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        SPHC熱軋酸洗板橫折印缺陷分析

        2016-10-17 09:25:25供稿李大光吳剛胡洋LIDaguangWUGangHUYang
        金屬世界 2016年5期
        關(guān)鍵詞:力學(xué)性能

        供稿|李大光,吳剛,胡洋 / LI Da-guang, WU Gang, HU Yang

        SPHC熱軋酸洗板橫折印缺陷分析

        供稿|李大光,吳剛,胡洋 / LI Da-guang, WU Gang, HU Yang

        內(nèi)容導(dǎo)讀

        針對2.0~6.0 mm SPHC熱軋酸洗板生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的橫折印缺陷,文章主要從板形、化學(xué)成分、卷取溫度、力學(xué)性能等方面進(jìn)行實驗,詳細(xì)分析了橫折印缺陷產(chǎn)生的原因,制定了控制與預(yù)防的措施,為消除SPHC熱軋酸洗板橫折印缺陷提供了重要依據(jù),也為其他企業(yè)解決類似的缺陷提供了一定的幫助。

        熱軋酸洗板一般是指要求具有熱軋板力學(xué)性能、冷軋板表面質(zhì)量的經(jīng)過酸洗的熱軋鋼板,屬于“以熱代冷”理想產(chǎn)品[1]。生產(chǎn)過程中,在鋼板的某些部位有時會出現(xiàn)沿鋼板橫向的條狀折痕,嚴(yán)重時分布于整個板寬,當(dāng)用手觸摸時有明顯凹凸感存在,這種缺陷稱之為橫折印。經(jīng)矯直后,部分橫折印可以消除,部分折痕變密,該缺陷一般容易出現(xiàn)在低碳鋼產(chǎn)品中,碳含量越低,越容易出現(xiàn)橫折印[2]。

        本鋼生產(chǎn)的SPHC[知識小貼士]熱軋酸洗板橫折印缺陷主要集中在厚度為2.0~6.0 mm的鋼板上,本文從板形、化學(xué)成分、卷取溫度、力學(xué)性能等幾個方面,詳細(xì)地分析了橫折印缺陷的規(guī)律及原因,提出了相應(yīng)的解決方案,獲得了良好的效果。

        缺陷機(jī)理

        根據(jù)文獻(xiàn)[2],板卷在開卷機(jī)開卷、矯直過程中屬于連續(xù)的彈、塑性變形階段。在該階段,都將有屈服平臺存在,即上、下屈服點。當(dāng)連續(xù)的塑性變形超過某一臨界值時,塑性彎曲會在某一區(qū)域集中進(jìn)行,形成所謂的條狀折痕密集區(qū),這就是橫折印產(chǎn)生的機(jī)理。即上下屈服點的應(yīng)力差導(dǎo)致了橫折印缺陷,屈服平臺產(chǎn)生的主要原因是柯氏氣團(tuán)阻止了位錯的運(yùn)動,而柯氏氣團(tuán)是由于C、N擴(kuò)散到位錯周圍形成的,SPHC熱軋酸洗板原工藝參數(shù)見表1。

        原因分析

        根據(jù)SPHC熱軋酸洗板橫折印缺陷主要集中在厚度為2.0~6.0 mm鋼板的特點,從板形、化學(xué)成分、卷取溫度、力學(xué)性能等幾個方面詳細(xì)探討了對橫折印缺陷的影響規(guī)律。

        鋼板板形

        選取厚度為2.0~6.0 mm的SPHC熱軋酸洗板的鋼板樣品進(jìn)行實驗,見表2??梢钥吹剑摪灏逍螌M折印缺陷的影響較大,在鋼板平直度(特別是帶鋼頭尾)不受控時,橫折印缺陷發(fā)生的幾率增大。并且當(dāng)鋼板平直度在0I(1 I=10-5mm)附近,可以有效地控制橫折印缺陷。這里鋼板平直度是指帶鋼沿寬度方向各點延伸率相異程度,或帶鋼橫向應(yīng)力分布的幅度,其表征單位為“I”。因此可以認(rèn)為,在軋制過程中發(fā)生橫折印缺陷的主要原因之一是由帶鋼(特別是頭尾)的板形不良導(dǎo)致殘余應(yīng)力分布不均引起的[3]。

