摘要：熱軋中厚鋼板表面缺陷的存在是一種普遍現(xiàn)象，表面缺陷是造成影響鋼材的產(chǎn)品質(zhì)量、成材率和合格品的重要原因之一。熱軋鋼板的表面缺陷是評(píng)價(jià)鋼板表面質(zhì)量的依據(jù)，其缺陷類型，外觀特征，產(chǎn)生原因，防治措施，是多年以來積極研究而進(jìn)行探討的問題。

關(guān)鍵詞：中厚板 缺陷 分析

0 引言

中厚板是重要的鋼材品種之一，是國民經(jīng)濟(jì)中造船、鍋爐、石油、化工、工程機(jī)械和國防建設(shè)等行業(yè)所需的重要原材料，有著廣泛而重要的應(yīng)用。中厚板表面質(zhì)量，對(duì)中厚板的生產(chǎn)和使用均有重要的影響，而受到生產(chǎn)廠和用戶的高度重視。因此，在生產(chǎn)過程中在保證性能的同時(shí)，必須加強(qiáng)對(duì)鋼板表面質(zhì)量影響的控制與檢驗(yàn)，對(duì)影響鋼板外觀質(zhì)量的缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確的界定和判定，對(duì)缺陷產(chǎn)生的因素進(jìn)行科學(xué)的分析，對(duì)減少和防止鋼板外觀缺陷的產(chǎn)生，提高鋼板的外觀質(zhì)量有重要作用。

九江中厚板生產(chǎn)線于2010年4月份投產(chǎn)，該生產(chǎn)線為北鋼院設(shè)計(jì)的雙機(jī)架3500軋機(jī)，主要設(shè)備有3500粗、精軋機(jī)各一架、步進(jìn)加熱爐和推鋼加熱爐各一座、ACC冷卻系統(tǒng)、熱矯直機(jī)、雙邊剪、定尺剪等。本文針對(duì)該生產(chǎn)線投產(chǎn)以來常見缺陷進(jìn)行總結(jié)探討相關(guān)對(duì)策。

1 幾種典型缺陷的特征．成因和影響

1.1 氧化鐵皮壓入

特點(diǎn)：鋼板表面壓入的氧化鐵皮可分為一次氧化鐵皮（灰褐色Fe3O4鱗層）和二次氧化鐵皮（紅棕色FeO和Fe2O3鱗層組成），依據(jù)氧化鐵皮種類不同壓入深度有深有淺分布面積有大有小多數(shù)呈塊狀或條狀。

產(chǎn)生主要原因：

（1）加熱時(shí)間過長(zhǎng)，使鋼坯表面形成的氧化鐵皮太厚而不易清除。

（2）在軋制前，高壓水壓力不足或其它原因，鋼坯表面氧化鐵皮未能有效清理，造成軋制過程中部分較厚或附著力較強(qiáng)的氧化鐵皮呈片狀或塊狀被壓入鋼板本體。

對(duì)鋼板的影響：氧化鐵皮在鋼板表面的壓入深度和分布區(qū)域，通常情況下影響不如麻點(diǎn)。修磨后一般不影響鋼板的使用。

控制措施：

（1）制定合理的加熱制度，控制加熱速度和加熱時(shí)間，防止出現(xiàn)過度的氧化鐵皮；

（2）控制軋制溫度，防止出現(xiàn)過多的二次氧化鐵皮；

（3）提高除鱗機(jī)除磷壓力，改善除鱗效果。

1.2 裂紋

特征：在鋼板表面形成具有一定深度和長(zhǎng)度，一條或多條長(zhǎng)短不一、寬窄不等、深淺不同、形狀各異的條形縫隙或裂縫。從橫截面觀察，一般裂紋都有尖銳的根部，具有一定的深度并且于表面垂直，周邊有嚴(yán)重的脫碳現(xiàn)象和非金屬夾雜。裂紋破壞了鋼板力學(xué)性能的連續(xù)性，是對(duì)鋼板危害很大的缺陷。

