杜艷波

（唐山瑞豐鋼鐵（集團(tuán)）有限公司，河北 063303）

0 引言

Q235B熱軋帶鋼具有一定的強(qiáng)度、塑韌性，以及良好的冷加工成型和可焊性等綜合性能，被廣泛應(yīng)用于制作護(hù)欄板、方管、螺旋管、直縫管及冷軋用鋼等。起皮缺陷是造成帶鋼表面質(zhì)量問(wèn)題的重要缺陷之一，不僅影響成材率且會(huì)降低客戶使用體驗(yàn)。帶鋼起皮缺陷成因種類繁多：包括鑄坯邊部或表面裂紋較大，軋制過(guò)程中不能軋合裂紋造成的起皮缺陷；鑄坯皮下氣泡或表面針孔在軋制過(guò)程中暴露在帶鋼表面引起的帶鋼起皮；鋼坯卷入保護(hù)渣、板坯表面氧化鐵皮軋入導(dǎo)致的起皮等。其中鑄坯卷渣引起的起皮缺陷位置不固定，無(wú)規(guī)律性，一般沿軋制方向呈長(zhǎng)條狀，根據(jù)卷入保護(hù)渣的輕重程度，起皮缺陷薄厚不均，嚴(yán)重時(shí)帶鋼會(huì)出現(xiàn)折疊及孔洞缺陷，起皮缺陷內(nèi)部存在宏觀可見(jiàn)的白色或黑色夾雜物。

某廠生產(chǎn)鋁鎮(zhèn)靜鋼Q235B 熱軋帶鋼表面出現(xiàn)大面積起皮現(xiàn)象，這種大面積起皮缺陷不僅影響帶鋼外觀，且影響產(chǎn)品質(zhì)量，造成帶鋼降級(jí)、生產(chǎn)成本增加。為解決此類問(wèn)題，對(duì)起皮缺陷的帶鋼取樣，通過(guò)金相顯微鏡、掃描電鏡、能譜儀等方法對(duì)帶鋼起皮缺陷部位進(jìn)行檢測(cè)。本文根據(jù)上述檢測(cè)結(jié)果對(duì)該廠Q235B 熱軋帶鋼表面起皮缺陷產(chǎn)生原因進(jìn)行了研究分析，并提出相應(yīng)的控制措施。

1 Q235B熱軋帶鋼起皮缺陷特征分析

1.1 Q235B熱軋帶鋼起皮缺陷宏觀形貌

Q235B 熱軋帶鋼典型起皮缺陷宏觀形貌如圖1所示。起皮缺陷無(wú)規(guī)律分布在上板面，呈現(xiàn)舌狀，與軋制方向平行，部分起皮僅根部與基體相連。

圖1 起皮缺陷宏觀形貌

1.2 Q235B熱軋帶鋼起皮缺陷微觀檢驗(yàn)分析

在帶鋼尾部取樣，使用剪板機(jī)垂直缺陷長(zhǎng)度方向取樣，使用切割機(jī)切割后再利用鑲嵌機(jī)進(jìn)行鑲嵌，研磨拋光后，使用4%硝酸酒精腐蝕截面，在Axio Observer 3 materials 顯微鏡下對(duì)缺陷金相組織進(jìn)行觀察。經(jīng)觀察，起皮組織無(wú)異常，與基體組織無(wú)明顯差異，起皮在橫截面上具有一定深度，深度為808.86μm，在起皮與基體之間存在夾雜物及球形不明成分夾雜物，如圖2所示。

圖2 起皮處的形貌

在SEM 下對(duì)缺陷進(jìn)行觀察，并使用EVO15 進(jìn)行定性成分分析（如圖3 所示），條狀?yuàn)A雜物主要含有C、O、Mg、Al、S、Ca、Mn、K、Na 和Fe 元素，而典型保護(hù)渣成分含有Mg、Al、Ca、Na，由此可知該類夾雜物成分與典型保護(hù)渣成分一致，因此可以確定，此缺陷是由連鑄過(guò)程卷入保護(hù)渣造成［1］。

圖3 條狀?yuàn)A雜物能譜分析結(jié)果

對(duì)球形不明成分夾雜物進(jìn)行成分分析，發(fā)現(xiàn)其中含有C、O、Al 和Fe 元素（如圖4 所示），由此可以確定球形不明成分夾雜物為連鑄生產(chǎn)過(guò)程中浸入式水口結(jié)瘤形成的簇狀A(yù)l2O3，水口結(jié)瘤主要是由于鋼水脫氧合金化產(chǎn)生高熔點(diǎn)Al2O3夾雜過(guò)多或澆鑄過(guò)程中鋼水的二次氧化Al2O3增加造成的［2］。

