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        低碳冷軋基板邊部非典型裂紋成因分析與控制

        2019-11-27 07:52:12陳四平朱紅芳
        中國(guó)金屬通報(bào) 2019年10期
        關(guān)鍵詞:裂紋

        陳四平,朱紅芳

        (德龍鋼鐵有限公司技術(shù)中心,河北 邢臺(tái) 054009)

        冷軋基板是對(duì)冷軋用熱軋卷板得簡(jiǎn)稱,廣泛應(yīng)用于鍍鋅板、彩涂板、家電面板、馬口鐵等用途的冷軋?jiān)?。目前,隨著冷軋制品越來(lái)越精細(xì),厚度也越來(lái)越薄,用戶對(duì)冷軋基板的質(zhì)量要求也越來(lái)越嚴(yán)格,板坯生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)各個(gè)工序都提出了更高的要求,特別是冷軋產(chǎn)品的表面質(zhì)量,成為了影響冷軋后表面質(zhì)量的最主要因素。本文針對(duì)冷軋基板SPHC表面頻繁出現(xiàn)的邊部裂紋質(zhì)量問(wèn)題,采用金相檢驗(yàn)、掃描電鏡觀察、能譜分析以及中間坯去皮檢查等手段,同時(shí)結(jié)合加熱、粗軋工藝,分析同批次連鑄坯在不同粗軋工藝以及設(shè)備條件下邊部裂紋的變化規(guī)律,找出了裂紋缺陷發(fā)生的主要原因,并通過(guò)采取相應(yīng)的控制措施,抑制該缺陷的發(fā)生。

        1 缺陷形貌特征

        熱軋卷邊部裂紋缺陷的外觀形貌如圖1所示,呈現(xiàn)為沿軋制方向的直線狀,一般長(zhǎng)度在10mm~50mm,密集分布在帶鋼上表面邊部?jī)蓚?cè)3cm以內(nèi),裂紋處往往伴隨有輕微的起皮現(xiàn)象。

        圖1 邊部裂紋缺陷形貌圖

        2 檢驗(yàn)與分析

        (1)金相觀察。于邊部裂紋缺陷明顯的部位切取小塊鋼板,制成10mm×10mm的金相試樣進(jìn)行截面的金相分析缺陷位置處的組織形貌。缺陷裂紋深度為30μm,形貌為凹坑型(圖2b)與開(kāi)裂型(圖2a),且周圍并無(wú)氧化圓點(diǎn)存在。

        有資料顯示[1],如果來(lái)料板坯表面或邊角部存在裂紋或開(kāi)裂的缺陷,這些裂紋在高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱過(guò)程中,由于加熱爐空氣中O向板坯裂紋內(nèi)滲透,將使板坯中Si、Mn等易氧化元素出現(xiàn)不同程度的氧化,從而在裂紋周圍形成氧化質(zhì)點(diǎn)。由圖2檢測(cè)結(jié)果說(shuō)明,該缺陷并非來(lái)自于加熱爐之前,極有可能與熱軋的粗軋或精軋工序。

        圖2 裂紋缺陷的截面形貌

        (2)針對(duì)性檢查。為了進(jìn)一步驗(yàn)證邊部裂紋的產(chǎn)生工序,選擇2塊200mm×930mm×1010mm的SPHC鑄坯在不同粗軋側(cè)壓、相同粗軋平輥正壓的工藝下進(jìn)行軋制,其中1#鑄坯為限寬軋制,在第1、3、5道次投入立輥側(cè)壓,中間坯寬度910mm;2#鑄坯為自由展寬軋制,不投入立輥。分別在軋后中間坯頭部1m以及成品卷尾部5m處剪切20mm長(zhǎng)鋼板進(jìn)行邊部質(zhì)量檢測(cè),考慮到鑄坯的表面氧化鐵皮影響影響邊部裂紋觀察,對(duì)需要檢測(cè)的部位進(jìn)行酸洗除鱗。

        圖3(a、b)為2支SPHC連鑄坯的中間坯與成品卷邊部裂紋形貌。圖3(a)為1#板坯粗軋后的邊部除鱗表面,存在大量微小縱裂紋,成品卷邊部相應(yīng)位置同樣有細(xì)小縱裂紋;圖3(b)為2#鑄坯粗軋后的邊部除鱗表面,未發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷。因此,可以確定此次冷軋基板出現(xiàn)邊部裂紋是在立輥側(cè)壓過(guò)程中形成的。

        圖3 中間坯與成品卷邊部質(zhì)量對(duì)比

        圖4 立輥表面質(zhì)量

        對(duì)粗軋立輥抽出檢查表面質(zhì)量,如圖4所示,表面磨損嚴(yán)重,在粗糙部位存在不規(guī)則分布的結(jié)瘤狀缺陷,最高突起高度約為6mm。結(jié)合立輥的軋制變形機(jī)理判斷,立輥側(cè)壓時(shí),立輥結(jié)瘤與軋件側(cè)面相互擠壓,且產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng),在軋件側(cè)面上形成了一定深度的劃傷,這些側(cè)面的缺陷在后續(xù)的軋制過(guò)程中翻轉(zhuǎn)至板坯表面,并產(chǎn)生縱向延伸,最終在中間坯邊部形成密集的細(xì)小直線裂紋。