產(chǎn)生主要原因：

（1）鋼坯在加熱爐內(nèi)加熱不均勻或軋件受力不均，使得軋件各部分延伸和寬展不一致，在鋼板應(yīng)力作用下形成裂紋；

（2）鋼坯在加熱爐內(nèi)加熱不均或者軋件受力不均，使得軋件各部分延伸和寬度不一致，鋼板在應(yīng)力作用下形成裂紋；

（3）鋼坯加熱或軋件冷卻速度過快，產(chǎn)生較強(qiáng)的熱應(yīng)力或組織應(yīng)力集中，而產(chǎn)生裂紋；

（4）軋制過程中，噴水過多，使軋制溫度過低鋼板延伸性變差，形成裂紋。

控制措施：

（1）嚴(yán)格鋼坯質(zhì)量檢驗(yàn)，杜絕不合格坯料投入生產(chǎn)；

（2）加強(qiáng)鋼坯的加熱操作，控制好加熱速度、加熱溫度和均勻加熱，防止過熱、過燒；

（3）制定合理的軋制溫度制度和壓下規(guī)程，防止鋼板的冷卻不均或局部過冷。

1.2.1 縱裂紋

特征：縱裂紋一般有兩種形式：一種是成片狀出現(xiàn)的沿軋制方向裂開的小裂口；一種是有一定寬度的粗黑線狀裂紋。板厚大于20 mm的鋼板出現(xiàn)縱裂紋的幾率比較大?？v裂紋破壞了鋼板的橫向連續(xù)性、對(duì)鋼板危害性很大。

產(chǎn)生主要原因：

（1）縱裂紋主要是由于鋼坯在凝固過程中坯殼厚度不均造成的，當(dāng)作用在坯殼的拉應(yīng)力超過鋼的允許強(qiáng)度時(shí)，在坯殼薄弱處產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致斷裂，出結(jié)晶器后在二冷區(qū)擴(kuò)展形成縱向裂紋，在縱向扎之中沿鋼板軋制方向擴(kuò)展并開裂；

（2）如果鋼板出現(xiàn)多道貫穿軋制方向的裂紋，則有可能是比較嚴(yán)重的鋼坯橫裂在鋼坯橫向軋制時(shí)擴(kuò)展和開裂形成的；

（3）鋼中大量氣泡的存在，在加熱及軋制過程中形成沿受力方向延伸的小裂紋，并經(jīng)進(jìn)一步擴(kuò)展而導(dǎo)致開裂。

對(duì)鋼板的影響：視裂紋的長(zhǎng)度、深度、數(shù)量、分布情況而定。通常情況下，導(dǎo)致鋼板被判廢的可能性很高。

控制措施：

（1）采取措施使結(jié)晶器彎月面區(qū)域坯殼生長(zhǎng)厚度均勻。

（2）鋼的碳含量、夾雜物含量、鋼液溫度控制、浸入式水口設(shè)計(jì)與插入深度、結(jié)晶器保護(hù)渣性質(zhì)、結(jié)晶器導(dǎo)熱均勻性、結(jié)晶器液面波動(dòng)、二次冷卻和鋼液中氣體含量等。

因此穩(wěn)定冶煉，連鑄機(jī)軋制工藝是減少鋼板表面縱裂紋產(chǎn)生的關(guān)鍵。

1.2.2 橫裂紋

特征：裂紋基本與鋼板的軋制方向呈30°～90°夾角，呈不規(guī)則的條狀或線狀等形態(tài)，分布的位置、數(shù)量、形態(tài)、大小各異，具有一定深度和長(zhǎng)度，破壞了鋼板縱向連續(xù)性。

產(chǎn)生主要原因：表面橫裂紋多出現(xiàn)在鑄坯的內(nèi)弧振痕的波谷處，造成振痕部有微裂紋或堅(jiān)殼帶較薄，振痕越深，橫裂紋越嚴(yán)重。在振痕底部，一般存在S、P等元素的正偏析，還往往填有保護(hù)渣，降低了鋼的高溫塑性；鋼種AL、N含量過高，促使AlN質(zhì)點(diǎn)沿A晶界析出以及C、N化合物等很容易在此處的奧氏體晶界上沉積而產(chǎn)生應(yīng)力集中誘發(fā)橫裂紋，鋼坯在低溫脆性區(qū)的鑄坯表面受外力（700～900℃矯直，二次冷卻強(qiáng)度過高（水量大，表面溫度低，外狐處于受壓階段，內(nèi)弧處于受拉階段，在而拉速過慢））拉伸作用時(shí)，就會(huì)使振痕波谷處的微裂紋擴(kuò)展和開裂，或者是鋼坯不明顯的鋼坯縱裂紋在鋼坯橫向軋制時(shí)擴(kuò)展和開裂。

