中厚鋼板軋制過程中的表面質(zhì)量問題及控制技術(shù)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院軋材質(zhì)量控制與深加工技術(shù)課程論文題 目：中厚鋼板軋制過程中的表面質(zhì)量問題及控制技術(shù)姓 名：劉有鵬，李顯龍學(xué) 號：G，S授課老師：韓靜濤 教授專業(yè)名稱：材料科學(xué)與工程日 期：2015年12月24日目錄 TOC o 1-3 h z u 2中厚鋼板軋制過程中表面質(zhì)量問題及控制技術(shù)2.1 概述近些年來，我國國民經(jīng)濟穩(wěn)步上升，社會基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)逐漸完善，各行各業(yè)快速發(fā)展的同時對中厚鋼板的需求量逐年增加，并且隨現(xiàn)代社會人們生活質(zhì)量的提高，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，

2、對中厚鋼板的的質(zhì)量要求也是越來越高。中厚鋼板一般指厚度4mm的鋼板，主要生產(chǎn)方式有單機架可逆式(往復(fù))中厚板軋機、雙機架可逆式(往復(fù))中厚板軋機、連續(xù)式、半連續(xù)式布置的軋機軋制及單或雙爐卷軋機軋制。中厚鋼板按厚度可以分為中厚板、厚板、特厚板三類，通常將厚度為420mm的鋼板稱為中厚板1，厚度為2060mm的鋼板稱為厚板，厚度大于60mm鋼板稱為特厚板。按照用途分類，中厚鋼板產(chǎn)品主要有汽車板、鍋爐板、壓力容器板、低合金高強度板、耐腐蝕板、碳素結(jié)構(gòu)板、合金結(jié)構(gòu)板、造船及采油平臺板、機械建筑用板、模具板、橋梁用板、油氣輸送管線板等。中厚鋼板的生產(chǎn)具有流程長、裝備水平高、工藝路線復(fù)雜、技術(shù)應(yīng)用密集度高

3、等特點，其質(zhì)量控制與相關(guān)技術(shù)既是鋼鐵企業(yè)技術(shù)水平高低的一個體現(xiàn)，也是鋼鐵企業(yè)競爭力強弱的一個體現(xiàn)。中厚鋼板大約有200年的生產(chǎn)歷史，世界上中厚鋼板的生產(chǎn)的優(yōu)勢，60年代以前在美國，60年代以后被日本奪取。但是中厚鋼板的生產(chǎn)趨勢仍然可以歸納為以下幾點：軋制技術(shù)的提高；厚板連鑄比不斷提高；軋機越建越大；控制軋機控制冷卻等工藝的使用；板型動態(tài)系統(tǒng)的應(yīng)用；精整工序的要求越來越高，工序的復(fù)雜。中厚鋼板是國家現(xiàn)代化不可缺少的一項鋼材品種，被廣泛用于大直徑輸送管、壓力容器、鍋爐、橋梁、海洋平臺、各類艦艇、坦克裝甲、車輛、建筑構(gòu)件、機器結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域。其品種繁多，使用溫度要求較廣(-200600)，使用環(huán)境要求復(fù)

4、雜(耐蝕性等)，使用強度要求高(強韌性、焊接性能好等)。一個國家的中厚鋼板軋機水平也是一個國家鋼鐵工業(yè)裝備水平的標(biāo)志之一，進而在一定程度上也是一個國家工業(yè)水平的反映2。隨著我國工業(yè)的發(fā)展，對中厚鋼板產(chǎn)品，無論從數(shù)量上還是從品種質(zhì)量上都已提出了更高的要求。目前，我國中厚鋼板軋機生產(chǎn)的鋼板規(guī)格，大部分是厚度為4250mm，寬度為12003900mm長度一般不超過12m。世界上中厚鋼板軋機生產(chǎn)的鋼板規(guī)格通常是厚度由3mm到300mm，寬度由1000mm到5200mm，長度一般不超過18m。但特殊情況時厚度可達380mm，寬度可達5350mm，長度可達36m，甚至60m。這說明我國生產(chǎn)的鋼板質(zhì)量與國外

5、相比還是有一定的差距。中厚鋼板的質(zhì)量要求是中厚鋼板制造、質(zhì)量判定、產(chǎn)品使用的依據(jù)和規(guī)范，一般在中厚鋼板的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、制造協(xié)議或合同中進行規(guī)定。因中厚鋼板用途廣泛、品種繁多，使得中厚鋼板的質(zhì)量要求也多種多樣。但通常中厚鋼板的質(zhì)量主要由使用性能、工藝性能、內(nèi)部質(zhì)量、表面質(zhì)量、尺寸精度、板型精度等方面構(gòu)成3。其中中厚鋼板軋制過程中的表面質(zhì)量的控制在提高總體質(zhì)量水平中至關(guān)重要，也是一直以來很難控制的重要質(zhì)量指標(biāo)之一。近年來隨著中厚鋼板生產(chǎn)自動化控制技術(shù)的應(yīng)用，優(yōu)化和規(guī)范了生產(chǎn)過程，使得工藝參數(shù)控制、尺寸精度、組織性能等問題逐漸得到解決。例如自動寬度控制系統(tǒng)(AWC)、厚度自動控制系統(tǒng)(HAGC)、板形閉

