CSP 產(chǎn)線熱軋卷翹皮原因分析

郭海峰，張志克，單愛(ài)卿

（河鋼邯鋼連鑄連軋廠，河北 邯鄲 056000）

0 引言

邯鋼CSP 產(chǎn)線于1999 年投產(chǎn)，該產(chǎn)線生產(chǎn)的鑄坯主要特點(diǎn)為寬厚比大，內(nèi)部質(zhì)量好，但是，表面質(zhì)量缺陷較為突出。自投產(chǎn)以來(lái)，縱裂、邊裂和翹皮質(zhì)量問(wèn)題一直困擾著連鑄生產(chǎn)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的技術(shù)攻關(guān)，縱裂、邊裂問(wèn)題已經(jīng)得到有效控制，但翹皮缺陷問(wèn)題仍未解決。

翹皮缺陷的產(chǎn)生原因一般可分為煉鋼原因和熱軋?jiān)騕1]。煉鋼原因包括結(jié)晶器保護(hù)渣、連鑄坯表面裂紋、內(nèi)部氣孔和縮孔等[2-3]。熱軋?jiān)虬ㄨT坯加熱方法、鑄坯軋制方法等。翹皮缺陷具有連續(xù)分布、集中爆發(fā)的特點(diǎn)。處理該缺陷的主要措施一般是對(duì)板卷邊部進(jìn)行打磨，但是會(huì)影響產(chǎn)品的外觀，并且一定程度上也降低了產(chǎn)品的耐磨性和抗腐蝕性能。翹皮嚴(yán)重時(shí)，產(chǎn)品還會(huì)被降級(jí)使用，影響生產(chǎn)效益。因此，為控制翹皮缺陷的發(fā)生率，有必要分析出現(xiàn)翹皮缺陷的原因，并對(duì)翹皮缺陷進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)。

1 對(duì)翹皮缺陷進(jìn)行取樣分析

CSP 薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)工藝流程為：高爐鐵水→轉(zhuǎn)爐冶煉→LF 爐精煉→CSP 連鑄→加熱爐→粗軋→均熱爐→精軋→卷取。煉鋼主體設(shè)備主要有：頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐、LF 精煉爐和薄板坯連鑄機(jī)，連鑄機(jī)配備電磁下渣檢測(cè)系統(tǒng)。這條生產(chǎn)線的生產(chǎn)流程包括多道工序，在生產(chǎn)過(guò)程中難免會(huì)產(chǎn)生缺陷。其中，表面缺陷是影響板卷質(zhì)量的重要指標(biāo)，尤其是翹皮缺陷，會(huì)導(dǎo)致后續(xù)的冷軋、鍍鋅等工序出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，降低帶鋼的成品率。

1.1 宏觀形貌

翹皮缺陷的宏觀形貌如圖1 所示。翹皮部位主要集中在鑄坯邊部，呈大量不規(guī)則分布。板卷切邊前在邊部呈柳葉狀，如圖1-1 所示。經(jīng)酸洗切邊后，呈毛刺狀，嚴(yán)重的翹皮呈“八”字形狀，如圖1-2 所示。

圖1 翹皮卷的宏觀形貌

為了確定熱軋板卷出現(xiàn)翹皮缺陷的具體原因，從板卷缺陷處取樣進(jìn)行電鏡掃描和能譜分析。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)材料采用邯鋼CSP 產(chǎn)線生產(chǎn)的低碳鋼和中碳低合金熱軋板卷，具體化學(xué)成分見(jiàn)表1。試驗(yàn)材料隨機(jī)從有翹皮缺陷的板卷上切取試樣，用顯微儀觀察缺陷樣品的全貌，然后用丙酮清洗試樣上存留的油污，接著在超聲波振蕩儀中進(jìn)行處理。試樣經(jīng)磨拋后，在掃描電鏡下對(duì)缺陷部位進(jìn)行微觀樣貌觀察和能譜檢測(cè)。

表1 樣品卷化學(xué)成分

1.3 試驗(yàn)結(jié)果

1.3.1 電鏡掃描分析

1 號(hào)樣品電鏡掃描圖如圖2-1 所示，在1 號(hào)樣品邊部有開(kāi)裂現(xiàn)象，裂紋有分叉，且延伸較長(zhǎng)，裂紋內(nèi)部填充灰色高溫氧化鐵，說(shuō)明鑄坯在進(jìn)入加熱爐之前，邊部就存在一定深度的邊部裂紋缺陷，在加熱爐加熱過(guò)程中，裂紋缺陷發(fā)生二次氧化。

圖2 翹皮缺陷樣品電鏡掃描圖

2 號(hào)樣品的微觀組織圖如圖2-2 所示，在2 號(hào)樣品缺陷處，存在塊狀氧化鐵皮、保護(hù)渣、耐火材料或某種氧化產(chǎn)物的夾雜。

1.3.2 能譜成分分析

1 號(hào)樣品能譜成分分析圖如圖3-1 所示，1 號(hào)樣品缺陷處主要成分為K、Ca、C、O、Si、Fe、Mg 和Cl 等元素。2 號(hào)樣品能譜成分分析圖如圖3-2 所示，2 號(hào)樣品缺陷處主要成分為Fe、Na、Si、Al 和O 等元素。這兩個(gè)樣品的成分元素和結(jié)晶器保護(hù)渣成分相近，可能是連鑄過(guò)程中保護(hù)渣卷入鋼水，并且在鑄坯凝固前被枝晶捕獲而遺留在鑄坯中。鑄坯經(jīng)過(guò)軋制碾壓后，夾雜物進(jìn)入鑄坯內(nèi)表面，形成翹皮缺陷。該產(chǎn)線使用的結(jié)晶器保護(hù)渣成分見(jiàn)表2。