        (3)結(jié)瘤高度對(duì)成品裂紋深度的影響。在線打磨立輥表面結(jié)瘤,并在200mm×930mm×1010mm鑄坯上進(jìn)行限寬軋制,測(cè)量結(jié)瘤高度與SPHC邊部裂紋深度(如圖6)。由此可見(jiàn):結(jié)瘤高度較小時(shí),不影響成品帶鋼表面裂紋或起皮,但結(jié)瘤高度的增大至1mm時(shí),SPHC帶鋼邊部開(kāi)始出現(xiàn)碎裂紋缺陷,且裂紋深度隨著結(jié)瘤高度得增加而增大。

        圖5 立輥結(jié)瘤高度與成品裂紋深度的關(guān)系圖

        圖6 立輥軋制量與輥面結(jié)瘤高度的關(guān)系

        (4)立輥結(jié)瘤原因分析。粗軋立輥是帶鋼生產(chǎn)線上的主要寬度控制部件,與軋件側(cè)面直接接觸,根據(jù)軋輥磨損機(jī)理[3],在軋制過(guò)程中承受周期性的機(jī)械載荷和溫度波動(dòng),形成疲勞磨損,同時(shí)還伴有較硬氧化物顆粒的研磨作用,導(dǎo)致立輥出現(xiàn)輥面磨損的現(xiàn)象,部分區(qū)域變得粗糙。這些粗糙區(qū)域,在高溫軋制環(huán)境以及與軋件的滑動(dòng)摩擦作用下,更容易引起鐵粉或者氧化鐵顆粒在此處聚集疊加,最終形成結(jié)瘤。

        本次缺陷帶鋼所采用的粗軋生產(chǎn)線是由二輥可逆式單機(jī)架軋機(jī)R1與機(jī)前立輥機(jī)架E1組成,對(duì)來(lái)料鑄坯采用往返5道次軋制,并在第1、3、5道次使用立輥側(cè)壓控制寬度,立輥使用頻率高。采用定期抽檢立輥在線的表面情況,如如圖5所示,隨著E1的使用時(shí)間延長(zhǎng),軋制量超過(guò)6萬(wàn)噸時(shí),立輥輥面開(kāi)始出現(xiàn)起瘤,且隨著軋制量的再一步增大,高度增加速率逐漸增大,軋制量達(dá)到12萬(wàn)噸時(shí),立輥表面起瘤高度達(dá)到1mm,開(kāi)始影響成品帶鋼出現(xiàn)邊部裂紋;軋制量達(dá)到18萬(wàn)噸后,立輥表面結(jié)瘤尖銳突出,高度達(dá)到了6mm。所以,立輥的在線使用周期過(guò)長(zhǎng)是直接造成輥面磨損嚴(yán)重,出現(xiàn)輥面結(jié)瘤的根本原因。

        3 改進(jìn)措施

        (1)在線打磨軋輥。在軋制生產(chǎn)過(guò)程中利用停軋時(shí)間,使用剛性砂輪在線對(duì)立輥表面進(jìn)行打磨,去除表面疲勞層,降低磨損程度。

        (2)優(yōu)化立輥的使用周期。粗軋立輥使用周期超過(guò)12萬(wàn)噸立輥表面出現(xiàn)起瘤現(xiàn)象,因此,可以通過(guò)制定立輥使用周期不超過(guò)12萬(wàn)噸,避免帶鋼邊部出現(xiàn)裂紋缺陷。

        (3)加強(qiáng)立輥冷卻。優(yōu)化立輥水嘴結(jié)構(gòu),擴(kuò)大水嘴直徑至10.5mm,提高立輥強(qiáng)化冷卻能力,降低軋輥表面溫度,可以有效減弱軋輥熱疲勞,減緩立輥表面起瘤。通過(guò)系列控制措施的應(yīng)用,對(duì)后續(xù)生產(chǎn)的SPHC帶鋼邊部質(zhì)量情況進(jìn)行跟蹤檢查,在軋制12噸周期后,冷軋基板邊部裂紋缺陷消失,邊部裂紋得到有效控制。

        4 結(jié)論

        本次冷軋基板邊部裂紋的原因是粗軋立輥使用周期過(guò)程,輥面結(jié)瘤而引起的。該類裂紋的特征是長(zhǎng)度較短、深度較淺,裂紋內(nèi)無(wú)氧化圓點(diǎn)、保護(hù)渣等。通過(guò)立輥在線打磨、優(yōu)化立輥更換周期,加強(qiáng)軋輥冷卻等措施,可減緩輥面結(jié)瘤,從而有效控制此類邊部裂紋缺陷。

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