魏曉陽

（天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500）

0 引言

隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，熱軋帶鋼產(chǎn)品作為一種萬能鋼材被市場廣泛接受。熱軋帶鋼可任意剪裁、彎曲、沖壓、焊接，制成各種制品構(gòu)件，在化工、交通、建筑、金屬制品、鋼結(jié)構(gòu)制造等方面都得到廣泛應(yīng)用。但由于帶鋼較薄，經(jīng)過加工變形后，易出現(xiàn)表面缺陷，表面缺陷不僅損害制件的外觀，還有可能成為破壞性能和銹蝕的策源地，成為產(chǎn)品的質(zhì)量隱患。翹皮缺陷就是一種典型的帶鋼表面缺陷，其出現(xiàn)和分布無規(guī)律，天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司（下稱聯(lián)合特鋼）在生產(chǎn)Q195熱軋帶鋼過程中，發(fā)現(xiàn)帶鋼表面翹皮缺陷嚴重，對帶鋼產(chǎn)品質(zhì)量造成了很大影響。為查找Q195熱軋帶鋼表面翹皮缺陷產(chǎn)生的原因，聯(lián)合特鋼采用光譜分析儀、力學(xué)分析儀、金相顯微鏡及掃描電鏡等手段對翹皮缺陷部位化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相組織及微觀形貌進行了檢測。

為徹底解決Q195熱軋帶鋼表面翹皮缺陷問題，提高熱軋帶鋼產(chǎn)品的綜合質(zhì)量，本文根據(jù)Q195熱軋帶鋼表面翹皮缺陷部位的各項檢測結(jié)果，分析了Q195熱軋帶鋼表面翹皮缺陷產(chǎn)生的原因，并從煉鋼、連鑄、鑄坯加熱等工序提出了工藝和設(shè)備的技術(shù)改進措施。

1 Q195熱軋帶鋼表面翹皮缺陷分析

聯(lián)合特鋼生產(chǎn)Q195熱軋帶鋼使用的是165mm×380mm連鑄坯，帶鋼軋制規(guī)格為2.5mm×395mm。在生產(chǎn)工藝參數(shù)一定的情況下，采用相同爐號的連鑄坯軋制相同規(guī)格的帶鋼時，有數(shù)支帶鋼表面出現(xiàn)翹皮缺陷，而且缺陷大小不一，在上表面不同位置隨機出現(xiàn)，缺陷樣品宏觀形貌如圖1所示。

圖1 缺陷樣品宏觀形貌

為分析Q195熱軋帶鋼表面翹皮缺陷產(chǎn)生的原因，從合格產(chǎn)品和不同缺陷帶鋼上截取試樣進行試驗分析，檢測了熱軋帶鋼化學(xué)成分及力學(xué)性能，并截取多組試樣進行了金相和電鏡實驗。

1.1 化學(xué)成分分析

對合格產(chǎn)品和不同帶鋼翹皮缺陷部位取樣，采用光譜儀進行化學(xué)成分分析，試樣化學(xué)成分對比如表1所示。由表1化學(xué)成分對比數(shù)據(jù)可以看出，該爐Q195熱軋帶鋼產(chǎn)品的化學(xué)成分比較均勻，試樣化學(xué)成分都符合標準要求。

表1 試樣化學(xué)成分對比

1.2 力學(xué)性能分析

對合格產(chǎn)品和不同帶鋼翹皮缺陷部位取樣，進行力學(xué)性能分析，試樣力學(xué)性能對比如表2所示。由表2力學(xué)性能對比數(shù)據(jù)可以看出，該爐Q195熱軋帶鋼產(chǎn)品的力學(xué)性能比較穩(wěn)定，都符合內(nèi)控標準要求。

表2 試樣力學(xué)性能對比

1.3 缺陷部位金相組織分析

從帶鋼翹皮缺陷處切取橫、縱向金相試樣，進行金相實驗分析，發(fā)現(xiàn)翹皮處有嚴重的脫碳現(xiàn)象，缺陷部位脫碳形貌如圖3所示。翹皮缺陷處及其附近存在大量的氧化鐵，缺陷部位氧化鐵形貌如圖4所示。熱軋帶鋼基體內(nèi)存在大量C類（硅酸鹽）夾雜物，夾雜物長度可達2219.11um，缺陷部位夾雜物形貌如圖5所示。