圖4 球狀?yuàn)A雜物能譜分析結(jié)果

通過(guò)上述檢驗(yàn)結(jié)果，可以確定此缺陷是由連鑄過(guò)程中保護(hù)渣卷入和Al2O3形成的復(fù)合夾雜造成的，而在后續(xù)熱軋過(guò)程中無(wú)法消除。

2 Q235B熱軋帶鋼起皮形成原因分析

2.1 卷渣原因分析

保護(hù)渣屬于硅酸鹽、硅鋁酸鹽類夾雜物，這類夾雜物塑性較差，在軋制過(guò)程中被軋碎，大量夾雜的存在破壞了基體連續(xù)性，形成起皮缺陷。因此必須要控制連鑄過(guò)程保護(hù)渣的卷入。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察和分析鑄坯卷渣原因主要有以下幾方面）

（1）保護(hù)渣的理化性能不能滿足連鑄生產(chǎn)工藝，保護(hù)渣黏度和熔點(diǎn)不符合生產(chǎn)要求，會(huì)導(dǎo)致保護(hù)渣結(jié)塊而引起保護(hù)渣卷入鋼水。

（2）連鑄工藝設(shè)計(jì)與生產(chǎn)不符或連鑄工藝參數(shù)變化大，會(huì)引起保護(hù)渣卷入鋼水，比如拉速控制時(shí)大時(shí)小或拉速波動(dòng)大，容易造成結(jié)晶器內(nèi)液面不穩(wěn)定，引起保護(hù)渣卷入鋼水。

（3）浸入式水口插入位置不當(dāng)引起保護(hù)渣卷入鋼水。 浸入式水口插入過(guò)深，水口位置不正或形狀不合理，均會(huì)導(dǎo)致結(jié)晶器內(nèi)流場(chǎng)不合理，容易造成卷渣問(wèn)題。

（4）吹氬操作不當(dāng)引起保護(hù)渣卷入鋼水。連鑄過(guò)程中間包水口一般都要進(jìn)行吹操作，氬氣是惰性氣體，不與鋼中成分反應(yīng)，可以防止空氣進(jìn)入造成二次氧化。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中氬氣的流量是很難控制準(zhǔn)確的，當(dāng)氬氣吹入流量過(guò)大時(shí)，會(huì)在結(jié)晶器窄面周圍出現(xiàn)保護(hù)渣卷入情況，這主要是由于結(jié)晶器中氣-液上升流是沿結(jié)晶器窄面進(jìn)行的，在上升過(guò)程中會(huì)撞擊彎月面而改變方向，往水口方位流，因?yàn)榻缑鎻埩Φ淖饔?，?huì)使保護(hù)渣隨同鋼液一起流動(dòng)，當(dāng)保護(hù)渣的黏度不符合要求時(shí)，保護(hù)渣會(huì)隨著鋼液回流到鋼液里面［3］，導(dǎo)致保護(hù)渣卷入坯殼。

2.2 水口結(jié)瘤原因分析

崔學(xué)正等［4］認(rèn)為，界面張力產(chǎn)生的吸引力會(huì)引起Al2O3顆粒之間發(fā)生接觸，由于界面張力的存在，使顆粒之間維持接觸狀態(tài)，并發(fā)生燒結(jié)反應(yīng)，最后產(chǎn)生水口結(jié)瘤。

在煉鋼生產(chǎn)過(guò)程中，造成水口結(jié)瘤的原因主要是鋼水長(zhǎng)時(shí)間接觸水口內(nèi)壁，與水口中的耐火材料反應(yīng)使水口表面粗糙，粗糙表面為后續(xù)吸附夾雜提供基礎(chǔ)條件。在澆注過(guò)程中鋼水會(huì)生成以固態(tài)小顆粒Al2O3為主的二次氧化產(chǎn)物，這些小顆粒Al2O3（直徑＜20μm）在流體動(dòng)力學(xué)和固液界面的物理和化學(xué)條件作用下，在通過(guò)中間包進(jìn)入浸入式水口和塞棒時(shí)，會(huì)吸附和富集在水口內(nèi)腔和塞棒頭，最終形成“結(jié)瘤”［5］。