主要影響因素：

（1）鋼的化學(xué)成分，主要指影響鋼材熱塑性的化學(xué)成分，如S、Al、Nb、V等元素，他們非常容易與鋼中的C、N等元素結(jié)合后在奧氏體晶界上析出，阻礙奧氏體再結(jié)晶的進(jìn)程并弱化晶界強(qiáng)度，從而降低了鋼的高溫塑性。

（2）振痕，振痕越深越容易出現(xiàn)橫裂紋，有研究指出當(dāng)負(fù)滑脫時(shí)間在0.16s以上范圍時(shí)，提高振動(dòng)頻率，降低振幅可以降低振痕的平均深度。當(dāng)結(jié)晶器液面波動(dòng)范圍大時(shí)，也易出現(xiàn)比較深的振痕，所以應(yīng)注意入水口的浸入位置、拉坯速度等，以保證結(jié)晶器液面的穩(wěn)定；

（3）矯直溫度，連鑄機(jī)矯直溫度對(duì)鑄坯表面橫向裂紋有至關(guān)重要的影響。當(dāng)鑄坯在700～900℃的熱脆溫度區(qū)矯直時(shí)，鑄坯在低塑性狀態(tài)下，受到矯直機(jī)械力的作用，鑄坯表面容易在拉應(yīng)力的作用下產(chǎn)生橫裂紋。為避免這種橫裂紋的形成，可采用平穩(wěn)的弱冷卻，使矯直時(shí)鑄坯的表面溫度高于質(zhì)點(diǎn)沉淀溫度或高于γ/α轉(zhuǎn)變溫度，避開低塑性區(qū)。

（4）局部急冷，機(jī)后冷卻水管破裂等原因?qū)е侣┧疂驳戒摪寰植繀^(qū)域?qū)е略搮^(qū)域鋼板迅速降溫產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致出現(xiàn)裂紋。

對(duì)鋼板的影響：橫裂紋在鋼板表面表現(xiàn)形態(tài)較多，其深度通常在0.5～1.5 mm，個(gè)別嚴(yán)重的可達(dá)到鋼板厚度的1/4～1/3，造成鋼板判廢的傾向性較高。

控制措施：

（1）采用高頻率、小振幅結(jié)晶器振動(dòng)；

（2）二冷配水量分布應(yīng)使鋼坯表面溫度均勻并盡量減少鋼坯表面和邊部的溫差；

（3）根據(jù)鋼種不同選擇合適的保護(hù)渣，保護(hù)渣的用量和黏度既要保證減淺振痕，又要防止坯殼粘結(jié)；

（4）鋼坯矯直時(shí)避開脆性溫度區(qū)；

（5）合理控制鋼中Al、N的含量，以減少AlN的形成和析出。

（6）加強(qiáng)軋機(jī)區(qū)域設(shè)備維護(hù)，避免產(chǎn)生局部漏水；產(chǎn)生局部漏水時(shí)機(jī)后拋鋼拋遠(yuǎn)一些，避免漏的水澆到鋼板上。

1.3 龜裂

特征：一般多產(chǎn)生在高碳鋼和合金鋼等大截面產(chǎn)品的表面，裂紋呈龜背狀，一般長(zhǎng)度較短，多呈弧形、人字形，方向各異。龜裂常伴隨或衍生出其他形態(tài)的裂紋，其深度基本都超過鋼板的厚度負(fù)公差之半，嚴(yán)重時(shí)，產(chǎn)品會(huì)在堆垛中被壓斷，因此被判廢的可能性較高。

產(chǎn)生主要原因：

（1）鋼坯在較低溫度進(jìn)行火焰清理時(shí)，表面溫度聚然升高，引起熱應(yīng)力或清理后的冷卻過程中產(chǎn)生組織應(yīng)力，使鋼坯表面輕微炸裂；

