許孟春，李德軍，趙文濤，李海峰，張寧（.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧鞍山4009；.鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧營口5007）

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SS400B熱軋板卷翹皮缺陷分析與控制

許孟春1，李德軍1，趙文濤2，李海峰2，張寧1
（1.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院，遼寧鞍山114009；2.鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧營口115007）

摘要：針對SS400B熱軋板卷邊部存在大量翹皮缺陷的問題，對翹皮缺陷處成分和微觀組織進(jìn)行檢測分析。結(jié)果表明，熱軋板卷存在翹皮缺陷是由于板坯角部橫裂紋在熱軋過程中遺傳所致。采取加強(qiáng)鋼水成分控制、提高保護(hù)渣堿度0.24、二冷水量降低0.1 kg/t等措施后，熱軋板卷翹皮缺陷引起的產(chǎn)品降級率由5.000%降低至0.071%。

關(guān)鍵詞：含硼鋼；連鑄板坯；角部橫裂紋；翹皮缺陷

許孟春，碩士，工程師，2012年畢業(yè)于東北大學(xué)冶金工程專業(yè)。E-mail：xiaochun_0107@163.com

SS400具有超細(xì)晶粒、超純凈以及綜合性能優(yōu)良等特點(diǎn)，常被作為橋梁、船板及其它結(jié)構(gòu)用鋼，在國民建設(shè)中起到重要作用。而通過向鋼中添加硼，將其作為鎳、鉻、鉬等合金化元素的廉價(jià)代用元素，可降低合金化成本。因此，含硼鋼SS400B具有很好的市場需求［1］。

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司生產(chǎn)含硼鋼SS400B熱軋鋼卷時(shí)，邊部存在較多的翹皮缺陷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量，造成部分熱軋卷降級和報(bào)廢。含硼鋼鋼板表面質(zhì)量缺陷普遍存在，德國蒂森、澳大利亞的奧鋼聯(lián)、日本的新日鐵、韓國的浦項(xiàng)鋼鐵等世界先進(jìn)鋼鐵廠也曾同樣存在鋼板裂紋影響連鑄穩(wěn)定生產(chǎn)的問題，各鋼廠具體情況（設(shè)備特點(diǎn)、操作水平、生產(chǎn)管理等）不同采取的措施也不同。通過對鞍鋼SS400B熱軋鋼卷翹皮缺陷處成分及微觀金相組織進(jìn)行分析，確認(rèn)了導(dǎo)致熱軋卷產(chǎn)生翹皮缺陷的原因，采取相應(yīng)控制措施后，熱軋鋼卷翹皮缺陷數(shù)量大幅降低，滿足了用戶的要求。

1　熱軋鋼卷翹皮缺陷產(chǎn)生的原因分析

1.1 SS400B生產(chǎn)工藝流程

鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司SS400B的生產(chǎn)工藝流程為：鐵水預(yù)處理（脫S）→轉(zhuǎn)爐→氬站靜吹氬→ANS處理→連鑄→加熱爐→熱軋。SS400B的化學(xué)成分如表1所示。

表1　SS400B的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）　%

1.2 SS400B熱軋鋼卷翹皮產(chǎn)生原因

觀察熱軋過程中的熱軋表面檢測儀照片發(fā)現(xiàn)，熱軋板卷邊部存在大量不同程度的翹皮缺陷，數(shù)量最多每卷達(dá)300～400處，嚴(yán)重影響了用戶的使用。典型的翹皮缺陷宏觀形貌如圖1所示。

圖1　翹皮缺陷宏觀形貌

對翹皮缺陷處截取的試樣進(jìn)行掃描電鏡能譜分析結(jié)果為，翹皮缺陷處主要成分是O和Fe。對缺陷位置取橫向截面制取金相試樣，顯微鏡觀察，結(jié)果缺陷位置未發(fā)現(xiàn)異常夾雜物，但存在明顯氧化現(xiàn)象，放大后可觀察到高溫氧化產(chǎn)物，能譜分析結(jié)果高溫氧化產(chǎn)物主要成分為O、Si、Mn、Al等元素。進(jìn)一步使用4%硝酸酒精溶液對試樣腐蝕后觀察發(fā)現(xiàn)，翹皮缺陷位置金相組織無流變痕跡，靠近板邊一側(cè)完全脫碳，圖2為缺陷位置腐蝕態(tài)形貌。

