蔭罩框架鋼冷軋薄板邊部線狀缺陷研究

1、蔭罩框架鋼冷軋薄板邊部線狀缺陷研究2003年2月第19卷第1期煉鋼steelmakingfeb.2003v01.19no.1?31蔭罩框架鋼冷軋薄板邊部線狀缺陷研究高文芳顏正國宋平饒克偉陳方武孔勇江(武漢鋼鐵(集團(tuán))公司)摘要邊部線狀缺陷是影響蔭罩框架鋼冷軋成品質(zhì)量的表面缺陷之一.對蔭罩框架鋼生產(chǎn)工藝,設(shè)備進(jìn)行全面調(diào)研,對缺陷宏,微觀特征和缺陷中氧化圓點(diǎn)形成機(jī)理做了深入的分析研究.研究結(jié)果表明,蔭罩框架鋼冷軋板邊部線狀缺陷是高溫鋼坯在熱軋粗軋工序劃傷后,將氧化鐵皮壓入溝槽內(nèi),在后續(xù)的軋制過程中逐漸演變而成.采取有效措施后,使缺陷卷比例由85%下降到7%以下.關(guān)鍵詞蔭罩框架鋼冷軋薄板線狀缺陷re

2、searchonsliverdefectsalongtheedgesofshadowmaskandchassissteelstripgaowenfengyanzhengguosongpingraokeweichenfangwukongyongjiang(wuhaniron&steeicorp.)abstractthesliverdefectalongtheedgesofthestripisoneofthesurfacedefectsthataffectthequalityofthecoldrolledstripformakingshadowmaskandchassisoftvsets.

3、baseduponacomprehensiveinvestigationintotheoperationprocessesandproductionfacilitiesanindepthstudyonthemacroandmicrocharacteristicsofthedefectaswellasontheformingmechanismoftheroundoxidepointinthesliver,resultsindicatethatasliverdefectalongtheshadowmaskandchassissteelstripcomesintobeingstepbystepasf

4、ollows=roughhotrollingofthehightemperatureslabgoingthroughtheedgercausesscratchesonthesurfaceoftheslab.somescalesaresubsequentlyrolledintothescratchesduringthefollowedcoldrolling.thepercentageofthecoilwithdefectsdropssharplydownfromtheoriginal85%tobelow7%assoonassoonassomeeffectivemeasuresaretaken.k

5、eywordsshadowmaskandchassissteelcoldrolledstripsiverdefect1前言邊部線狀缺陷是影響蔭罩框架鋼冷軋成品質(zhì)量的表面缺陷之一.該缺陷主要分布在板材寬面兩側(cè)距邊部501tlrn以內(nèi),長短不一,貫穿于整卷板長,缺陷卷比例高達(dá)85%以上,導(dǎo)致產(chǎn)品無法正常交貨.由于要采取加大切邊量的辦法完成定貨合同,不僅給生產(chǎn)組織帶來很大困難,同時(shí)成材率明顯下降,直接影響了產(chǎn)品的市場競爭力.為了防止蔭罩框架鋼冷軋板邊部的線狀缺陷發(fā)生.本研究對蔭罩框架鋼生產(chǎn)工藝,設(shè)備進(jìn)行了全面調(diào)研,對缺陷宏,微觀特征以及缺陷中氧化圓點(diǎn)形成機(jī)理做了深入的分析研究,弄清了缺陷成因.在此基

6、礎(chǔ)上,通過采取有效措施,不僅使蔭罩框架鋼冷軋板邊部的線狀缺陷下降92%以上.同時(shí),其他鋼種的同類缺陷也大幅降低.使板材產(chǎn)品的實(shí)物質(zhì)量明顯提高,綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著.此外,關(guān)于缺陷形成機(jī)理的研究,對鋼板表面缺陷成因分析具有指導(dǎo)意義.2缺陷成因蔭罩框架鋼冷軋板邊部線狀缺陷的宏觀特征是:在冷軋成品板寬面兩邊,距邊部501tim以內(nèi)有1條或多條寬約11tim左右,長度不等且沿軋向貫穿整卷板長的線狀缺陷(主要在下表面).缺陷在鋼板表面的分布情況(見圖1).該缺陷在自聯(lián)系人:高文芳,教授級高工,湖北省武漢市(430080)武鋼技術(shù)中心工藝所-32?煉鋼第19卷然光下觀察呈發(fā)亮狀態(tài).所以,也稱之為”亮