        化學(xué)成分

        橫折印主要是由于材料屈服平臺引起的。在鋼的化學(xué)成分影響諸因素中,鋼中氣體氮能夠影響柯氏氣團(tuán)數(shù)量,而酸溶鋁能與氮結(jié)合,生成氮化鋁,有效地控制鋼水中氣體氮含量,因此可以將鋼中氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在40×10-6以下,酸溶鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在0.020%~0.060%之間,從而有效地防止橫折印缺陷的產(chǎn)生。

        另外,可以通過提高鋼板的強(qiáng)度,降低橫折印缺陷比例,也可以通過調(diào)整SPHC熱軋酸洗板的化學(xué)成分來減少橫折印缺陷的產(chǎn)生幾率,見表3??梢钥吹剑谕患訜嶂贫?、軋制工藝的前提下,SPHC熱軋酸洗板的強(qiáng)度提高了20~40 MPa,橫折印缺陷比例明顯減少。

        表1 SPHC熱軋酸洗板工藝參數(shù)

        表2 板形對橫折印缺陷的影響

        表3 調(diào)整前后的SPHC熱軋酸洗板的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))

        軋制工藝

        不同的軋制工藝對鋼板性能、表面橫折印有較大的影響,尤其是薄規(guī)格的產(chǎn)品。在成分微調(diào)的基礎(chǔ)上,終軋溫度控制到860℃,卷取溫度分別按640、620、600和580℃設(shè)定進(jìn)行實驗,見表4。

        分析表4可知,在相同的終軋溫度下,卷取溫度越低,上下屈服點的應(yīng)力差越小,強(qiáng)度越高,出現(xiàn)橫折印的幾率越小。這是因為,隨著卷取溫度的降低,屈服平臺的長度縮短,減少上下屈服點的應(yīng)力差,可以顯著地控制橫折印缺陷的發(fā)生。

        表4 相同終軋溫度、不同卷取溫度下橫折印缺陷情況

        措施及效果

        為了降低SPHC熱軋酸洗板出現(xiàn)橫折印缺陷的比例,通過優(yōu)化化學(xué)成分、優(yōu)化軋制工藝、降低卷板來料溫度、采用等比列凸度軋制控制板形以及平整等措施來消除橫折印缺陷。生產(chǎn)實踐表明,各項措施效果良好,鋼板形貌對比見圖1,基本解決了SPHC熱軋酸洗板出現(xiàn)的橫折印缺陷問題。

        圖1?。╝)改進(jìn)前和(b)改進(jìn)后的鋼板形貌

        優(yōu)化化學(xué)成分

        對SPHC熱軋酸洗板的化學(xué)成分進(jìn)行了優(yōu)化,見表3,適當(dāng)提高鋼板的碳、錳含量,合理調(diào)整N、Als含量,使得SPHC熱軋酸洗板的強(qiáng)度相應(yīng)提高20~40 MPa,有效地減少橫折印缺陷的比例。

        優(yōu)化軋制工藝

        加大軋后冷卻速度,以提高鋼的屈服強(qiáng)度。由于此措施能夠引起產(chǎn)品性能的波動,因此需要研究最佳的冷卻工藝。一般可以使帶鋼在層流冷卻中采取前段快冷,在卷后空冷過程中采用堆卷冷卻的措施,從而使帶鋼的溫度、冷卻速度均勻,以提高鋼板同卷性能分布的均勻性。

        控制板卷來料溫度

        生產(chǎn)實踐表明,帶鋼進(jìn)平整機(jī)組開卷時,若帶鋼溫度大于45℃,則容易在帶鋼表面產(chǎn)生橫折印缺陷??梢酝ㄟ^空冷、風(fēng)冷的方式降低鋼卷溫度,嚴(yán)格控制來料溫度≤45℃,以避免溫度較高引起橫折印缺陷。

        控制鋼板凸度與平整

        在生產(chǎn)實際中,可以通過控制鋼板的板凸度來獲得所需要的板形。鋼板良好的板形是目前消除橫折印的重要條件之一,而鋼板板凸度是與精軋機(jī)組各機(jī)架間的輥縫分布有關(guān)。一般軋鋼廠的設(shè)定規(guī)則是:在精軋機(jī)組的前3、4機(jī)架消除來料鋼板的板凸度,而在后2、3機(jī)架要保證鋼板平直度。

        如何獲得合理的各機(jī)架負(fù)載輥縫曲線,需要研究軋輥的彈性彎曲和壓扁、工作輥熱凸度分布、支撐輥和工作輥的磨損狀況以及軋輥的原始磨削形狀、精軋各機(jī)架軋制負(fù)荷分配等。另外,在軋制過程中,為了獲得良好內(nèi)應(yīng)力分布的卷板,必須保持等比例凸度軋制。