根據(jù)檢測分析結(jié)果可知，試樣缺陷位置存在明顯氧化、脫碳現(xiàn)象，且可觀察到高溫氧化產(chǎn)物，而金相組織無明顯流變痕跡。同時(shí)，由于翹皮缺陷主要發(fā)生在板卷邊部，而對板坯兩邊部進(jìn)行扒皮處理后，熱軋鋼卷邊部則無翹皮缺陷產(chǎn)生。由此可認(rèn)為，鋼板表面翹皮缺陷是由板坯邊部缺陷遺傳所致。

由于板坯表面常存在氧化鐵皮，很難觀察裂紋缺陷，因此用體積比為1∶1的鹽酸水溶液在60～ 80℃、恒溫20 min侵蝕板坯表面后，對板坯邊部進(jìn)行觀察。經(jīng)熱酸浸后，板坯角部宏觀形貌如圖3所示。

圖2　缺陷位置腐蝕態(tài)形貌

圖3　酸浸后板坯角部的宏觀形貌

從圖3可以看出，板坯角部存在裂紋缺陷，該缺陷在熱軋過程中遺傳到熱軋卷形成翹皮缺陷，因此，需對連鑄工藝進(jìn)行優(yōu)化，避免板坯角裂缺陷的產(chǎn)生，進(jìn)而消除熱軋翹皮缺陷。

2　工藝改進(jìn)措施

2.1成分控制

優(yōu)質(zhì)的鋼水質(zhì)量是提高鑄坯質(zhì)量的基礎(chǔ)，合理的鋼種成分能有效避開含硼鋼裂紋敏感區(qū)。在成分控制上，需避免裂紋敏感性元素含量過高，主要控制鋼中B、N和Al的含量。在不影響鋼材性能，且在內(nèi)控范圍內(nèi)，鋼中B含量按下限控制。由于鋼水在凝固過程中有BN析出導(dǎo)致晶界脆化是角部裂紋產(chǎn)生的主要原因之一，因此，降低含硼鋼中的氮含量可以有效控制BN在凝固過程中析出，是降低裂紋產(chǎn)生的方法之一，在生產(chǎn)中盡量降低鋼中N的含量［2］。

而對于Al含量的控制，應(yīng)在精煉工序控鋁，使鋼包從精煉到澆注前鋼水中的鋁含量均勻、穩(wěn)定，充分脫氧，以保證鋼水中B的作用充分發(fā)揮出來。同時(shí)加強(qiáng)鋼水酸溶鋁的控制，避免因酸溶鋁含量高而加劇橫裂紋的發(fā)生。在保證脫氧良好的條件下，在其內(nèi)控范圍內(nèi)，按下限控制Al的含量。

2.2保護(hù)渣調(diào)整

改善結(jié)晶器內(nèi)坯殼的傳熱條件，促進(jìn)坯殼均勻生長，能夠在一定程度上防止裂紋的產(chǎn)生。為了實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器的“弱冷卻”，限制結(jié)晶器的熱通量，可以增加保護(hù)渣的熱阻。為增加保護(hù)渣熱阻，可適當(dāng)提高保護(hù)渣堿度，降低保護(hù)渣粘度，可以提高保護(hù)渣膜的結(jié)晶化率［3-4］。生產(chǎn)中，將保護(hù)渣的堿度提高0.24，粘度降低0.05（Pa·s），同時(shí)，將保護(hù)渣的軟化溫度降低15℃，從而使保護(hù)渣的熔化速度提高，在鋼液面形成合適的液渣層厚度，并改善渣膜與鑄坯間的潤滑性能，避免較深振痕的形成，防止在振痕底部坯殼薄弱部位產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而降低角裂缺陷的發(fā)生率。