7、線”.其主要微觀特征是板面觀察呈折疊狀,有裸露的氧化鐵(被還原).磨制后,缺陷處有凹坑和碎塊狀氧化鐵(見圖2).在有些試樣中還觀察到少量氧化物夾雜和氧化圓點(diǎn).可見,從缺陷的宏,微觀特征看,既有軋鋼缺陷特征(氧化鐵壓入),又有煉鋼缺陷特征(氧化物夾雜),而關(guān)于氧化圓點(diǎn),長期以來,一直是煉鋼工序和軋鋼工序在缺陷成因判斷中的爭論焦點(diǎn).因此,要準(zhǔn)確判斷蔭罩框架鋼冷軋板邊部線狀缺陷成因,首先應(yīng)弄清缺陷部位氧化圓點(diǎn)的形成機(jī)理.:/zm左右.主要由feo組成,經(jīng)常有mno,si02伴隨存在_1j.由于氧化圓點(diǎn)是在較高溫度下形成.所以,在鋼板表面缺陷成因分析中,通常把缺陷部位是否存在氧化圓點(diǎn),作為判別缺陷是在

8、煉鋼還是軋鋼工序形成的依據(jù)之一.即在缺陷部位發(fā)現(xiàn)氧化圓點(diǎn),則認(rèn)為缺陷產(chǎn)生于煉鋼工序.這一觀點(diǎn)是否對所有鋼種都適用?蔭罩框架鋼氧化圓點(diǎn)形成機(jī)理如何?尚無資料報(bào)道.對框架鋼冷軋板邊部線狀缺陷的金相和電子探針分析結(jié)果表明,在有些試樣中觀察到少量細(xì)小氧化圓點(diǎn).因此,對框架鋼氧化圓點(diǎn)的形成機(jī)理進(jìn)行了專門研究.目的是為框架鋼邊部線狀缺陷成因分析尋找理論支持.用線切割法在框架鋼試樣上預(yù)制寬0.3mm,深1itiiti,3mm裂紋,在一定加熱溫度和保溫時(shí)間(大氣氣氛)條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室研究,觀察倍數(shù)500倍.初步結(jié)果見表1.距板邊距離/ram圖1冷軋板表面”亮線”缺陷在板面分布規(guī)律表1氧化圓點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果a板

9、面形態(tài)b板面磨制,拋光后的形態(tài)(低倍)c板面磨制,拋光后的形態(tài)(高倍)(氧化鐵)圖2試樣缺陷部位的形態(tài)和成分板面存在不連續(xù)折疊并有裸露的氧化鐵(已被還原)2.1氧化圓點(diǎn)形成機(jī)理氧化圓點(diǎn)是高溫下缺陷中氧化鐵前沿氧擴(kuò)散,析出的結(jié)果.這些析出物呈固態(tài),典型尺寸1溫度pc保溫時(shí)間/min氧化圓點(diǎn)形成情況由表1可知,框架鋼氧化圓點(diǎn)的形成溫度大約在900以上.經(jīng)實(shí)測熱軋廠軋制框架鋼時(shí),在熱軋廠粗軋機(jī)第四機(jī)架出口的鋼板中心溫度為950左右,鋼板邊部溫度為900左右.所以,在熱軋廠粗軋機(jī)第四機(jī)架之前形成的缺陷均具有形成氧化圓點(diǎn)的可能性.這一結(jié)果與美國8個(gè)鋼鐵公司關(guān)于”feo型條片缺陷研究”報(bào)告中指出的氧化圓點(diǎn)