6、環(huán)控制系統(tǒng)(PFC)在板材生產(chǎn)中的應(yīng)用。使中厚鋼板的尺寸與形狀精度逐漸提高，現(xiàn)在已經(jīng)能基本滿足各個行業(yè)的應(yīng)用需求。但是，由于一直以來對中厚鋼板軋制過程中表面質(zhì)量的控制缺乏系統(tǒng)的認(rèn)識。中厚鋼板的表面質(zhì)量不僅影響產(chǎn)品外觀，更重要的是表面缺陷的存在會降低鋼板的耐蝕性、抗磨性、疲勞極限等。這就使得鋼板的整體質(zhì)量水平受到影響，也阻礙了我國中厚鋼板的進一步提高。為了使中厚鋼板更具市場競爭力，對其表面質(zhì)量進行研究也就成為了相關(guān)行業(yè)必須考慮的問題。2.2 中厚鋼板軋制過程中表面質(zhì)量問題的定義及表現(xiàn)2.2.1 中厚鋼板軋制過程中表面質(zhì)量定義中厚鋼板在生產(chǎn)過程中，由于操作或鋼坯的原因，不可避免地在鋼板的表面上產(chǎn)生

7、影響質(zhì)量和外觀的缺陷，這些缺陷統(tǒng)稱為表面缺陷。鋼板的表面質(zhì)量，是以表面和斷面缺陷的程度以及外形缺陷程度來表示的。這些缺陷基本上可分為允許存在和不允許存在兩大類4。允許存在的表面缺陷，是指其缺陷的程度輕微，或者說在產(chǎn)品的規(guī)定范圍內(nèi)。例如，鋼板在軋制過程中，由于軋輥造成的鋼板表面的網(wǎng)紋和其他局部凸起缺陷，后者鋼板在運行過程中，表面被劃傷等。只要這些缺陷的深度或者高度，沒有超過鋼板允許存在缺陷的規(guī)定范圍，都是允許存在的。不允許存在的表面缺陷是指氣泡、結(jié)疤、裂紋、折疊、夾層、分層和因氧化鐵皮壓入或者軋輥掉肉而在表面產(chǎn)生的凹凸等5-6，已超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定允許的范圍，但是這種缺陷一般允許清理。清理的深度，應(yīng)保

8、證鋼板的厚度在公差規(guī)定的范圍內(nèi)。鋼板表面缺陷按其來源可分為兩類：一類是有鋼錠或者鋼坯本身帶來的缺陷，稱之為鋼質(zhì)缺陷；另一類是由鋼錠或者鋼坯到成品的各工序操作不當(dāng)或者其他原因造成的，稱之為操作缺陷。鋼板的表面質(zhì)量等級如下表2-1所示。表2-1 鋼板的表面質(zhì)量等級級別代號特征普通表面F1表面允許有深度(或高度)不超過鋼板厚度公差之半的麻點、劃痕等輕微、局部的缺陷。較高級的精整表面F2表面允許有少量不影響成形性及涂、鍍附著力的缺陷，如輕微的劃傷、壓痕、麻點、鋸印及氧化皮。高級的精整表面F3產(chǎn)品兩面中較好的一面無肉眼可見的明顯缺陷，另一面至少達到FB的要求2.2.2 中厚鋼板軋制過程中表面質(zhì)量問題的表

9、現(xiàn)2.2.2.1 劃傷和劃痕鋼板表面受到剛性物質(zhì)劃過后留下的痕跡，在鋼板上表現(xiàn)為低于鋼板軋制面的直線或橫向溝痕線條。劃傷的長短不一，位置不定，大都是平行或垂直于軋制方向。劃傷分布有間斷的或是貫穿整張鋼板的，有單獨的、也有多條的，劃傷中有時伴隨輕微的翻卷。當(dāng)發(fā)現(xiàn)縱向劃傷的溝痕中有金屬光澤時，此為低溫劃傷，可以判定是在矯直機后工序產(chǎn)生的；當(dāng)劃傷的溝痕中無金屬光澤，有的伴有氧化鐵皮時，為高溫劃傷，可判定為在矯直機或矯直機前工序產(chǎn)生的。當(dāng)發(fā)現(xiàn)橫向的劃傷時，多為鋼板在橫移過程中造成的，一般為在冷床處產(chǎn)生，這種劃傷的溝痕中常有金屬光澤。發(fā)現(xiàn)鋼板表面上有劃傷時，應(yīng)注意觀察劃傷是否尖銳，若劃傷不尖銳，根據(jù)鋼板