（2）鋼坯加熱溫度或加熱速度控制不當(dāng)，造成鋼坯局部過熱（通常鋼坯的下加熱面）加熱部分出現(xiàn)一定深度的脫碳層，降低鋼的塑性，在軋制過程中，由于表面延伸產(chǎn)生龜裂；

（3）鋼坯表面的網(wǎng)狀裂紋，和星形裂紋在軋制中擴(kuò)展和開裂。

（4）含Cu鋼中的Cu易向表面擴(kuò)散，在鋼表面及氧化鐵皮下富集一薄層熔點(diǎn)低于1100℃的富Cu合金，此合金在1100℃以上溶化并浸蝕鋼表面晶界，在軋制變形時(shí)，是鋼表面沿晶界發(fā)生熱脆裂開裂。

對(duì)鋼板的影響：存在一定的脫碳層，有時(shí)也伴隨或衍生出其他形態(tài)的裂紋。裂紋深度基本超過鋼板的厚度公差之半。

控制措施：

（1）采取預(yù)熱或利用產(chǎn)品余熱進(jìn)行火焰清理；

（2）控制加熱制度，防止出現(xiàn)過熱、過燒；

（3）防止鋼坯出現(xiàn)網(wǎng)裂或星裂等原始缺陷。

1.4 發(fā)裂

特征：在鋼板表面分布著形狀不一、深度較淺的發(fā)狀細(xì)紋，有長(zhǎng)有短，有的分散，有的成簇分布，有時(shí)會(huì)布滿鋼板表面，有時(shí)沿鋼板橫向分布，

產(chǎn)生主要原因：

（1）由于連鑄機(jī)的一冷二冷冷速及拉速不合理，或者保護(hù)渣選用不合適，保護(hù)渣受潮，造成鋼坯表面許多微裂紋，在軋制中暴露和擴(kuò)展；

（2）某些鋼種因加熱速度和加熱溫度不當(dāng)，使鋼坯表面出現(xiàn)裂紋和少量的脫碳導(dǎo)致塑性降低，軋制中在鋼板表面形成細(xì)小裂紋；

（3）鋼坯本身存在的皮下氣泡皮下夾雜等，在軋制中暴露而形成微小裂紋。

對(duì)鋼板的影響：鋼坯微裂紋形成的細(xì)小裂紋在鋼板上的形態(tài)大多呈現(xiàn)出有規(guī)律的弧線形，弧線的頂端與軋制方向相同。加熱不當(dāng)產(chǎn)生的裂紋規(guī)律性不強(qiáng)，大多呈長(zhǎng)短不一的“蚯蚓”形線狀，修磨清理后不影響。但發(fā)裂有時(shí)不易發(fā)現(xiàn)，在鋼板彎曲或卷取加工時(shí)，如果缺陷在鋼板外弧面將產(chǎn)生較明顯的裂紋或開裂。

控制措施：

（1）加強(qiáng)連鑄工藝的控制和鋼坯的驗(yàn)收、檢查及清理；

（2）制定合理的加熱制度和加熱速度，盡可能增加壓縮比，采用合適的壓下規(guī)程和冷卻制度。

1.5 微裂紋

特征：在鋼板表面的不同部位出現(xiàn)一些不易辨識(shí)的、形狀不規(guī)則、縫隙細(xì)小、長(zhǎng)度不連續(xù)、形態(tài)零亂的裂紋，這種裂紋有的分散，有的成簇分布，有時(shí)會(huì)布滿鋼板表面，有時(shí)沿鋼板橫向分布，有時(shí)與其他形態(tài)的裂紋或缺陷伴隨。如果鋼板表面存有未清理的微裂紋，在成型加工中很容易在工件的外側(cè)面出現(xiàn)顯著的裂紋甚至開裂。

對(duì)鋼板的影響：?jiǎn)渭兊奈⒘鸭y，通常清理后深度小于鋼板的負(fù)公差之半，對(duì)鋼板的質(zhì)量性能的影響較小；而與其他形態(tài)的裂紋或缺陷伴隨出現(xiàn)的微裂紋對(duì)鋼板性能的影響，大多數(shù)情況下取決于鋼板的嚴(yán)重程度。