圖3 缺陷部位脫碳形貌（100×）

圖4 缺陷部位氧化鐵形貌（100×）

圖5 缺陷部位夾雜物形貌（100×）

1.4 缺陷部位掃描電鏡分析

取缺陷部位試樣，用超聲波設(shè)備進行清洗，采用掃描電鏡進行觀察，缺陷部位橫向試樣形貌如圖6所示，缺陷部位縱向試樣形貌如圖7所示。由圖6、圖7可以發(fā)現(xiàn)，翹皮缺陷處存在大量夾雜物。

圖6 缺陷部位橫向試樣形貌

圖7 缺陷部位縱向試樣形貌

對缺陷部位夾雜物的元素和含量進行分析，夾雜物成分電鏡分析結(jié)果如表3所示。由表3可以看出，夾雜物中主要含有O、Mg、Si等元素，疑似為鋼液中脫氧產(chǎn)物和鋼包耐火材料卷入物質(zhì)。

表3 夾雜物成分電鏡分析結(jié)果

2 實驗檢測結(jié)果分析

（1）通過光譜和力學(xué)實驗分析，發(fā)現(xiàn)Q195熱軋帶鋼成分和力學(xué)性能都比較穩(wěn)定，均符合標準要求。

（2）通過金相實驗分析，發(fā)現(xiàn)翹皮缺陷處存在嚴重的脫碳現(xiàn)象，同時周邊伴有大量氧化鐵，基體內(nèi)存在嚴重的C類（硅酸鹽）夾雜物。

（3）通過電鏡實驗分析，發(fā)現(xiàn)翹皮缺陷處存在大量的夾渣。

綜上所述，可以確定導(dǎo)致Q195熱軋帶鋼表面翹皮缺陷的主要原因是，連鑄坯在生產(chǎn)過程中脫氧產(chǎn)物未能及時上浮以及鋼包耐材浸蝕后卷入鋼液內(nèi)，形成嚴重的夾雜物，夾雜物在軋制過程中逐漸暴露，導(dǎo)致熱軋帶鋼表層形成翹皮缺陷。軋制過程中，由于加熱爐工藝操作不當，造成帶鋼表面嚴重脫碳，粗大的脫碳晶粒導(dǎo)致帶鋼表面局部塑性變差，熱軋過程中由于帶鋼不同部位塑性不同，導(dǎo)致其變形量不同，加劇了翹皮缺陷的形成[1]。

3 工藝改進措施

3.1 煉鋼工藝調(diào)整

3.1.1 轉(zhuǎn)爐脫氧工藝調(diào)整

根據(jù)碳氧積原理，轉(zhuǎn)爐吹煉結(jié)束時，終點C元素含量直接決定了鋼水中的O元素含量。因此，提高轉(zhuǎn)爐冶煉一次拉碳命中率，控制鋼水初始O元素含量，成為提高鋼水潔凈度、降低一次夾雜物含量的重要手段。

（1）在轉(zhuǎn)爐冶煉過程中，要根據(jù)轉(zhuǎn)爐吹煉不同時期調(diào)整供氧壓力與吹煉槍位。前期采用高槍位、大氧壓吹煉，增強氧氣流股的穿透力，快速化渣；中期采用正常槍位、下調(diào)吹煉氧壓，以減少中期因渣中FeO含量不足造成的爐渣返干；終點拉碳時，采用低槍位、大氧壓吹煉，拉碳時間控制在40s以上，強化攪拌，促進廢鋼熔化，確保脫碳效果，降低鋼水的氧化性。

（2）在出鋼過程中，鋼包中加入鋁塊50～70kg/爐進行深脫氧，減少硅鐵合金參與脫氧而生成的硅酸鹽夾雜物數(shù)量；另外加入石灰200kg/爐，不僅起到渣洗作用，還可以調(diào)整鋼包渣系，減少精煉快速脫硫的壓力。

3.1.2 LF爐精煉工藝調(diào)整

LF爐精煉過程中，合理的工藝制度，不僅對精煉工藝順行、保證鋼種成分是必要的，而且有助于降低鋼中夾雜物含量，提高鋼水潔凈度。鋼包進入精煉工位后，首先破殼化渣，待爐渣化好后加入電石、鋁粉等脫氧劑，使爐渣快速泡沫化，根據(jù)不同鋼種埋弧造渣的特點，優(yōu)化精煉輔料和發(fā)泡劑的使用。