10、可推遲在熱軋廠粗軋機(jī)第一機(jī)架產(chǎn)生的在wcp鋼上卻未發(fā)現(xiàn)同類缺陷.從兩種鋼的生產(chǎn)工藝看:wyk一1和wcp鋼的化學(xué)成分相近,冶煉工藝基本相同.所不同的是冷軋前wcp鋼要進(jìn)行切邊處理,而wyk一1鋼則不切邊.因此,框架鋼邊部缺陷與鋼液潔凈度水平無直接關(guān)系.2.2.2連鑄坯質(zhì)量對連鑄坯的凝固組織和表面質(zhì)量分別進(jìn)行低倍檢驗(yàn)和磁粉探傷檢測.旨在了解鑄坯上是否存在與鋼板邊部線狀缺陷有對應(yīng)關(guān)系的組織缺陷.表3是鑄坯低倍檢驗(yàn)結(jié)果.表3鑄坯低倍檢驗(yàn)結(jié)果由表3可知,連鑄坯上沒有發(fā)現(xiàn)與鋼板邊部線狀缺陷有對應(yīng)關(guān)系的鑄坯缺陷.此外,連鑄坯表面的磁粉探傷檢驗(yàn),也未發(fā)現(xiàn)與鋼板邊部線狀缺陷有關(guān)的表面及次表面裂紋缺陷.然而,在

11、后續(xù)工序的跟蹤過程中,熱軋?jiān)搴屠滠埑善飞?卻均存在不同程度的線狀缺陷.說明連鑄坯質(zhì)量與鋼板邊部”亮線”也無直接關(guān)系.2.3熱軋工藝與線狀缺陷的關(guān)系在排除了連鑄坯質(zhì)量與冷軋板邊部線狀缺陷有直接關(guān)系后.對熱軋工藝及設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)分析,調(diào)研后認(rèn)為:分布規(guī)律極強(qiáng)且具有明顯高溫氧化特征的冷軋板表面線狀缺陷可能與熱軋過程中客觀存在的某種系統(tǒng)因素有關(guān).如熱軋粗軋工序采用的是帶側(cè)壓軋制工藝.那么,在軋制過程中,鋼坯邊部兩側(cè)形成的”狗骨頭”形狀是否會在隨后的軋制過程中形成線狀缺陷而遺傳到冷軋板表面?為此,在熱軋廠進(jìn)行了帶側(cè)壓軋制和自由軋制對比試驗(yàn).此外,為了進(jìn)一步考察連鑄坯表面質(zhì)量與冷軋板表面線狀缺陷的關(guān)系,對

12、送帶側(cè)壓軋制的連鑄坯進(jìn)行剝皮處理(上下表面對稱邊部100rnin寬,34mm厚).試驗(yàn)過程中,分別在粗軋機(jī)出口,冷軋酸洗前取樣.觀察統(tǒng)計(jì)其表面質(zhì)量情況,并對有關(guān)缺陷的微觀特征進(jìn)行分析檢驗(yàn).2.3.1粗軋板表面質(zhì)量缺陷在鋼板表面的發(fā)生規(guī)律及分布見圖3,4.采用電子探針,能譜儀以及特征x射線與掃描等方法對缺陷表面,截面形貌進(jìn)行定性(量)分析,分析結(jié)果見圖5,6.結(jié)果表明:(1)在粗軋板表面(下表面)距邊部50rllin以內(nèi)(兩側(cè))均發(fā)現(xiàn)一條或多條與軋向一致的線狀缺陷;(2)采用自由軋制后粗軋板表面線狀缺陷少于正常軋制;(3)連鑄坯剝皮,翻面后,線狀缺陷的發(fā)生并未減少;上表面下表面工作側(cè)傳動側(cè)頭部尾

13、部正常軋制自由軋制部位及工藝圖3粗軋板表面”線狀”缺陷發(fā)生規(guī)律?34?煉鋼第19卷353025瓣20享15越1050一_.i.1010112021303140415051距邊部距離/ram圖4粗軋板”線狀”缺陷在板面上的分布a酸洗前的形態(tài)(劃傷痕跡)b酸洗后低倍的形態(tài)(溝槽)c酸洗后高倍的形態(tài)(溝槽)d截面形態(tài)及成分(溝槽中存在氧化鐵)e截面腐蝕后的形態(tài)(無晶界氧化)圖5缺陷的形態(tài)(劃傷及擴(kuò)展裂紋)(4)缺陷的主要微觀特征呈溝槽狀,有明顯的機(jī)械損傷痕跡,溝槽內(nèi)有氧化鐵.少數(shù)截面試樣的溝槽延伸前沿可觀察到少量氧化圓點(diǎn).還有少量缺陷與折疊有關(guān).b圖6粗軋板3號樣磨制后溝槽中存在塊狀氧化鐵由此可以得