3 改進(jìn)措施

3.1 減少卷渣的措施

3.1.1 減少結(jié)晶器液面波動(dòng)

（1）穩(wěn)定拉速，避免拉速瞬間變化大導(dǎo)致鋼流碰撞結(jié)晶器窄面造成卷渣。

（2）控制水口氬氣吹入流量，使塞棒氬氣供氣壓力控制在5～10MPa之間，以較少夾渣發(fā)生幾率［6］。

（3）在保護(hù)渣潤(rùn)滑性符合生產(chǎn)要求的情況下，調(diào)整保護(hù)渣的化學(xué)成分，使保護(hù)渣黏度和熔化速度適當(dāng)提高，同時(shí)降低保護(hù)渣表面張力，鋼渣界面張力提高，可以使保護(hù)渣沿結(jié)晶器四壁均勻、穩(wěn)定地流入，并使吸附上浮夾雜物的能力提高［7］。

（4）采用結(jié)晶器液面控制系統(tǒng)，提高結(jié)晶器液面穩(wěn)定性，可使液面波動(dòng)控制在±5mm，防止卷渣。

3.1.2 中間包水口對(duì)中

保證水口對(duì)中精度，避免使結(jié)晶器中鋼水產(chǎn)生偏流，引起液面翻卷，使連鑄坯表面產(chǎn)生夾渣缺陷。

3.1.3 合理的水口插入深度

保證合適的水口插入深度，避免結(jié)晶器液面產(chǎn)生較大波動(dòng)，使連鑄坯產(chǎn)生嚴(yán)重表面夾渣缺陷。

3.2 減少水口結(jié)瘤的措施

3.2.1 改善鋼水的純凈度

鋼水潔凈度太低，說(shuō)明鋼水中固體夾雜物總量高，導(dǎo)致鋼水黏度增加，在造成鋼水流動(dòng)性變差的同時(shí)，而且也會(huì)使固態(tài)高熔點(diǎn)夾雜物的絕對(duì)濃度增大，為浸入式水口結(jié)瘤提供有利條件[8]。因此，降低流經(jīng)浸入式水口中鋼水的夾雜物總含量，可有效減少水口結(jié)瘤物。主要方法有：

（1）控制脫氧鋁加入量；

（3）鈣處理鋼水，使固態(tài)高熔點(diǎn)的Al2O3轉(zhuǎn)化為低熔點(diǎn)的鈣鋁酸鹽（主要是12CaO·7Al2O3)；

（3）向水口或塞棒吹氬攪拌，促使脫氧產(chǎn)物上?。?］。

3.2.2 改善水口材質(zhì)

當(dāng)水口粗糙度≤0.3mm［10］，粘性層下面保護(hù)層起作用，因此，為減少浸入式水口結(jié)瘤，水口的工作面越光滑越有利?？梢愿鶕?jù)澆注鋼種選擇浸入式水口材質(zhì)，Q235B 這種普碳鋼，一般選擇石墨高鋁質(zhì)浸入式水口。

4 結(jié)語(yǔ)

本文依據(jù)起皮缺陷部位檢測(cè)結(jié)果，對(duì)Q235B 熱軋帶鋼典型起皮缺陷成因進(jìn)行了研究，明確了起皮缺陷產(chǎn)生的原因，并對(duì)煉鋼和連鑄關(guān)鍵工藝提出了優(yōu)化改進(jìn)建議。

（1）金相組織、掃描電鏡及能譜分析結(jié)果表明，Q235BL 熱軋帶鋼起皮缺陷主要由連鑄過(guò)程卷渣及水口結(jié)瘤引起的。

（2）保持連鑄機(jī)結(jié)晶器液面穩(wěn)定、提高水口對(duì)中度及采取合適的插入深度、保證保護(hù)渣的合理使用等措施，可有效減少卷渣引起的連鑄坯表面缺陷。

（3）提高鋼水潔凈度、改善水口材質(zhì)可有效防止Al2O3在水口內(nèi)表面堵塞沉積、脫落在鑄坯中形成大顆粒夾雜物。

（4）生產(chǎn)實(shí)踐表明，通過(guò)對(duì)煉鋼和連鑄生產(chǎn)關(guān)鍵工藝的優(yōu)化改進(jìn)，鑄坯表面質(zhì)量得到有效改善，熱軋帶鋼起皮缺陷發(fā)生率由12%降到5%。