表2 結(jié)晶器保護(hù)渣成分

圖3 樣品能譜成分分析

2 翹皮缺陷產(chǎn)生的原因

通過(guò)對(duì)試樣進(jìn)行電鏡掃描和能譜分析，熱軋板卷發(fā)生翹皮缺陷的主要原因如下：

1）鑄坯在進(jìn)入加熱爐前邊部有開(kāi)裂現(xiàn)象，進(jìn)入加熱爐加熱過(guò)程中，開(kāi)裂處保留的少量空氣和鑄坯表面的氧化鐵皮中Si、Mn 等易氧化元素發(fā)生二次氧化。鑄坯和二次氧化的氧化鐵皮在后續(xù)的軋制過(guò)程中被軋合而遺留在鑄坯表面，從而形成翹皮[4-5]。

2）結(jié)晶器水口周?chē)谋Ｗo(hù)渣被卷入鑄坯內(nèi)表面，經(jīng)過(guò)后續(xù)軋制碾壓后，保護(hù)渣上浮到鑄坯表面，形成翹皮缺陷。

3）在扇形段二冷區(qū)，鑄坯邊部區(qū)域?yàn)槎S傳熱，鑄坯出結(jié)晶器后，溫度迅速降低，鑄坯在扇形段所受冷卻強(qiáng)度過(guò)大或冷卻不均造成邊部過(guò)冷，且在下行過(guò)程中表面反復(fù)回溫和冷卻，加速鐵素體相和細(xì)小AlN在奧氏體晶界析出，降低鑄坯高溫塑性，并在應(yīng)力作用下撕裂發(fā)展為裂紋[6]。

3 采取的改進(jìn)措施

1）嚴(yán)格控制鋼水成分，鋼水w（C）盡可能避開(kāi)0.08%～0.15%的包晶反應(yīng)范圍，低碳鋼的w（C）控制在0.07%以下，中碳鋼的w（C）控制在0.19%～0.22%范圍。降低鋼水中殘余元素，尤其是Cu 的含量。對(duì)CSP 產(chǎn)線長(zhǎng)期跟蹤發(fā)現(xiàn)，碳含量越是接近包晶區(qū)，裂紋敏感性越強(qiáng)，缺陷發(fā)生率明顯上升。鋼水中殘余元素Cu 含量偏高，其熔點(diǎn)低，會(huì)在鑄坯晶界偏聚，在晶界呈現(xiàn)液態(tài)膜狀，使晶界強(qiáng)度急劇降低，引發(fā)邊裂缺陷。

2）減少結(jié)晶器液面的異常波動(dòng)，保持恒拉速，防止結(jié)晶器卷入保護(hù)渣。改進(jìn)連鑄中包工撈渣方法，減少撈渣時(shí)對(duì)結(jié)晶器鋼水流場(chǎng)的破壞。結(jié)晶器液面的異常波動(dòng)、拉速的劇烈升降以及浸入式水口插入深度過(guò)淺等都會(huì)引起結(jié)晶器內(nèi)鋼液流速和彎月面湍動(dòng)的急劇增加，造成結(jié)晶器內(nèi)凝固殼不穩(wěn)定，導(dǎo)致液面上的熔融保護(hù)渣或非金屬被卷入鋼水中。

3）減少鑄坯邊部二冷水流量，改進(jìn)二冷水噴淋結(jié)構(gòu)，防止鑄坯邊部過(guò)冷，以減少鑄坯邊裂的產(chǎn)生。

4 應(yīng)用效果

應(yīng)用上述控制翹皮措施后，翹皮缺陷發(fā)生率大大降低。月度翹皮質(zhì)量由月均74.8 t 降至18.85 t，降幅達(dá)74.80%，如表3 所示。

表3 采取措施前后效果對(duì)比

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)翹皮缺陷試樣進(jìn)行電鏡掃描和能譜分析，該產(chǎn)線發(fā)生翹皮缺陷的主要原因是鑄坯出結(jié)晶器后，在扇形段二冷區(qū)所受二冷強(qiáng)度過(guò)大或冷卻不均造成邊部過(guò)冷，鐵素體相和細(xì)小AlN 在奧氏體晶界析出，鑄坯的高溫塑性降低，在應(yīng)力作用下造成鑄坯邊部開(kāi)裂。進(jìn)入加熱爐后，邊部裂紋缺陷處的空氣和氧化鐵皮發(fā)生二次氧化，后續(xù)軋制過(guò)程中被軋合而遺留在表面。還有一個(gè)主要原因是卷入保護(hù)渣或加熱爐內(nèi)耐火材料脫落，經(jīng)過(guò)軋制碾壓后，形成翹皮缺陷。通過(guò)采取改進(jìn)措施，有效控制了翹皮缺陷，效果顯著。