（1）采用物理性能適宜的精煉基礎(chǔ)渣。為提高精煉渣泡沫化效果，采用黏度較大、表面張力較小、堿度適宜的精煉基礎(chǔ)渣。

（2）要保證有足夠的精煉渣泡沫化氣源。電極與精煉渣反應(yīng)以及氬氣攪拌提供一部分氣源；另外可通過外加電石產(chǎn)生氣體，使精煉渣泡沫化程度提高。

（3）選擇合適的電壓、電流。在電極起弧時，選擇電流22000A，以便更好地化渣；在正常升溫時，選擇電流32000A，但要保證埋弧穩(wěn)定；在工藝要求快速升溫時，選擇電流34000A，進行快速加熱；在需要保溫時，選擇電流28000A或24000A。

（4）優(yōu)化鋼包吹A(chǔ)r工藝。根據(jù)不同條件下的鋼水溫度與鋼中S元素含量，調(diào)整鋼包吹A(chǔ)r強度，嚴格控制精煉后軟吹時間，軟吹時間控制在10～12min，促進夾雜物之間的碰撞，使之充分上浮。

3.1.3 連鑄工藝調(diào)整

（1）鋼包到連鑄中間包間采用保護套管+密封圈+Ar封保護澆鑄，減少鋼水二次氧化。

（2）連鑄中間包水口材質(zhì)選用鋁碳質(zhì)，同時優(yōu)化水口插入深度，可以有效降低鋼中硅酸鹽類夾雜物和渣中SiO2含量，有利于鋼水的凈化和鋼坯內(nèi)部質(zhì)量的提高。

（3）降低中間包鋼水過熱度。開機爐次中間包鋼水過熱度控制在30～50℃，連澆爐次控制在15～30℃。

（4）盡量滿包澆注，穩(wěn)定中間包鋼水液面。拉速穩(wěn)定控制在1.5～1.6m/min；嚴禁中包結(jié)殼導(dǎo)致塞棒失控。

3.1.4 加強鋼包使用維護管理

（1）冶煉過程中適當增加石灰用量，提高爐渣堿度和黏度，降低氧化性爐渣對鋼包耐火材料的滲透和熔損，減少外來夾雜物對鋼水的污染。

（2）鋼包上線前烘烤時間由36h提高至48h，嚴格按照烘烤曲線進行升溫，鋼包上線時溫度達到900℃，防止新鋼包裝鋼水后因升溫過快,造成耐火材料脫落。

（3）合理調(diào)整鋼包周轉(zhuǎn)頻率，避免鋼包因急冷、急熱,造成耐火材料脫落現(xiàn)象的發(fā)生[2]。

3.2 加熱爐燒鋼控制系統(tǒng)改造

加熱爐采用智能燒鋼控制系統(tǒng)。將加熱爐溫度偏差控制在±10℃之內(nèi)，提高加熱爐溫度的控制精度；嚴格規(guī)定鋼坯加熱時間，避免出現(xiàn)因加熱爐溫度過高、保溫時間過長形成的鋼坯表面脫碳情況；將加熱爐內(nèi)爐氣氧含量控制在1%～3%，減少鋼坯表面氧化鐵的生成，降低鋼坯的燒損。

4 結(jié)語

通過對Q195熱軋帶鋼表面翹皮缺陷處化學(xué)成分、力學(xué)性能、金相組織及微觀形貌的檢測和分析，結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗和實驗結(jié)果，確認導(dǎo)致Q195熱軋帶鋼表面翹皮缺陷的主要原因是連鑄鋼坯夾雜物缺陷嚴重和加熱爐工藝操作不當。

本文從煉鋼和軋鋼加熱爐兩個方面提出了設(shè)備及工藝改進措施。通過調(diào)整煉鋼生產(chǎn)工藝，減少了鋼液脫氧產(chǎn)物的產(chǎn)生和鋼包耐火材料的卷入，從而提高了鋼水的純凈度和連鑄鋼坯的內(nèi)部質(zhì)量。帶鋼熱軋生產(chǎn)線加熱爐采用智能燒鋼系統(tǒng)后，提高了加熱爐溫度的控制精度；通過嚴格規(guī)定加熱時間，避免了因加熱爐溫度過高、保溫時間過長形成的帶鋼表面脫碳問題。通過上述措施，最終解決了Q195熱軋帶鋼表面翹皮缺陷的質(zhì)量問題。