2.3二冷制度的調(diào)整

合適的二冷制度對板坯角裂缺陷的控制有重要作用，由于角部區(qū)域?yàn)槎S冷卻，同時(shí)中心部位的冷卻水沿表面向邊部流動(dòng)，將加速板坯角部的過冷，同時(shí)，若二冷區(qū)整體冷卻強(qiáng)度偏大，使得板坯在矯直時(shí)角部溫度處于第Ⅲ脆性溫度區(qū)，易造成角部裂紋。因此，在生產(chǎn)含硼易產(chǎn)生角部裂紋缺陷的鋼種時(shí)，為防止鑄坯角部過冷，消除和減少裂紋，在生產(chǎn)時(shí)采用專用的水冷曲線，降低二冷水比水量，將二冷水量降低0.1 kg/t。通過減小二冷水水量可以使板坯坯殼均勻生長，并使板坯冷卻更加均勻，使板坯出矯直區(qū)的溫度達(dá)到900℃以上，表面橫向溫度更加均勻，減小熱應(yīng)力，避免板坯在晶界脆性區(qū)的矯直，對減少角部裂紋起到了至關(guān)重要的作用［5］。

2.4鑄機(jī)輥列狀態(tài)的調(diào)整

據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)際可知，SS400板坯無角裂缺陷產(chǎn)生，其熱軋卷質(zhì)量良好，由于B元素的添加，增強(qiáng)了鋼的裂紋敏感性。若板坯在矯直的同時(shí)進(jìn)行壓下，對熱坯產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力，將增加產(chǎn)生角裂的趨勢。同時(shí)，跟蹤生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)拉速提高到1.6m/min以上時(shí)，輕壓下區(qū)間才能避開矯直末端。但在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，鑄機(jī)的拉速應(yīng)與精煉和煉鋼的供鋼節(jié)奏相匹配，不能保證完全按照最高拉速進(jìn)行生產(chǎn)。而國內(nèi)一些鋼廠在生產(chǎn)裂紋敏感性較高的鋼種時(shí)通常不采用輕壓下，而是采用固定收縮的靜態(tài)輥縫控制方法。靜態(tài)輥縫在矯直過程中能夠均勻壓下，且壓下的幅度較小，能減少應(yīng)力在振痕處集中，在一定程度防止角裂缺陷的產(chǎn)生［6］。同時(shí)根據(jù)不同鑄機(jī)輥列狀態(tài)對角裂缺陷產(chǎn)生的影響的對比試驗(yàn)可知，靜態(tài)輥縫有利于防止板坯角裂缺陷的產(chǎn)生，因此，在生產(chǎn)SS400B含硼鋼種時(shí)將動(dòng)態(tài)輥縫改為靜態(tài)輥縫。

2.5保持恒拉速及過熱度的穩(wěn)定

過熱度是連鑄過程的基礎(chǔ)性參數(shù)，過熱度過高，鑄機(jī)將降速，而低拉速下振動(dòng)頻率也減慢，振痕加深，增加了應(yīng)力集中，且低拉速下的過冷造成板坯角部明顯發(fā)黑，更易造成角裂。拉速的穩(wěn)定，有利于結(jié)晶器液面的穩(wěn)定，可以減小振痕深度，同時(shí)也降低了板坯表面溫度差，從而改善鑄坯的表面質(zhì)量。因此，在生產(chǎn)中應(yīng)保證鋼水溫度穩(wěn)定和節(jié)奏穩(wěn)定，提高中包溫度命中率，選擇合理目標(biāo)拉速并嚴(yán)格實(shí)施恒拉速澆注，控制各類非穩(wěn)態(tài)現(xiàn)象的發(fā)生幾率，給板坯角裂控制提供良好條件。

2.6加強(qiáng)設(shè)備管理和維護(hù)