產(chǎn)生主要原因：

（1）鑄坯方面的因素是由于連鑄機(jī)的一冷、二冷拉速的不合理，和保護(hù)渣選用不合理或受潮，造成鑄坯表面出現(xiàn)許多微裂紋，在軋制中暴露和擴(kuò)展而導(dǎo)致鋼板表面形成細(xì)小裂紋。

（2）有些鋼種因加熱速度和加熱溫度不當(dāng)，鋼坯表面出現(xiàn)熱裂紋或少量脫碳，使塑性降低，在軋制過程中沿鋼板表面形成細(xì)小裂紋。

（3）鋼坯的皮下氣泡、皮下夾雜在軋制中暴露，形成微小裂紋。

（4）在藍(lán)脆區(qū)（250～300℃）剪切鋼板時(shí)，由于鋼材塑性變差，表面受拉應(yīng)力作用時(shí)產(chǎn)生微裂紋。

對(duì)鋼板的影響：?jiǎn)为?dú)出現(xiàn)的裂紋對(duì)鋼板的影響較小，通常清理后深度小于鋼板的負(fù)公差之半；與其他形態(tài)的裂紋或缺陷伴隨出現(xiàn)的微裂紋對(duì)鋼板的影響，大多數(shù)情況受相關(guān)缺陷嚴(yán)重程度的影響。

1.6 氣泡

特征：在鋼板表面分布出現(xiàn)無規(guī)律分布的、或大或小的鼓包，外形比較圓滑。氣泡開裂后，裂口呈不規(guī)則的縫隙或空隙，裂口周邊有明顯的漲裂產(chǎn)生的不規(guī)則“犬齒”，裂口的末梢有清晰的現(xiàn)線狀塌陷，裂口內(nèi)部有肉眼可見的夾雜物富集。

產(chǎn)生主要原因：氣泡缺陷的成因有兩類。一類是鋼坯皮下夾雜物引起的，它主要與中間包水口對(duì)中不良或保護(hù)渣質(zhì)量有關(guān)，保護(hù)渣卷入鋼水后產(chǎn)生的含有非金屬夾雜的氣囊，在軋制時(shí)，氣體體積縮小，壓力增大而引起鼓包并呈現(xiàn)在鋼板局部表面上，此類缺陷表面處呈青色。另一類是鋼中氣體引起的，連鑄時(shí)由于拉速較快，鋼坯內(nèi)部的氣體沒有充分的時(shí)間溢出，留在鋼坯內(nèi)部形成氣泡，在軋制時(shí)氣泡擴(kuò)展，導(dǎo)致金屬局部難以焊合，當(dāng)氣泡內(nèi)壓力足夠大時(shí)將在鋼板表面鼓起形成鼓包。

對(duì)鋼板的影響：使鋼板一處或多處甚至大面積出現(xiàn)閉合或開裂的氣隙及腔隙，通常情況下都造成鋼板的判廢。

控制措施：

（1）只要將連鑄鋼水的溶解氧含量控制在一定的范圍內(nèi)，就能夠控制氣泡，保證連鑄及鑄坯軋制工藝順行；

（2）全程保護(hù)澆鑄的鎮(zhèn)靜鋼的氬氣泡，通過控制氣體流量和優(yōu)化結(jié)晶器鋼水流場(chǎng)，就能夠得到有效控制。

（3）選擇合適的坯型，正確制定加熱制度和壓下規(guī)程，增加氣泡等缺陷的焊合。

1.7 結(jié)疤

特征：鋼板表面呈現(xiàn)為舌狀、塊狀或魚鱗狀壓入或翹皮的金屬片：一種是與鋼的本體相連接，并折合到表面上不易脫落；另一種與鋼的本體無連接，但粘合到表面，易于脫落。結(jié)疤大小不一、深淺不等，結(jié)疤下常附著較多的氧化鐵皮或夾雜物。

產(chǎn)生主要原因：鋼坯熱態(tài)下表面粘結(jié)有外來金屬物，如鋼坯熱切割時(shí)火焰切割渣鐵的粘結(jié)，在軌道上輸送時(shí)軌道表面粘附物（金屬或金屬氧化物）的壓入，加熱時(shí)滑軌表面粘附物的壓入，爐底處堆積過后的氧化渣鐵的粘附，在軋制過程中壓入鋼板表面。

