呂國成 包麗明 杜維寬

（1.吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 吉林 132021；2.凌源鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，遼寧 凌源 122500）

1 前言

目前帶鋼邊裂是熱連軋過程中經(jīng)常出現(xiàn)的缺陷[1]，特別是低碳鋼邊裂非常普遍。近年來，凌源鋼鐵集團(tuán)中寬帶機(jī)組陸續(xù)在低碳鋼生產(chǎn)過程中出現(xiàn)大量的邊裂帶卷，且較為嚴(yán)重。邊裂的存在嚴(yán)重的影響了帶鋼產(chǎn)品的質(zhì)量[2],造成無法及時(shí)供貨，缺陷產(chǎn)品只能降級處理，導(dǎo)致較大的經(jīng)濟(jì)損失。

邊裂產(chǎn)生原因的研究和預(yù)防，一直是熱軋帶鋼技術(shù)工作人員比較關(guān)注的問題。凌源鋼鐵集團(tuán)通過軋鋼與煉鋼技術(shù)工作人員的共同努力，帶卷的邊裂問題得到了一定控制，降級品明顯減少，但邊裂問題仍然沒有徹底解決，給公司造成了一定的損失。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，工作人員選取了三個(gè)不同的時(shí)間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了低碳鋼邊裂缺陷產(chǎn)品數(shù)量的統(tǒng)計(jì)，具體如表1 所示。

表1 低碳鋼邊裂缺陷產(chǎn)品數(shù)量統(tǒng)計(jì)表

2 低碳鋼邊裂缺陷及原因分析

2.1 邊裂形式

低碳鋼帶卷邊裂缺陷主要分兩種形式，一是指帶鋼邊部參差不齊，在一側(cè)或兩側(cè)的邊部呈連續(xù)或間斷的樹皮狀或嚴(yán)重的鋸齒狀（如圖1、圖2）稱之為“爛邊”。另一種表現(xiàn)為在熱軋帶鋼距離邊部10-30mm 范圍內(nèi)，沿軋制方向縱向分布（如圖3、圖4），稱之為舌形邊部裂紋。舌形邊部裂紋產(chǎn)生原因主要是板坯邊角部位存在角裂紋，在軋制過程通過立輥的碾壓，將缺陷呈現(xiàn)在在熱軋帶鋼距離邊部10-30mm 范圍內(nèi)[3]。凌鋼中寬帶鋼邊裂缺陷主要是第一種“爛邊”。

圖1 帶卷局部邊裂圖

圖2 帶卷整體連續(xù)邊裂圖

圖3 帶卷邊部舌型裂紋圖

圖4 帶卷邊部舌型裂紋切面

2.2 產(chǎn)生帶卷邊部缺陷的主要原因

通過對邊裂帶卷進(jìn)行跟蹤分析發(fā)現(xiàn)，中寬帶成品邊裂主要原因包括：連鑄坯邊緣存在皮下氣泡、角裂紋、連鑄坯邊緣有夾雜；加熱爐加熱溫度過高、板坯在爐時(shí)間過長、爐內(nèi)氣氛控制不合理造成板坯邊部過燒或脫碳等。

2.2.1 連鑄坯皮下氣泡的形成

連鑄板坯氣泡主要出現(xiàn)在板坯邊部和端部，如圖5、圖6 所示部位，對板坯邊裂產(chǎn)生有影響。圖6 上空洞每平方厘米2-3 個(gè)氣孔，最大孔直徑2.5mm，其深度多為2-4mm，最終造成帶卷邊裂。

圖5 邊部氣孔

圖6 端部氣孔

在鋼水凝固的過程中，鋼液中所溶解的氣體分壓如果大于鋼水靜壓力與大氣壓力之和時(shí)，會導(dǎo)致連鑄坯皮下氣泡的形成[4-5]。連鑄坯的氣泡缺陷即為在連鑄坯表皮以下形成的蜂窩狀孔洞。皮下氣泡一般不與表面連通，嚴(yán)重時(shí)在連鑄坯外表面出現(xiàn)個(gè)別針狀小孔[6]，目視檢查很難發(fā)現(xiàn)，但經(jīng)火焰清理后可以顯露出來。連鑄坯皮下氣泡在鑄坯斷面呈蜂窩狀長條形孔洞，并與表面垂直,若鑄坯邊部存在皮下氣泡類缺陷，在加熱爐內(nèi)加熱時(shí)因表層氧化，再經(jīng)高壓水除鱗后就顯露在外，在軋制過程中因缺陷部位與基體結(jié)合不牢固，軋制時(shí)不能焊合，發(fā)生不連續(xù)、不均勻變形的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致邊裂。

2.2.2 連鑄坯邊緣存在角裂紋缺陷

通過對板坯跟蹤觀察發(fā)現(xiàn)，板坯邊部角裂紋缺陷對產(chǎn)生帶卷邊裂影響較大，圖7 為Q235B 鋼坯邊部振痕的照片，其邊部振痕較深且密集，將該爐號板坯送入2#加熱爐（750-800℃）保溫1.5h，出爐后經(jīng)過除鱗清除表面氧化鐵皮后發(fā)現(xiàn)鋼坯邊部出現(xiàn)如圖8 所示的角裂紋，向各面延伸約10-20mm，且該批次板坯出現(xiàn)多支邊裂帶卷。