保證連鑄機(jī)的弧度、輥縫、結(jié)晶器等設(shè)備的精度，是防止裂紋產(chǎn)生的基礎(chǔ)，在生產(chǎn)過程中應(yīng)加強(qiáng)連鑄設(shè)備的維護(hù)和管理。

（1）加強(qiáng)結(jié)晶器及其振動(dòng)機(jī)構(gòu)的檢查，保證錐度穩(wěn)定，改善結(jié)晶器振動(dòng)效果，定期對結(jié)晶器內(nèi)腔尺寸進(jìn)行測量，不合要求需下線更換。同時(shí)對結(jié)晶器振動(dòng)裝置進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)有偏差時(shí)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，防止振動(dòng)偏差大造成鑄坯角部裂紋。

（2）加強(qiáng)連鑄噴淋功能的檢驗(yàn)和保障，在日修和定修時(shí)對二冷區(qū)噴嘴狀態(tài)進(jìn)行檢查，查看噴嘴是否齊全、有無堵塞、分叉噴水現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)有堵塞、泄漏需及時(shí)進(jìn)行更換、修理，確保鑄坯冷卻均勻，表面溫度均勻，減少鑄坯寬度方向溫度差。

（3）定期對輥縫開口度、輥間距、鑄機(jī)對弧狀態(tài)等進(jìn)行檢測和優(yōu)化，保證鑄機(jī)流道質(zhì)量良好且穩(wěn)定。提高扇形段在線精度，制定扇形段穿輥縫制度，定期穿一次輥縫，根據(jù)穿輥縫結(jié)果及時(shí)更換故障扇形段，或進(jìn)行在線調(diào)整，使扇形段對中良好，使對弧精度和輥縫值偏差在±0.5 mm以內(nèi)。鑄機(jī)的精度高，鑄坯在生產(chǎn)過程中所受額外機(jī)械應(yīng)力較小，有利于降低角部橫裂紋的發(fā)生率。

3　工藝改進(jìn)后效果

取樣觀察拉速為1.4 m/min時(shí)采用優(yōu)化后工藝生產(chǎn)的SS400B板坯，板坯寬度為1 200 mm。觀察發(fā)現(xiàn)板坯表面質(zhì)量良好，無明顯跨角部裂紋存在。由于板坯表面存在氧化鐵皮，為進(jìn)一步觀察板坯角部質(zhì)量，對板坯角部試樣進(jìn)行熱酸侵蝕，將表面氧化鐵皮脫掉，進(jìn)而觀察板坯角部，熱酸侵蝕脫除氧化鐵皮后板坯角部形貌如圖4所示。

圖4　板坯角部酸浸后宏觀形貌

由圖4可以看出，板坯酸浸后，內(nèi)弧表面質(zhì)量基本良好，板坯角部質(zhì)量有了很大提高，無嚴(yán)重跨角部裂紋存在，但在個(gè)別試樣角部窄面振痕的谷底仍發(fā)現(xiàn)微小裂紋存在，影響板坯窄面質(zhì)量，但其是否會遺傳到熱軋板造成翹皮缺陷，還需對熱軋板卷質(zhì)量進(jìn)行跟蹤確定。

工藝改進(jìn)后，組織幾個(gè)澆次的生產(chǎn)。為保證熱軋板卷質(zhì)量，需對一個(gè)澆次內(nèi)兩流分別選取5～ 10塊板坯進(jìn)行試軋，若試軋后熱軋卷質(zhì)量良好，再對剩余板坯進(jìn)行軋制，否則需對剩余板坯進(jìn)行清角處理再進(jìn)行軋制。鋼卷質(zhì)量的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是翹皮數(shù)量小于20處。對首個(gè)澆次板坯進(jìn)行熱軋后得知，該澆次120塊板坯中，有18塊板坯軋制的熱軋板卷上發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重程度不同的翹皮缺陷存在，其中有3塊板坯軋制后翹皮較嚴(yán)重，超過了評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，剩余存在翹皮缺陷的15個(gè)熱軋板卷的翹皮數(shù)量相對較少，每卷翹皮數(shù)量均小于20處。