14、出以下初步結(jié)論:(1)連鑄坯剝皮,翻面后,線狀缺陷的發(fā)生并未減少,再次證明冷軋板表面”亮線”與連鑄坯表面質(zhì)量無直接關(guān)系:(2)采用自由軋制后粗軋板表面線狀缺陷少于正常軋制,說明該缺陷可能與軋制方式存在某種直接或間接關(guān)系:(3)從缺陷的分布規(guī)律和微觀特征看,粗軋板表面線狀缺陷與冷軋板表面”亮線”非常相似.說明冷軋板表面”亮線”很可能是由粗軋板表面線狀缺陷演變而來;(4)在熱軋粗軋工序存在機(jī)械損傷源.2.3.2熱軋?jiān)灞砻尜|(zhì)量熱軋?jiān)?冷軋酸洗前取)線狀缺陷發(fā)生及分布規(guī)律(見圖7,8)與粗軋板完全一致.缺陷的微觀特征(見圖9,10,11)與粗軋板也一樣,均為線狀溝槽.所不同的是鋼板在經(jīng)過多道次軋制

15、后,溝槽兩邊延展后形成折疊形態(tài),折疊皮下為埋入的氧化鐵和后續(xù)氧化形成的氧化鐵,后續(xù)氧化形成的氧化鐵其氧化程度較輕.在個(gè)別試樣中觀察到少量氧化圓點(diǎn)和氧化物夾雜.試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證明,冷軋板表面”亮線”是由粗軋板表面線狀缺陷演變而來.3缺陷形成機(jī)理沿鋼板軋向分布的細(xì)線狀或條片狀,帶狀線狀缺陷是當(dāng)今超低碳冷軋板上比較常見的表面缺慧獬一眥.%如n0m第1期高文芳等:蔭罩框架鋼冷軋薄板邊部線狀缺陷研究?35?囂喜羹2-80.一l_l_一.1工作側(cè)傳動側(cè)上表面下表面頭部尾部常規(guī)軋制自由軋制部位及工藝圖7酸洗前熱軋板”線狀”缺陷發(fā)生規(guī)律6050睡40劃3020卷100圖8酸洗前熱軋板”線狀”缺陷在板面上的分布

16、規(guī)律b圖9板面觀察,19號試樣酸洗后缺陷部位的形態(tài)(深溝,雙邊折疊)圖10截面觀察,缺陷部位的形態(tài)(折疊,皮下氧化鐵)陷,統(tǒng)稱為sliverdefects.各廠因檢測方法不同對缺陷的叫法亦不同2,31.有鋼板表面質(zhì)量在線檢測設(shè)備的廠家,在檢查燈下觀察,稱之為”黑線”或”白亮線”的線狀缺陷,在自然光下觀察時(shí),其顏色正好相反.在我國和俄羅斯等國,因大多數(shù)軋鋼廠無鋼板表面質(zhì)量在線檢測手段,通常是a板面形態(tài)b截面形態(tài)(皮下氧化鐵)c截面尾端的形態(tài)(極少量氧化原點(diǎn))圖11缺陷部位的形態(tài)(折疊)在自然光下觀察鋼板表面質(zhì)量.所以,國內(nèi)對這些線狀缺陷的叫法與美國內(nèi)陸,韓國浦項(xiàng)等鋼廠相反.目前,關(guān)于”黑線”缺陷

17、的形成機(jī)理比較清楚,主要與連鑄工藝有關(guān)l40j.而”亮線”的成因判斷則難度很大.首先,缺陷在鋼板表面的分布規(guī)律不同形成機(jī)理亦不同.其次,用肉眼觀察時(shí),很容易將其與冷軋工序形成的酸洗劃傷和平整,剪切劃傷缺陷混淆l8j.還可能與輕微”黑線”混淆.當(dāng)這些因素交織在一起時(shí),僅憑缺陷的微觀分析很難準(zhǔn)確判斷缺陷主要成因.因此,必須全面了解生產(chǎn)工藝和設(shè)備狀況.同時(shí),應(yīng)密切關(guān)注缺陷的物理特征,總的尺寸和特定的位置等因素.這對缺陷成因的準(zhǔn)確判斷至關(guān)重要.本研究框架鋼冷軋板邊部線狀缺陷成因調(diào)研結(jié)果表明:(1)該缺陷與鋼液潔凈度水平和連鑄坯表面質(zhì)量無對應(yīng)關(guān)系.至于個(gè)別試樣中觀察到氧化物夾雜的原因,很可能與連鑄過程中

