許云峰，胡志勇

（南京鋼鐵股份有限公司第二煉鋼廠，江蘇南京 210044）

低成本生產(chǎn)優(yōu)質帶鋼表面缺陷分析及控制

許云峰，胡志勇

（南京鋼鐵股份有限公司第二煉鋼廠，江蘇南京 210044）

采用電鏡結合能譜對表面缺陷進行分析得出，缺陷因連鑄坯表面缺陷所致，鱗片狀缺陷源于坯殼出結晶器后，鑄坯受到不均勻冷卻產(chǎn)生鼓肚，在矯直過程中形成褶皺缺陷。通過對低成本工藝生產(chǎn)Q195熱軋帶鋼缺陷的分析提出相應的優(yōu)化措施，提高連鑄坯質量。

表面缺陷；帶鋼；夾雜物；連鑄坯

引言

低成本工藝（直上冶煉工藝）生產(chǎn)的Q195熱軋帶鋼，冷軋后帶鋼尺寸精度高、再經(jīng)退火處理，機械性能和加工性能均優(yōu)于熱軋薄鋼板，再加上成本低廉，市場用量較大[1]。冷軋帶鋼最主要的質量問題是表面質量問題[2-4]，近年來，隨著用戶面臨的市場竟爭日益加劇，直上工藝生產(chǎn)的Q195熱軋帶鋼往往被冷軋至厚度0.8 mm或是更薄；大量直上工藝生產(chǎn)的Q195熱軋帶鋼冷軋后用于生產(chǎn)圓管或方管，然后表面鍍鋅、涂漆等操作。因此，用戶對冷軋后的帶鋼表面質量要求非常苛刻。影響帶鋼表面質量的主要因素是帶鋼在制造過程中由于原材料、軋制設備和加工工藝等多方面的原因，如擦傷、結疤、劃痕、粘結、輥印、孔洞、分層、起皮等缺陷[5-6]，這些缺陷嚴重地影響了產(chǎn)品的外觀，同時降低了產(chǎn)品的使用性能。本文旨在以保持低成本生產(chǎn)Q195熱軋帶鋼高性價比為前提，分析缺陷特征以及缺陷形成機理，采取針對性工藝優(yōu)化措施，確保熱軋帶鋼表面質量。

1 Q195低成本生產(chǎn)工藝

1.1 冶煉工藝

Q195熱軋帶鋼連鑄坯冶煉工藝流程：鐵水+廢鋼→轉爐冶煉→出鋼60 s，加入鋁塊、高碳錳鐵、硅鐵、高純石墨碳材、少量小粒石灰→150 mm×220 mm或150 mm×260 mm小方坯連鑄機→連鑄坯。Q195成分控制見表1。

表1 Q195化學成分執(zhí)行標準 wt%

1.2 出鋼合金化和吹氬工藝

吹煉過程中，必須提前對鋼包狀況進行確認，根據(jù)包況調整出鋼溫度，確保達到氬前溫度1600℃～1615℃的要求，僅用鋁塊進行預脫氧。

吹氬要求：出鋼后按中等強度吹氬，200～350 L/min，以氬氣吹開直徑20～30 mm為標準，適當調整氬氣流量，吹氬時間3～5 min后，取成品樣，鋼水等待時，鋼水處于軟吹氬狀態(tài)，流量控制在20～35 L/min。

2 表面缺陷檢測分析結果

圖1為Q195冷軋帶鋼上鱗片狀缺陷形貌照片，由圖1可見，鱗片狀缺陷呈線狀分布，沿軋制方向彌散分布，無明顯規(guī)律，鱗片狀缺線陷寬0.2～2 mm，長 10 mm～20 mm，深 0.1 mm～0.3 mm，鱗片無明顯的方向性。

圖1 冷軋帶鋼上鱗片狀缺陷

沿垂直于軋制方向對鱗片狀缺陷進行縱剖，如圖1虛線所示。鑲樣后經(jīng)采用不同粒度的砂紙進行打磨、拋光，采用掃描電鏡對缺陷形貌特征及能譜進行分析，分析結果如圖2所示。由電鏡照片可見，鱗片狀起皮缺陷沒有明顯的脫碳現(xiàn)象，對缺陷處雜質進行能譜打點分析，因能譜分析O元素分析不準確，排除氧元素含量，缺陷部位主要Fe元素，因此，認為此缺陷雜質為富氧化鐵層。

圖2 鱗片狀線缺陷電鏡-能譜分析

3 缺陷產(chǎn)生原因分析

基于Q195冷軋板表面鱗片狀缺陷電鏡能譜分析結果可知，其缺陷部位除了充滿氧化鐵皮外，沒有發(fā)現(xiàn)夾雜物，氧化鐵通常來源有兩個方面，一方面由于帶鋼熱軋經(jīng)加熱爐加熱后，再經(jīng)過高壓水除鱗，其除鱗效果不佳所致；另一方面可能來源于鑄坯表面裂紋缺陷[7]。經(jīng)過對鑄坯進行熱酸（H2O:HCl=1:1，T=60℃）浸泡4 h，用水沖洗后仔細的觀察，發(fā)現(xiàn)其表面存在周期性深振痕，且寬度較寬，約10 mm，出現(xiàn)鑄坯寬面中心位置，長度在40～60 mm，深度1～2 mm，間隔900～1100 mm，本文稱其為周期性褶皺，如圖3所示，經(jīng)過砂輪機打磨，未發(fā)現(xiàn)裂紋，但是一旦褶皺被壓力氧化鐵皮后，軋制時高壓除鱗水很難將其除盡，因此，可推斷冷軋板上鱗片狀缺陷與連鑄坯表面褶皺有密切的關系。如果能有效地消除或減輕鑄坯表面褶皺缺陷，Q195鱗片狀缺陷就有可能得到有效控制。