1.8 分層

特征：在剪切斷面上呈現(xiàn)一條或多條平行的縫隙。實(shí)質(zhì)上是鋼板內(nèi)部存在有局部或整體的基本平行與鋼板表面的未焊合界（層）面，破壞了鋼板厚度方向的連續(xù)性，有時(shí)縫隙中有肉眼可見的夾雜物。

產(chǎn)生主要原因：

（1）鋼中的非金屬夾雜物，在軋制的過程中，因素性變形由球狀變?yōu)闄E圓狀，最后為片狀，由于夾雜物與基體界面的結(jié)合力較弱，所以微小的應(yīng)變就可使夾雜物與基體脫離，在界面上形成空洞，隨著變形的進(jìn)行，空間長(zhǎng)大、聚集，直至形成分層；

（2）鋼坯中心區(qū)域的低溶質(zhì)元素富集，對(duì)含硫偏高的鋼，中心偏析帶內(nèi)往往存在大量硫化物聚集，使鋼中產(chǎn)生夾雜性裂紋，形成分層；

（3）在進(jìn)入軋制前鋼坯內(nèi)部存在裂紋、疏松、縮孔等原始缺陷，在軋制過程中，由于變性條件不適宜，內(nèi)部缺陷不能完全焊合，產(chǎn)生分層。

對(duì)鋼板產(chǎn)生影響：分層對(duì)鋼板的質(zhì)量影響，取決于分層的嚴(yán)重程度，如果分布的較為彌散，對(duì)鋼板的性能影響較??；如果分布較為密集，且有一定的長(zhǎng)度和明顯的寬度，將導(dǎo)致鋼板的判廢。

控制措施：

（1）合理控制鋼坯中夾雜物的數(shù)量、形狀、大小和分布狀態(tài)；

（2）制定合理的冶煉及連鑄工藝，減少鋼坯內(nèi)的裂紋、疏松、縮孔等缺陷；

（3）選擇合適的坯型，正確制定加熱制度和壓下規(guī)程，增加裂紋、疏松等缺陷的焊合。

1.9 瓢曲

特征：在鋼板長(zhǎng)度或?qū)挾确较蛏铣霈F(xiàn)的同一方向的弧形翹曲，嚴(yán)重者呈船底形。

產(chǎn)生主要原因：主要由于軋制過程中輥縫的不平行造成鋼板的縱向延伸一側(cè)大于另一側(cè)；鋼板兩側(cè)冷卻條件不一致或冷卻速度不均勻；終軋道次壓下量給定不合理；終矯溫度不合理。

對(duì)鋼板產(chǎn)生影響：各種原因造成的較明顯的瓢曲，熱矯直機(jī)很難矯直，在生產(chǎn)線沒有裝備冷矯直機(jī)的情況下，鋼板改尺和被判次的可能性很大，且難以生產(chǎn)高附加值如管線鋼等種類鋼板。

2 結(jié)論

（1）控制好鋼的化學(xué)成分，減少鑄坯的各種表面缺陷；

（2）嚴(yán)格鑄坯質(zhì)量檢查，不合格的不投產(chǎn)；

（3）加制定合理的加熱制度，控制加熱溫度、加熱速度和加熱時(shí)間，防止鋼坯產(chǎn)生過熱（燒）現(xiàn)象。

（4）完善軋制制度，制定合理的軋制溫度、壓下量和翻鋼道次，防止低溫軋制；

（5）防止在低溫脆性區(qū)矯直、剪切。

3 結(jié)語

鋼板表面缺陷的存在都不同程度地影響了鋼板的質(zhì)量和利用的價(jià)值。只有認(rèn)真檢查鋼板的表面質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)并及時(shí)找出缺陷產(chǎn)生的原因，才能避免鋼板發(fā)生質(zhì)量問題，減少經(jīng)濟(jì)損失，提高產(chǎn)品的信譽(yù)，打造名牌產(chǎn)品，提高經(jīng)濟(jì)效益。

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