而在之后生產(chǎn)中，仍有小部分板坯軋制后存在翹皮缺陷，翹皮數(shù)量基本在20處之內(nèi)，能夠滿足要求。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際可知，工藝改進(jìn)后，板坯質(zhì)量明顯提高。統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)得知，工藝優(yōu)化后，SS400B熱軋板卷因翹皮缺陷引起的產(chǎn)品降級率由原來的5.000%降低到0.071%。但要徹底解決熱軋板卷翹皮缺陷，還需對整個(gè)煉鋼及軋制工藝進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)。

4　結(jié)論

（1）SS400B板坯角部存在裂紋缺陷是造成熱軋板卷翹皮缺陷的主要原因。

（2）通過采取加強(qiáng)鋼水成分控制，并在連鑄過程中，提高保護(hù)渣堿度0.24，二冷水量降低0.1 kg/t，保持恒拉速和過熱度穩(wěn)定等措施，降低了鑄坯角部裂紋的出現(xiàn)，SS400B熱軋板卷因翹皮缺陷引起的產(chǎn)品降級率由5.000%降低到0.071%。

（3）若要徹底解決熱軋板卷翹皮缺陷，還需對整個(gè)煉鋼及軋制工藝進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)和控制。

參考文獻(xiàn)

［1］田樹生,易耀云,楊勇.45B含硼鋼裂紋成因分析及改進(jìn)［J］.金屬材料與冶金工程,2010,38（5）:36-38.

［2］夏俊雙.板坯含硼鋼裂紋產(chǎn)生機(jī)理及工藝改進(jìn)［J］.甘肅冶金, 2014,36（2）:36-40.

［3］黃海,吳德潤.梅鋼微合金鋼板坯角裂的形成機(jī)理和控制措施［J］.現(xiàn)代冶金,2009,37（1）:38-42.

［4］Mintz B and Yue S.The Hot Tensile Test For Assessing theLikelihood of Transverse Cracking During continuous Casting of Steel［C］∥34th Mechanical Working and Steel Processing Conference.1992：391-398.

［5］薛勇強(qiáng),郭亮,陳玉鑫,等.含硼鋼板邊部裂紋研究［J］.河北冶金,2014（6）:15-18.

［6］蔡常青.高強(qiáng)度船板鋼板坯表面裂紋的控制技術(shù)探討［A］.2011年華東五省煉鋼學(xué)術(shù)交流會論文集［C］∥2011年華東五省煉鋼學(xué)術(shù)交流會，安徽：2011:107-111.

（編輯許營）

修回日期：2015-07-08

Analysis on Shell Defects in Hot Rolled Coils M ade by SS400B Steel and Control of Defects

Xu Mengchun1，LiDejun1，ZhaoWentao2，LiHaifeng2，Zhang Ning1
（1.Iron&Steel Research Institutes of Ansteel Group Corporation,Anshan 114009,Liaoning,China; 2.Bayuquan Iron&Steel Subsidiary Company of Angang Steel Co.,Ltd.,Yingkou 115007,Liaoning,China）

Abstract：In consideration of the problem that there aremany shells in corners of hot rolled coilsmade by the SS400B steel,the compositions and microstructures on the locations of the coils where there were shells were examined and then analyzed.The analytical results show that the shell defects were caused by hereditary effects of the transversal cracks in corners of slabs during hot rolling.After taking such measures as strictly controlling the compositions ofmolten steel,increasing the basicity of the casting powder up to 0.24,decreasing the amount of the secondary cooling water by 0.1 kg/t,the defect rate of hot rolled coils in stock caused by shell defects is decreased to 0.071%from 5.000%.casting powders.

Key words：boron-bearing steel;continuous casting slab;transversal corner cracks;shell defects

中圖分類號：TF748

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-4613（2016）02-0056-04