18、,結(jié)晶器內(nèi)的非正常操作有關(guān).如在連鑄結(jié)晶器液面控制的使用效果不太穩(wěn)定,液面波動幅度較大,特別是水口突然全開引起的結(jié)晶器液面漲冒現(xiàn)象,從結(jié)晶器內(nèi)流體動力學(xué)特征分析,這種流場狀況極易造成連鑄坯邊部卷渣.(2)熱軋粗軋板和熱軋精軋板表面線狀缺陷與冷軋板表面”亮線”在板面的分布規(guī)律完全一致.其微觀形態(tài)亦具有明顯的遺傳特征.熱軋粗軋板和熱軋精軋板表面線狀缺陷主要微觀特征均為線狀溝槽,前者機(jī)械損傷特征明顯,而后者在經(jīng)過多道次軋制,溝槽兩邊延展后形成折疊形態(tài),折疊皮下為埋人的氧化鐵和后續(xù)氧化形成的一髓一眥星?36?煉鋼第19卷氧化鐵,后續(xù)氧化形成的氧化鐵其氧化程度較輕.冷軋板表面”亮線”在板面觀察也呈折疊狀

19、,有裸露的氧化鐵(被還原).磨制后,缺陷處有凹坑和碎塊狀氧化鐵.綜上所棕,框架鋼冷軋板表面”亮線”缺陷的形成機(jī)理是:鋼坯在熱軋粗軋工序機(jī)械損傷后,將氧化鐵皮壓人溝槽內(nèi),在后續(xù)的軋制過程中逐漸演變而成.4整改措施及效果針對缺陷成因,在對熱軋粗軋機(jī)做全面的檢查分析后,認(rèn)為粗軋機(jī)立輥設(shè)計(jì)不合理是造成高溫鋼坯在軋制過程中機(jī)械損傷的主要原因.為此,對粗軋機(jī)立輥進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)和改造.立輥改造后的軋制試驗(yàn)結(jié)果表明,缺陷卷比例由85%大幅下降到7%以下,下降率為92%.此外,汽車板,管線鋼等其它高附加值產(chǎn)品的同類缺陷也得到有效控制.使板材產(chǎn)品的實(shí)物質(zhì)量明顯提高.綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著.5結(jié)論(1)框架鋼冷

20、軋表面”亮線”缺陷與鋼液潔凈度水平和連鑄坯表面質(zhì)量無對應(yīng)關(guān)系.個(gè)別試樣中觀察到氧化物夾雜與連鑄過程中結(jié)晶器內(nèi)的非正常操作有關(guān).(2)框架鋼冷軋板表面”亮線”缺陷的形成機(jī)理是鋼坯在熱軋粗軋工序機(jī)械損傷后,將氧化鐵皮壓人溝槽內(nèi),在后續(xù)的軋制過程中逐漸演變而成.(3)熱軋粗軋機(jī)立輥設(shè)計(jì)不合理是造成高溫鋼坯在軋制過程中機(jī)械損傷的主要原因.(4)采取整改措施后,框架鋼冷軋板表面”亮線”缺陷卷比例由85%大幅下降到7%以下,下降率為92%.汽車板,管線鋼等其它高附加值產(chǎn)品的同類缺陷也得到有效控制.使板材產(chǎn)品的實(shí)物質(zhì)量明顯提高.綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著.參考文獻(xiàn)1emlingwh.lakshminaray

21、anabv.anaisisponsoredcollaborativeprojectonfeotypesliverdefects.i&sm.2000.52tasiht,sanlnlonw.j,hazehond.e.characterizationandcountermeasuresforsliverdefectsincoldrolldproducts.steelmakingconferenceprocedings,1990,733shvartsmanzm.cherkasskiir.i.silkhoverkhovyu.n.aninvestigationofthereasonstheappe

22、aranceofbrightbands”onthesurfaceofstriponacathoderaytube.stal,19864link.j,lum.j,chencjtherelationshipbetweenthelongitudinalcrackofslabandthesurfacequalityofhotrolledstrip.train,19945curreyd,rasmussenp.theeffectofsteelchemistryandprocenschangesoncomercrackingandmechanica1.ironandsteelsociety,20006marquec.theinclusioncontentofulcproducts.steelcleanlinessandmouldther