超低碳热轧带钢头部分层原因分析

超低碳热轧带钢头部分层原因分析

刘跃华1，郭晓波2，钟莉莉2，阎东字1，刘威1

(1．鞍钢股份有限公司热轧带钢厂，辽宁鞍山114021；2．鞍钢股份有限公司技术中心，辽宁鞍山114009)

摘 要：利用光学显微镜和扫描电镜对超低碳热轧带钢头部分层缺陷进行了检验分析。结果表明，该缺陷产生原因是由于连铸坯喷号剂中含有Cu元素，加热后出现渗铜现象，导致连铸坯头部晶界弱化，在后续的轧制过程中造成轧件头部开裂分层。生产中采取了减小粗轧道次变形量、优化中间坯切头量、降低加热温度等技术措施，避免了该缺陷的产生。

关键词：热轧带钢；分层；变形量

中图分类号：TG335 文献标识码：A 文章编号：1006—4613(2009)06—0058—03

　 超低碳无间隙原子钢以其良好的冲压成形性能被广泛应用于汽车制造业，尤其是汽车外板、内板的使用上，是各个板带生产厂家的重点高附加值产品。近年来，鞍钢的超低碳产品市场份额逐年增加，但是，随着产量的不断提高，产品质量问题也日益暴露出来，如热轧生产中出现了一种钢板头部分层的缺陷，这种缺陷如果在热轧工序没能识别，会直接带入冷轧工序，造成焊缝开焊，对生产顺行危害很大。分析该缺陷产生的原因，制订措施加以消除，对提高产品质量和企业经济效益具有十分重要的意义。

1 缺陷分布规律

　 超低碳热轧带钢生产工艺流程如下：

　 铁水预脱硫→转炉冶炼→炉外精炼→连铸→板坯加热→粗轧→精轧→层流冷却→卷取→包装入库。

　 通过调查研究发现，分层缺陷主要出现在超低碳钢上，其它钢种很少见，并且只是带钢的头部出现分层，其它部位不出现；大多数缺陷在钢板厚度方向1／2处分层，有时在精轧过程中还会听到钢板“放炮”的声音。

2 分析与讨论

2．1 相关检验

　为了准确判断缺陷成因，利用光学显微镜、扫描电镜等检测设备，对缺陷试样进行了微观形貌及特征分析。在生产现场对超低碳钢连铸坯、带有分层缺陷的成品钢板及中间坯进行取样，见图l所示。经宏观观察，所取连铸坯头部喷有炉罐号，表面未见质量缺陷；成品板在厚度方向l／2处形成分层，分层内表面存在氧化铁皮；中间坯头部试样质量较差，表面分布多处横向裂纹，尤其是上表面更为严重，从横断面观察，中间坯沿剪刃撕裂处张开，形成较大空洞，并与表面裂纹相通。

　 对带有缺陷的中间坯和成品取金相试样，经磨制、抛光、4％硝酸酒精溶液腐蚀后，在光学显微镜下观察。发现中间坯上存在大量的一次、二次裂纹，见图2。从图2可以看出，一次裂纹以穿晶为主，二次裂纹大多沿晶界分布，裂纹均呈一定角度向内延伸，裂纹内部包裹着大量氧化铁夹杂。从金相检验结果来看，裂纹周围没有氧化物雾点和脱碳现象，这足以证明该裂纹不是由于加热时的过热、过烧所致。裂纹附近基体组织为铁素体，晶粒度平均级别为4．0级，裂纹两侧晶粒比正常组织细，说明裂纹是在高温阶段产生的，即产生于相变之前。

　 观察还发现，分层成品试样裂纹内也存在着大量的氧化铁皮，缺陷处铁素体组织有垂直裂纹长大倾向，见图3。

　 为了进一步分析分层缺陷成分，对中间坯取横断面试样，成品沿分层处掀开取试样，分别进行了扫描电镜观察和能谱分析，能谱分析结果见表l。检验结果证实，中间坯和成品缺陷处成分以Fe、O为主，并含有少量Cu元素。根据钢种的化学成分分析结果，缺陷处的Cu元素应该属于外来污染。追溯其来源，发现生产环节上只有连铸坯喷号剂中含有Cu元素，取加热后连铸坯头部试样，发现喷号剂已经融化，并粘附在连铸坯上。对喷号剂和粘附物分别进行了化学成分分析，结果显示其主要成分均为Cu元素，见表2。因此可以断定，分层钢板中的Cu元素来源应该为连铸坯头部喷号剂渗入所致，这也是为什么分层缺陷只出现在带钢头部而其它部位不出现的原因。

2．2分层缺陷成因分析

　 对中间坯头部分层缺陷进行宏观观察，发现分层位置位于中间坯头部横向中部，两侧无缺陷部位宽度大体相等，且缺陷部位与正常部位分界明显。根据分层长度，考虑板坯在轧制过程中的侧压、宽展等因素，推算中间坯缺陷位置、成品分层位置与连铸坯喷号位置有明显的对应关系。经过高倍金相和扫描电镜检验，进一步判定超低碳热轧带钢头部分层缺陷不是由外来夹杂物、过热、过烧等原因造成，而是由于喷号剂中含有Cu元素，经加热后在连铸坯头部出现了渗铜现象，导致晶界弱化；另一个主要原因是，由于超低碳钢碳含量极低，属于软钢，热轧板表面粗糙度大，易使轧件与轧辊之间的摩擦系数增加。根据轧制原理可知，随着摩擦系数增大，会造成轧件头部凸形值增大，在粗轧阶段轧件头部受到的拉应力增大，一旦拉应力超过材料的临界应力，就会造成轧件头部开裂，头部开裂之后会立即氧化，如果中间坯切头不净，带入精轧后无法焊合。由于轧件头部所受拉应力峰值出现在厚度方向l／2处，因此带钢头部大多在此处形成分层，当分层处进入的空气被压缩到极限时，就会产生炸裂“放炮”现象。

3 消除缺陷的技术措施

　 由于目前情况下不能对连铸坯喷号剂进行有效改进，只能通过调整热轧工艺来消除分层缺陷。具体措施如下：

　 (1)为了降低中间坯在轧制过程中头部所受的拉应力，增加了中间坯厚度，通过减小粗轧道次变形量来减轻中间坯头部开裂程度。

　(2)为了防止中间坯头部分层缺陷带入精轧，按规格组距统计中间坯开裂程度，并设定最小切头量，保证了中间坯切净分层缺陷后进入精轧。

　 (3)在满足钢种力学性能要求的前提下，适当降低了超低碳钢的加热温度，并缩短在炉时间，以减轻Cu原子向铸坯内部的扩散程度。

　 通过采取以上技术措施，有效地消除了超低碳热轧带钢头部分层缺陷，提高了产品实物质量。

4 结 论

　 (1)连铸坯喷号剂中含有的Cu元素会导致铸坯加热后出现渗铜现象，引起晶界弱化。

　 (2)超低碳热轧带钢在粗轧生产中，如果轧件头部受到的拉应力过大，极易造成头部开裂，带入精轧后会形成钢板分层缺陷。

　(3)通过采取减少粗轧道次变形量、优化中间坯切头量、降低加热温度、缩短在炉时间等措施，可以避免超低碳热轧带钢头部分层缺陷的产生。