它主要與中間包水口對中不良或保護渣質量有關，保護渣卷入鋼水后產生的含有非金屬夾雜的氣囊，在軋制時，氣體體積縮小，壓力增大而引起鼓包并呈現在鋼板局部表面上，此類缺陷表面處呈青色。另一類是鋼中氣體引起的，連鑄時由于拉速較快，鋼坯內部的氣體沒有充分的時間溢出，留在鋼坯內部形成氣泡，在軋制時氣泡擴展，導致金屬局部難以焊合，當氣泡內壓力足夠大時將在鋼板表面鼓起形成鼓包。

對鋼板的影響：使鋼板一處或多處甚至大面積出現閉合或開裂的氣隙及腔隙，通常情況下都造成鋼板的判廢。

控制措施：

（1）只要將連鑄鋼水的溶解氧含量控制在一定的范圍內，就能夠控制氣泡，保證連鑄及鑄坯軋制工藝順行；

（2）全程保護澆鑄的鎮靜鋼的氬氣泡，通過控制氣體流量和優化結晶器鋼水流場，就能夠得到有效控制。

（3）選擇合適的坯型，正確制定加熱制度和壓下規程，增加氣泡等缺陷的焊合。

1.7 結疤

特征：鋼板表面呈現為舌狀、塊狀或魚鱗狀壓入或翹皮的金屬片：一種是與鋼的本體相連接，并折合到表面上不易脫落；另一種與鋼的本體無連接，但粘合到表面，易于脫落。結疤大小不一、深淺不等，結疤下常附著較多的氧化鐵皮或夾雜物。

產生主要原因：鋼坯熱態下表面粘結有外來金屬物，如鋼坯熱切割時火焰切割渣鐵的粘結，在軌道上輸送時軌道表面粘附物（金屬或金屬氧化物）的壓入，加熱時滑軌表面粘附物的壓入，爐底處堆積過后的氧化渣鐵的粘附，在軋制過程中壓入鋼板表面。

1.8 分層

特征：在剪切斷面上呈現一條或多條平行的縫隙。實質上是鋼板內部存在有局部或整體的基本平行與鋼板表面的未焊合界（層）面，破壞了鋼板厚度方向的連續性，有時縫隙中有肉眼可見的夾雜物。

產生主要原因：

（1）鋼中的非金屬夾雜物，在軋制的過程中，因素性變形由球狀變為橢圓狀，最后為片狀，由于夾雜物與基體界面的結合力較弱，所以微小的應變就可使夾雜物與基體脫離，在界面上形成空洞，隨著變形的進行，空間長大、聚集，直至形成分層；

（2）鋼坯中心區域的低溶質元素富集，對含硫偏高的鋼，中心偏析帶內往往存在大量硫化物聚集，使鋼中產生夾雜性裂紋，形成分層；

（3）在進入軋制前鋼坯內部存在裂紋、疏松、縮孔等原始缺陷，在軋制過程中，由于變性條件不適宜，內部缺陷不能完全焊合，產生分層。

對鋼板產生影響：分層對鋼板的質量影響，取決于分層的嚴重程度，如果分布的較為彌散，對鋼板的性能影響較小；如果分布較為密集，且有一定的長度和明顯的寬度，將導致鋼板的判廢。

控制措施：

（1）合理控制鋼坯中夾雜物的數量、形狀、大小和分布狀態；

（2）制定合理的冶煉及連鑄工藝，減少鋼坯內的裂紋、疏松、縮孔等缺陷；

（3）選擇合適的坯型，正確制定加熱制度和壓下規程，增加裂紋、疏松等缺陷的焊合。

1.9 瓢曲

特征：在鋼板長度或寬度方向上出現的同一方向的弧形翹曲，嚴重者呈船底形。

產生主要原因：主要由于軋制過程中輥縫的不平行造成鋼板的縱向延伸一側大于另一側；鋼板兩側冷卻條件不一致或冷卻速度不均勻；終軋道次壓下量給定不合理；終矯溫度不合理。

對鋼板產生影響：各種原因造成的較明顯的瓢曲，熱矯直機很難矯直，在生產線沒有裝備冷矯直機的情況下，鋼板改尺和被判次的可能性很大，且難以生產高附加值如管線鋼等種類鋼板。

2 結論

（1）控制好鋼的化學成分，減少鑄坯的各種表面缺陷；

（2）嚴格鑄坯質量檢查，不合格的不投產；

（3）加制定合理的加熱制度，控制加熱溫度、加熱速度和加熱時間，防止鋼坯產生過熱（燒）現象。

（4）完善軋制制度，制定合理的軋制溫度、壓下量和翻鋼道次，防止低溫軋制；

（5）防止在低溫脆性區矯直、剪切。

3 結語

鋼板表面缺陷的存在都不同程度地影響了鋼板的質量和利用的價值。只有認真檢查鋼板的表面質量，發現并及時找出缺陷產生的原因，才能避免鋼板發生質量問題，減少經濟損失，提高產品的信譽，打造名牌產品，提高經濟效益。

參考文獻

［1］ 張希元、崔風平.中厚板外觀缺陷的種類、形態及成因［M］.北京：冶金工業出版社，2005.

［2］ 牛瑋，董勝峰.中厚板表面質量分析［J］.軋鋼，2002（2）：33-34

［3］ 崔風平，房軻，唐愈，等.幾種典型中厚板材外觀缺陷的種類、形態及成因［J］.寬厚板，2006（5）：16-20.