X70 热轧板表面结疤缺陷产生原因分析

2021-10-09 08:30陈丛虎厚健龙王翠娜
河南冶金 2021年3期
关键词:结疤工艺设备结晶器

陈丛虎 厚健龙 王翠娜

(安阳钢铁集团有限责任公司)

0 前言

热轧板带产品根据其用途,钢板表面质量不得有结疤、裂纹、折叠等缺陷,此类缺陷不仅影响制作件的外观,而且往往还会降低钢板的性能,成为破裂时应力集中的薄弱点,并且还会加速钢板锈蚀,加大钢板锈蚀的程度[1]。

X70 热轧板,是一种管线用钢板,主要用于加工制造油气管线。某厂热连轧生产线在轧制X70管线钢的过程中,曾批量出现结疤质量缺陷,为及时解决此类质量缺陷,通过对生产工艺的调查,利用金相、微观等技术手段分析,找到了产生此类缺陷的原因,并提出了相关预防措施[2]。

1 缺陷宏观特征

某厂热连轧轧制14.6 mm×1 550 mm 管线钢X70 时,轧后发现产生了两次结疤缺陷,如图1 所示。

从图1 可以看出,第一次轧后,结疤呈指甲状,结疤周围曲线没有完全封闭,在宽度范围没有规律性,沿长度方向一般在10 m 之后就没有该缺陷了;第二次轧后,结疤形貌与第一次轧后的结疤不一样,结疤缺陷呈细线,且部分结疤完全封闭,沿长度方向一直延续。

图1 管线钢X70 轧后表面结疤

2 缺陷形成机理分析

2.1 结疤缺陷工艺调查

2.1.1 化学成分

对两次结疤缺陷涉及的炉次化学成分进行调查,结果见表1。成分满足标准要求,Cu、As、S、P、N 等有害元素不高,均在控制要求范围内。

表1 结疤缺陷产生炉次成分情况 %

2.1.2 连铸生产数据

对两次结疤缺陷涉及炉次的连铸生产过程进行调查,结果见表2。经查,结疤缺陷炉次浇铸时液面稳定,中包温度、拉速等工艺均满足标准要求。

表2 连铸生产情况

2.1.3 回炉坯比对

在出现结疤后,对该浇次剩余板坯进行高压水除鳞处理后剔除,其中部分板坯经粗轧后剔除,在回炉坯存放地冷却至室温,观察其表面情况。

对第一次有结疤缺陷浇次的回炉坯,仔细检查其表面质量,表面没有任何缺陷,随后将该批回炉坯入炉轧制,也没有发现问题;对第二次结疤缺陷浇次的回炉坯进行观察,发现连铸机1 流有3 块铸坯表面有不同程度的横裂和星状裂纹,宏观形貌如图2 所示。

图2 粗轧后回炉坯表面

2.2 热酸洗

对第一次轧后结疤与第二次轧后结疤取样进行热酸洗,热酸洗后的宏观形貌如图3 所示。

图3 表面结疤酸洗后的宏观形貌

从图3 可以看出,两次结疤形貌完全不一样,第一次轧后的宏观形貌类似于指甲状,酸洗完之后可见该缺陷裂纹处对应的部分有闭合,第二次轧后结疤部分明显闭合,且结疤两端都有类似于纵裂的裂纹,但不是纵裂。

2.3 金相分析

对有结疤缺陷的钢卷取金相试样,经4%硝酸酒精溶液侵蚀,侵蚀后的金相形貌如图4 所示。

图4 表面结疤金相形貌200×

第一次轧后缺陷的基体组织为准多边形铁素体,铁素体晶粒度大于9 级,带状组织1.5 级。结疤缺陷与表面约呈45°角,裂纹内充满浅灰色夹杂,尖端有分叉,裂纹两侧组织不同,靠近表面组织为铁素体和变形珠光体,靠近表面组织的晶粒度明显大于裂纹另一侧基体组织的。

第二次轧后缺陷的基体组织为准多边形铁素体,铁素体晶粒度大于10 级,带状组织2.5 级。结疤缺陷与表面约呈45 度角,裂纹内充满浅灰色夹杂,且裂纹周围有轻微脱碳。

2.4 缺陷形成机理分析

2.4.1 第一次轧后结疤缺陷的成因

结疤缺陷的金相分析表明,此次结疤缺陷的主要特征是裂纹附近组织的晶粒度显著不同,且靠近表面组织的铁素体更为粗大。据此特点分析,精轧入口温度约为900 ℃以上,如遇局部激冷,则温度降至珠光体转变温度以下,且提前进入两相区析出铁素体。随着生产的进行,在其余部位刚刚析出铁素体时,激冷区析出的铁素体已逐渐变大,经过层流的快速冷却后,激冷区的铁素体保持已变大的晶粒,而其余部位却保持铁素体刚析出时的细小晶粒,从而形成晶粒度的显著差异[3]。中间坯激冷部位形成粗大铁素体晶粒,表面组织处于塑性较差的温度区间,微裂纹沿温差断面产生。经精轧多道次轧制的压延,裂纹沿轧制方向形成,可见弯月形或三角形裂纹,即结疤缺陷。