        同時,采用平整的手段可以有效消除低碳鋼的屈服平臺[4]。平整工序也是目前消除低碳鋼屈服效應(yīng)最經(jīng)濟(jì)、最有效的方法。

        結(jié)束語

        從板形、化學(xué)成分、卷取溫度、力學(xué)性能等方面進(jìn)行實驗,詳細(xì)分析了橫折印缺陷產(chǎn)生的原因,提出了一系列的改進(jìn)措施,基本上解決了SPHC熱軋酸洗板橫折印缺陷問題,為企業(yè)減少了經(jīng)濟(jì)損失,為其他企業(yè)解決類似問題提供了一定的參考價值。

        生產(chǎn)實踐表明,橫折印缺陷是由于帶鋼(特別是頭尾)的板形不良導(dǎo)致殘余應(yīng)力分布不均引起的。首先,應(yīng)該嚴(yán)格控制SPHC熱軋酸洗板板形。其次,帶鋼開卷過程應(yīng)控制鋼板的來料溫度≤45℃。第三,對于低碳鋼來說,平整是消除橫折印缺陷的最有效的方法之一。第四,可以通過對SPHC熱軋酸洗板的化學(xué)成分進(jìn)行優(yōu)化,適當(dāng)提高鋼板的碳、錳含量,合理調(diào)整N、Als含量,使得SPHC熱軋酸洗板強(qiáng)度相應(yīng)提高20~40 MPa,橫折印缺陷比例明顯減少。第五,降低卷取溫度。在相同的終軋溫度下,卷取溫度越低,上下屈服點的應(yīng)力差越小,強(qiáng)度越高,出現(xiàn)橫折印的幾率越小。對于SPHC熱軋酸洗板而言,當(dāng)卷取溫度為600℃以下時,鋼板具有優(yōu)良的力學(xué)性能,同時能夠有效避免出現(xiàn)橫折印缺陷。

        [1] 梁振威,杜秀珍.“以熱代冷”熱軋酸洗板卷生產(chǎn)與實踐//2007中國鋼鐵年會論文集.成都,2007:58

        [2] 管興偉,陳建華,何曉峰,等. 熱軋低碳鋼“折皺”缺陷分析. 河南冶金,2011,19(6):22

        [3] 朱濤,佘廣夫,宋廷鋒,等. 控制熱軋板形治理橫折卻缺陷. 鋼鐵,2000,35(9):35

        [4] 曾燕屏,張麥倉,董建新,等. 寶鋼SPHC出口鋼卷腰折的消除.鋼鐵,2002,37(4):46

        [知識小貼士]

        日本鋼材(JIS系列)的牌號中普通結(jié)構(gòu)鋼主要由三部分組成:第一部分表示材質(zhì),如:S(Steel)表示鋼,F(xiàn)(Ferrum)表示鐵;第二部分表示不同的形狀、種類、用途,如P(Plate)表示板,T(Tube)表示管,K(Kogu)表示工具,U—特殊用途,W—線材、絲,C—鑄件,F(xiàn)—鍛件;第三部分采用數(shù)字,表示鋼類或鋼材的序號或強(qiáng)度值下限。有的牌號在數(shù)字序號后還附加后綴A、B、C等字母,表示不同的質(zhì)量等級、種類或厚度。如:SS400——第一個S表示鋼(Steel),第二個S表示“結(jié)構(gòu)”(Structure),400為下限抗拉強(qiáng)度400MPa,整體表示抗拉強(qiáng)度為400 MPa的普通結(jié)構(gòu)鋼。在牌號主體結(jié)構(gòu)(第一、二、三部分)之后,根據(jù)需要,可附加鋼材形狀、制造方法及熱處理的后綴符號。例如文中的SPHC,即首位S為鋼Steel的縮寫,P為板Plate的縮寫,H為熱Heat的縮寫,C商業(yè)Commercial的縮寫,整體表示一般用熱軋鋼板及鋼帶。

        Analysis of Cross Break Defects for SPHC Hot Rolled Pickling Board

        10.3969/j.issn.1000-6826.2016.05.18

        李大光(1987—),男,學(xué)士,工程師,專業(yè)為材料科學(xué)與工程,工作于本鋼產(chǎn)品研究院,E-mail:646224725@qq.com。

        本鋼產(chǎn)品研究院,遼寧 本溪 117000

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