經(jīng)分析，鑄坯表面褶皺缺陷在拉矯過程中產(chǎn)生，其原因為高溫鋼水進入結晶器后，因角部受到二維冷卻，窄面冷卻強度較鑄坯寬面大，窄面與寬面溫度差異較大，形成的初生坯殼寬面較窄面薄。當初生坯殼出結晶器進入二冷1段時，出于避開高溫脆性區(qū)，冷卻強度不宜過大，加之冷卻強度過大，鑄坯受到不均勻冷卻更加顯著，易出現(xiàn)角部裂紋，因此，應適當減小對鑄坯的冷卻強度。但是，一旦冷卻強度偏小，在鋼水靜壓力作用下，鑄坯寬面極易形成鼓肚；當初生坯殼進入二冷2段時，應適當增加對鑄坯的冷卻強度，一方面可有效避免鑄坯表面回溫大，另一方面加快鑄坯中心鋼液凝固，進一步增加鑄坯殼厚度，從一定程度上可抑制鼓肚形成，同時要求鑄坯表面冷卻速度小于100℃/m；鑄坯進行冷卻3區(qū)后，冷卻強度要適當降低，因為此時坯殼已有一定厚度，鼓肚較難發(fā)生，降低冷卻強度一定程度上可減輕鑄坯出冷卻段后鑄坯表面回溫，同時可以控制矯直溫度，避開鋼的第三脆性區(qū)。由此推測，鑄坯表面褶皺產(chǎn)生原因為二冷制度不合理，寬面鼓肚較重，在拉矯機的矯直擠壓作用下形成，一旦冷卻過程中形成的部分氧化鐵皮在擠壓作用下被壓入，經(jīng)高溫加熱后的鑄坯在高壓水除鱗的作用下很難得以消除。因此，要消除冷軋板上鱗片狀缺陷，必須對二冷配水進行優(yōu)化。

圖3 鑄坯表面褶皺缺陷宏觀形貌

4 工藝優(yōu)化措施

基于對冷軋板上鱗狀缺產(chǎn)生原因的分析，提出以下連鑄冷卻工藝優(yōu)化措施：

（1）提高二冷1段冷卻強度，比水量由0.3 L/kg提高至0.345 L/kg，冷卻強度增加15%；

（2）為了減少回溫，將二冷卻2段的冷卻強度由0.25 L/kg提高至0.275 L/kg。

在其他連鑄工藝參數(shù)保護不變的條件下，對連鑄二冷配水制度進行優(yōu)化，經(jīng)優(yōu)化后鑄坯表面平整，振痕清晰，表面無明顯的褶皺缺陷，如圖4所示。

5 結語

（1）采用掃描電鏡和能譜手段對低成本工藝生產(chǎn)Q195冷軋帶鋼表面典型缺陷進行詳細的分析，發(fā)現(xiàn)磷片缺陷存在大量的氧化鐵皮，無其他雜質。

圖4 優(yōu)化后鑄坯整體與局部表面形貌

（2）對缺陷產(chǎn)生的機理進行分析，得出磷片狀缺陷源于坯殼出結晶器后，在不合理冷卻制度下，鑄坯鼓肚明顯，在拉矯機的擠壓作用下，形成褶皺缺陷，同時部分氧化鐵皮被壓入，軋制過程中很難得以消除，最終在熱軋帶上形成磷片狀缺陷。分別增加二冷一區(qū)、二區(qū)的冷卻水量15%、10%，連鑄坯表面平整，褶皺缺陷得以消除。

[1]章小芳，郝利強.冷軋Q195窄帶鋼表面缺陷分析及對策[J].山西冶金，2012，35(4)：42-44.

[2]魏烈省.冷軋鋼帶表面缺陷分析[C].中國金屬學會青年學術年會論文集，2006.

[3]趙新凱，孫本良，李長友，韓朝霞.冷軋Q195L鋼帶魚鱗狀掉皮缺陷成因分析[J].過程工程學報，2010，10(4)：706-713.

[4]丁美良，關建輝，孫林.熱軋帶鋼表面翹皮及邊損缺陷成因分析[J]. 鋼鐵釩鈦，2015，36(1)：120-124.

[5]馮愛民，朱立光，張彩軍.熱軋帶鋼表面缺陷成因[J].河北聯(lián)合大學學報(自然科學版)，2011，33(2)：61-64.

[6]吳進，徐在新，周云松，李傳，駱宗漢，柳志敏.熱軋帶鋼折疊缺陷產(chǎn)生原因及控制[J]. 鋼鐵研究，2012，40(6)：40-42.

[7]蔡開科.連鑄坯質量控制［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2010：16-25.

Analysis and Control of Surface Defects of Low Cost Produced Q195 Steel

XU Yunfeng，HU Zhiyong
(No.2 Steelmaking Plant of Nanjing Iron and Steel Co.,Nanjing,Jiangsu 210035,China)

Surface defects were analyzed by electron microscopy combined with energy spectrum,the result of which showed that the defects were caused by flaky defects resulted from bulges due to uneven cooling in the effect of straightening.Through analysis of the defects of Q195 hot strip produced by low cost process,corresponding optimization measures are put forward to improve the quality of continuous casting billets.

surface defects,strip steel,inclusions,continue cast billet

TG335.5

B

1006-6764(2018)01-0004-03

2017－09－15

許云峰（1984－），男，2008年畢業(yè)于銅陵學院材料成型與控制技術專業(yè)，助理工程師，現(xiàn)從事鋼鐵企業(yè)人力資源與綜合管理工作。