圖7 鋼坯邊部振痕圖

圖8 鋼坯經(jīng)過750-800℃加熱60 分鐘后顯露出的角裂紋

當(dāng)板坯加熱溫度高于800℃時(shí)，角裂周圍就會發(fā)生氧化。同時(shí)，這類缺陷在軋制過程中也不能焊合，從而產(chǎn)生邊裂缺陷。

2.2.3 S 元素對鑄坯質(zhì)量的影響

硫在鋼中的宏觀偏析，較大地降低了鋼的熱塑性，在碳含量不變的情況下，硫含量增加則板坯裂紋的可能性增加[7]。這是由于硫在晶界的偏析及硫化物在奧氏體晶界析出所致，析出物與基體的結(jié)合力因硫的偏析而下降，促進(jìn)了晶界滑移。晶界的應(yīng)力集中使得硫化物與晶界間形成孔隙，導(dǎo)致更大的應(yīng)力集中，擴(kuò)展成為晶界裂紋，晶界微孔的形成與長大過程也因硫的偏析而加速，最終導(dǎo)致微裂紋的形成[8]。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)S ＜0.025%，Mn/S=25～30 時(shí)，能有效控制熱脆現(xiàn)象。一般Mn/S 大于25，錳硫比高凝固時(shí)不易產(chǎn)生裂紋。

2.2.4 加熱工藝對鋼帶的邊裂影響

板坯在加熱爐內(nèi)主要受到加熱溫度、在爐時(shí)間、爐內(nèi)氣氛的影響[9]。如圖9、圖10 就是板坯加熱工藝不當(dāng)造成的。板坯在加熱過程中，加熱溫度超出工藝規(guī)定，軋線出現(xiàn)故障，停機(jī)時(shí)間不確定，會造成加熱溫度降溫延遲；長時(shí)間高溫會造成板坯邊部過熱過燒；板坯在爐時(shí)間過長，易發(fā)生局部晶粒長大；加熱爐內(nèi)空煤氣配比不合適，會造成脫碳。局部火焰溫度過高會造成板坯窄段面局部過燒脫碳；以上原因都會導(dǎo)致爐內(nèi)板坯軋制為成品帶卷后出現(xiàn)邊裂缺陷。

圖9 邊裂位置過燒

圖10 邊裂位置有局部晶粒長大

3 減少邊裂的預(yù)防措施

3.1 提高鑄坯質(zhì)量，減少鑄坯缺陷

（1）強(qiáng)化鋼水脫氧制度，確保鋼水中自由氧含量控制在較低水平。增加鋼中與氧平衡的元素含量，確保在鋼水凝固冷卻過程中氧元素不會析出發(fā)生二次反應(yīng)。

（2）保持連鑄機(jī)設(shè)備處于良好運(yùn)行狀況，尤其是對弧精度、扇形段開口精度的控制對裂紋的發(fā)生至關(guān)重要；確保二冷噴嘴冷卻均勻，減少鑄坯寬度方向溫度差；在不改變成分、保證鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的前提下采用弱冷，提高鑄坯矯直前溫度。

（3）優(yōu)化鋼水成分，提高鑄坯Mn 含量，進(jìn)而提 高M(jìn)n/S 數(shù)值。降低鐵水S 含量，同時(shí)提高冷料、輔料等入爐物料質(zhì)量，從源頭減少雜質(zhì)S 元素含量。

3.2 優(yōu)化加熱工藝

嚴(yán)格控制板坯加熱溫度、升溫速度，防止板坯由于加熱爐溫度過高、板坯升溫速度過快，造成板坯過熱、過燒、板坯內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生[10]。當(dāng)加熱能力大于軋機(jī)軋制能力時(shí)，板坯在爐時(shí)間會變長，應(yīng)適當(dāng)減少爐內(nèi)板坯支數(shù)，合理調(diào)整板坯加熱溫度。當(dāng)軋線緩慢軋制時(shí)，操作工應(yīng)按照工藝要求實(shí)行下限加熱；軋機(jī)故障時(shí)要及時(shí)執(zhí)行降溫制度，嚴(yán)格控制空煤氣配比，防止板坯在爐內(nèi)脫碳。

利用定修、周期性檢修，做好加熱爐燃燒系統(tǒng)維護(hù)，標(biāo)定好流量計(jì)、閥門開口度，便于爐內(nèi)氣氛控制。降低板坯軋制溫度，通過提高輥道運(yùn)轉(zhuǎn)速度，避免輥道冷卻水澆到鋼坯邊部，充分減少板坯溫降。

通過實(shí)行上述預(yù)防措施，板坯邊裂支數(shù)由2017 年的232 支，減少到2018 年的47 支（1-10 月），其中因加熱工藝產(chǎn)生的邊裂為25 支，鑄坯缺陷產(chǎn)生的邊裂22 支，效果顯著。

4 結(jié)論

（1）連鑄坯邊緣存在角裂、皮下氣泡、連鑄坯邊緣有夾雜等質(zhì)量缺陷是帶鋼出現(xiàn)邊裂的主要原因之一，必須嚴(yán)格控制鋼坯表面質(zhì)量檢查，杜絕缺陷板坯入爐。

（2）煉鋼通過優(yōu)化連鑄工藝參數(shù)，加強(qiáng)設(shè)備維修力度；軋線通過優(yōu)化加熱爐加熱溫度、嚴(yán)格控制板坯在爐時(shí)間、嚴(yán)格執(zhí)行停軋降溫制度以及合理調(diào)節(jié)爐內(nèi)氣氛等方法，可以有效降低邊裂產(chǎn)品的產(chǎn)生。