由上述推论可知,该结疤缺陷与连铸过程无关,中间坯的局部激冷是其产生的关键因素。为此,对生产线水冷却系统进行了排查,经查,第一次出现轧后结疤的主要是由于在轧制时粗轧机漏水造成的。

2.4.2 第二次轧后结疤缺陷成因

在本浇次开浇前,检查设备,没有异常情况;在浇铸过程中,各工艺参数及操作比较稳定,未发现异常情况;但在浇铸结束检查设备时,发现1流结晶器内外弧足辊冷却水硬管断裂,无法正常喷水冷却。机理分析, 初生坯壳在结晶器内不停地向下运动,因坯壳较软,在钢水的静压力作用下,在结晶器中下部铜板间产生较大摩擦力,加之结晶器内外弧足辊内没有喷水,坯壳在经过结晶器内弧足辊时,受到热应力和摩擦力的双重作用,导致晶间破裂产生表面网状裂纹,后经轧制形成裂纹状结疤缺陷。

铸坯裂纹遗传所致的钢板裂纹,会呈现明显的脱碳组织,裂纹周围会出现因铸坯冷却、铸坯加热造成的大量二次氧化物点颗粒[3]。因此,结合缺陷金相特征可以推断,该缺陷的产生与轧钢没有关系。

3 预防措施及改进效果

3.1 预防措施

3.1.1 针对第一种缺陷采取的措施

为防止中间坯局部过冷,引起温度应力过大,微裂纹就沿温差断面产生,生产中应防止中间坯激冷,并加强轧制线上有无漏水点的检查,发现有漏水点造成中间坯黑斑水印时,应及时检查,找出漏水点,进行处理,保证无漏水落在中间坯上[1]。

3.1.2 针对第二种缺陷采取的措施

(1)为了保证连铸工艺设备满足质量要求,对主要的工艺设备按照使用周期提前进行检修和更换,结晶器在使用了300~400 炉时,应重点对铜板质量、足辊磨损和转动、喷淋情况进行检查,500 炉时必须更换,并离线检修;弯曲段在4 000~4 500 炉时必须要更换。

(2)严把工艺设备上线质量,结晶器、弯曲段、弧形段等工艺设备在上线前,由工艺、设备、生产骨干人员组成小组,对上线设备的质量、精度、喷淋等进行验收,确认无质量问题,方可上线。

(3)在操作方面,要求操作工在每个浇次开浇前都要对主要的工艺设备进行检查确认,比如检查结晶器铜板的表面、足辊的转动、喷淋状态、0 段喷淋辊子情况等,确保开浇前设备处于良好状态;停浇后,对重点的工艺设备状态,如结晶器、弧形段、喷淋、辊子等进行检查确认。

3.2 改进效果

通过采取以上措施进行针对性整改,X70的生产过程稳定,至今没有发现炼钢、轧钢工序因冷却系统造成裂纹而引起的热轧板表面结疤缺陷。

4 结论

通过对两次热连轧钢板表面结疤缺陷的工艺排查、低倍酸洗和金相分析,针对不同状态的结疤缺陷进行了工序排除,即锁定原因。一是粗轧漏水使中间坯激冷部位形成粗大铁素体晶粒,表面组织处于塑性较差的温度区间,微裂纹沿温差断面产生,经精轧多道次轧制的压延,裂纹沿轧制方向形成弯月形裂纹,即结疤缺陷。针对此类缺陷机理,加强轧制线上有无漏水点的检查,发现有中间坯黑斑水印,及时检查漏水点并妥善处理,确保无漏水落在中间坯上。二是连铸结晶器内外弧足辊内没有喷水,使得较软的初生坯壳在经过结晶器内弧足辊时,坯壳受到的摩擦力突然增大,在热应力和摩擦力的双重作用下,晶间破裂,产生表面网状裂纹,后经轧制形成裂纹状结疤缺陷。针对此类缺陷成因,对连铸工序的主要工艺设备,重点对铜板质量、足辊磨损和转动情况进行检查,按照连铸工序设备管理制度规定的使用周期提前进行检修和更换;严把工艺设备上线质量,对上线设备的质量、精度、喷淋等进行验收,确认无质量问题;浇次开浇前及停浇后,对主要工艺设备进行检查确认,比如检查结晶器铜板的表面、足辊的转动、喷淋状态、0 段喷淋辊子等,确保其处于良好状态。

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