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热轧钢板表面疤状缺陷分析

发布者:田力| 发布于:2017-03-09| 浏览次数:589

热轧板材在机械、工程等方面的应用十分广泛,钢板除在力学性能方面须满足用户要求外,对产品的外观质量还需要满足要求。因此在生产过程中,既要保证产品的性能,同时也要注 ... ...

热轧板材在机械、工程等方面的应用十分广泛,钢板除在力学性能方面须满足用户要求外,对产品的外观质量还需要满足要求。因此在生产过程中,既要保证产品的性能,同时也要注重产品的外观质量。但在热轧产品的整个生产过程中,由于受到一些高温、高压、高速以及设备等各种因素的影响,产品可能出现各种外观缺陷,其中钢板表面的麻点、折叠、结疤和裂纹等是最常见并影响交货的原因。产生这些缺陷的原因很多,从铸坯质量、加热、除鳞、轧制到矫直冷却等热轧的全生产过程中都会有影响。本文针对某轧板厂生产中连续两天内多钢种钢板表面出现疤痕缺陷进行分析,找出疤痕缺陷产生的原因并提出改进建议。

1 试样来源及疤状缺陷观察

1. 1 试样来源及热轧工艺

缺陷试样取自某轧板厂,缺陷在钢板表面的分布: 缺陷集中在钢板头尾2 ~ 3 m 位置,宽度方向无规律。该时间段发生缺陷的钢板为同一连铸机生产的铸坯,且均为热送热装坯料,热装坯料受温度影响清理难度大,钢坯表面缺陷也难发现。钢板热轧制度为: 加热1180 ℃,二阶段开轧960 ℃、终轧目标温度820 ℃、返红660 ℃。在疤状缺陷部位切取试样供扫描电镜观察。

1. 2 疤状缺陷观察

肉眼观察疤块大小、深浅不一,呈不规则形态,周边与基体不相连接,部分疤快已经脱落,凹坑底部颜色与钢板表面相同。沿凹坑中部切开制成金相试样,腐蚀后在扫描电镜中观察。凹坑深度为0. 5 ~ 3 mm见图1 ~ 2。

轧钢试样

对图1 较浅凹坑试样进行观察,正常钢板的组织为铁素体+ 珠光体,钢板表面有380 μm 的激冷层见图3,激冷层组织为贝氏体见图4。钢板凹坑底部有约100 μm 的脱碳层,组织为铁素体+ 珠光体,与钢板心部组织相同见图5。凹坑边部有凸起,有低温变形的流变特征的组织见图6。

对图2 凹坑较深试样观察,凹坑表层组织与正常钢板表层组织基本相同,为激冷的贝氏体组织见图7 ~ 8,凹坑边部没见到低温变形的流变组织。

轧钢表面激冷层

激冷层样品

图7

图8

图9-10

对脱落疤快进行观察,脱落疤快组织为纯铁素体,疤快内部有大量疏松孔洞见图9,孔洞内壁及晶界有较厚氧化铁层见图11 ~ 图12。对没有氧化铁或氧化铁脱落的疏松孔洞壁观察发现,疏松孔洞内壁为凝固自由表面见图10。

图11-12

2 观察结果分析

疤状缺陷是钢材表面常见缺陷之一,其特征是疤状的金属薄片或非金属嵌入钢板,形状不规则,分布无规律,疤快的大小不同,深浅不一。疤状缺陷产生的原因很多,主要有: ①浇铸钢锭时操作不当,使散流或飞溅的钢水粘于模壁,被氧化后贴在钢锭表面,轧后在表面形成结疤; ②由于钢坯表面存在粘模、凸包、网纹、重皮或者翻皮等缺陷,在轧制时形成结疤; ③在轧制过程中,成品某道次因刮伤形成表面飞翅附在轧件表面上,或者轧辊表面磨损严重,再轧制造成结疤; ④有些是因板坯清理不净而造成,坯表面原来带来的非金属夹杂物没有清理掉而被轧入钢材表面; ⑤在加热过程中炉顶或者炉端的耐火材料及煤灰、煤渣落到钢坯表面上,未清理掉而被轧入轧件表面; ⑥轧机周围的环境不清洁,轧件表面粘上非金属夹杂物或外来金属落入轧件表面等都可能产生钢板表面疤状缺陷。

通常,在判断疤状缺陷产生原因时首先进行宏观观察,观察疤快周边是否与钢基相连; 其次,分析疤快是否容易脱落,疤快及底部是否有非金属存在。如果疤快一端与钢基相连,疤快与钢基紧密相连不易脱落,疤快或疤快底部没有非金属物存在。这种缺陷首先考虑轧钢引起的表面折叠,钢坯表面凸包或表面裂纹。与此相反则应考虑外来物引起,包括连铸时散流或飞溅的钢水粘于模壁,被氧化后贴在钢锭表面,轧后在表面形成结疤,钢坯切割时的结瘤没清理干净轧钢时嵌入钢板表面,是否为与钢板成分完全不同的高合金物或非金属物等。

对存在疤状缺陷钢板宏观观察发现,疤块大小、深浅不一,呈不规则形态; 疤快周边与基体不相连接,部分疤快已经脱落,凹坑底部颜色与钢板表面相同。表明缺陷非由轧制和钢坯表面裂纹引起; 如果为轧制或钢坯裂纹引起,缺陷周边必有一端与钢基相连,且不易分离和脱落。

沿凹坑中部切开制成金相试样,腐蚀后在扫描电镜中观察。对图1 的0. 5 mm 较浅凹坑试样进行观察,正常钢板的组织为铁素体+ 珠光体,钢板表面有380 μm 的激冷层,激冷层组织为贝氏体。底部组织为铁素体+ 珠光体,与钢板心部组织相同。这表明凹坑底部与正常钢板表面冷却状态不同,由于钢板凹坑深度大于激冷层深度,在钢板轧后水冷时疤快还附着在钢板表面,所有凹坑底部组织与钢板等深度组织相同,在随后的变形或震动中疤快脱落。凹坑边部有凸起,且有低温变形的流变特征的组织见图6。这种流变组织是在两相区或更低温度变形所形成,即终轧或热骄时形成。

对图2 凹坑较深试样观察,凹坑表层组织与正常钢板表层组织基本相同为激冷的贝氏体组织,凹坑边部没见到低温变形的流变组织。说明在钢板进入快冷时疤快已经脱落。

将脱落的疤快制成金相试样在扫描电镜中观察,脱落疤快组织为纯铁素体,疤快内部有大量疏松孔洞,孔洞内壁及晶界有较厚氧化铁层。对没有氧化铁或氧化铁脱落的疏松孔洞壁观察发现,疏松孔洞内壁为凝固自由表面。液态金属快冷凝固时由于体积变化及流动性很容易在内部产生疏松孔洞,粘于模壁飞溅的钢水,钢坯切割时飞溅的结瘤均满足上述条件。由于附着在钢坯表面且体积很小,经历加热炉长时间高温时很容易脱碳且形成内部氧化。综合以上观察可以认为短时间连续发生的钢板疤状缺陷是和飞溅金属有关。由于疤状缺陷多发生在钢板头尾部位,因此结疤主要为钢坯切割时飞溅的结瘤引起。

3 结论及建议

3. 1 短时间连续发生的钢板疤状缺陷是钢坯切割时飞溅的结瘤引起。

3. 2 加强钢坯表面检查和切割端的清理,防止类似缺陷发生。

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