10、公稱厚度劃分，屬于B級缺陷的，可以不修磨處理。若劃傷尖銳時，劃傷的深度超過D級缺陷的，則要把劃傷處切除5。同時可根據(jù)劃傷的位置、特點，準(zhǔn)確的判斷出產(chǎn)生劃傷設(shè)備的部位，通知相關(guān)部門對造成鋼板表面劃傷的設(shè)備進行處理8。圖2-1 鋼板表面劃傷和劃痕示意圖2.2.2.2 凸塊4凸塊即鋼板的表面上存在異常突起，凸塊的表面往往比較光滑，與氣泡不同的是凸塊沒有爆裂。凸塊主要的特征是沿軋制方向有周期性，周期一般是工作輥的周長，說明在工作輥的輥面上存在掉皮現(xiàn)象。當(dāng)凸塊的凸度不超出標(biāo)準(zhǔn)要求時，可以允許存在鋼板的表面上，嚴(yán)重時則需修磨。2.2.2.3 麻點3麻點是鋼板上比較常見的缺陷之一。鋼板表面的麻點是指在鋼板表

11、面分布的塊狀或條狀的深淺不同形狀各異的小凹坑或凹痕7。具體見圖2-2。麻點缺陷的特征是在鋼板上表現(xiàn)為局部或連續(xù)成片分布。形狀大小不一的點狀缺陷，叫麻點，當(dāng)連續(xù)成片時叫麻面。麻點常見的有三種:麻點面積不大，麻點較小而密集，呈蜂窩狀的粗糙面凹坑，顏色接近黑色的，叫黑麻點;另一種麻點在鋼板上表現(xiàn)為局部塊狀和連續(xù)粗糙的平面，仔細觀察時麻面上有呈灰白色的光滑小凹塊，直徑約為14mm，這種麻點叫光麻點或白麻點，也就是壓入氧化鐵皮;還有一種叫紅麻點，這種麻點在鋼板上表現(xiàn)略為紅棕色，形狀類似樹皮皺，呈帶狀。輕微的麻點缺陷可以保留。嚴(yán)重的或是大面積的麻點缺陷，只能剪切缺陷部分或?qū)⒄麎K鋼板判廢。圖2-2 鋼板表面

12、麻點示意圖2.2.2.4 夾雜夾雜是指鋼板的表面上帶有非金屬的夾雜物，夾雜的特征是沿著軋制的方向延伸，是最為容易識別的一種鋼板表面缺陷。夾雜一般都帶有顏色，最常見的有紅棕色、淡黃色和灰白色，形狀多為點狀、塊狀和長條狀。夾雜是不允許存在鋼板表面上的缺陷之一，但允許進行處理，可根據(jù)夾雜面積的大小和深度，采用不同的處理方法。夾雜分為非金屬夾雜、混合夾雜和金屬夾雜三大類。非金屬夾雜是不具有金屬性質(zhì)的氧化物、硫化物、硅酸鹽和氮化物等嵌入鋼板本體并顯露于鋼板表面的點狀、片狀或者條狀缺陷8。如圖2-3所示。圖2-3 鋼板表面非金屬夾雜示意圖混合夾雜是指在鋼板表面有嵌入鋼板本體內(nèi)較深，呈現(xiàn)塊狀，周邊呈開放性的

13、黑色的非金屬和金屬混合物質(zhì)。這種夾雜單位面積大，個體之間呈條狀排列，基本是沿軋制方向分布。典型的混合夾雜如圖2-4所示。圖2-4 鋼板表面的混合夾雜示意圖金屬夾雜是指嵌入鋼板本體內(nèi)的顯露于鋼板表面的點狀、塊狀、條狀的金屬物質(zhì)。如圖2-5所示。圖2-5鋼板表面金屬夾雜示意圖2.2.2.5 氧化皮壓下壓入氧化鐵皮是熱軋氧化鐵皮被壓入鋼板表面，呈現(xiàn)魚鱗狀、條狀或點狀的黑色斑跡，其分布面積大小不等，壓入的深淺也不一致。主要是由于熱軋鋼板壓入氧化鐵皮，軋制后殘留在鋼板表面，而未有效清除，其形成過程和熱軋麻點缺陷比較相似，但程度上有所不同8。典型的壓入氧化鐵皮如圖2-6所示。圖2-6 鋼板表面氧化鐵皮示意

14、圖2.2.2.6 裂紋裂紋是在鋼板表面上形成具有一定深度和長度，一條或多條長短不一、寬窄不等、深淺不同、形狀各異的條形縫隙或裂縫。從表截面觀察，一般裂紋都有尖銳的根部，具有一定的深度并且與表面垂直，周邊有嚴(yán)重的脫碳現(xiàn)象和非金屬夾雜。裂紋破壞了港版的力學(xué)性能的連續(xù)性，是對鋼板危害很大的缺陷。在中厚鋼板上有縱裂紋、橫裂紋、龜裂、發(fā)裂、微裂紋、帶狀裂紋、星裂等。如圖2-7所示，左邊的是縱裂紋、右邊是橫裂紋8。圖2-7 鋼板表面裂紋示意圖2.2.2.7 氣泡氣泡也被稱作皮下氣泡，一般情況下是隱藏在鑄坯表皮下面的一種針狀空眼，在清理表面是可發(fā)現(xiàn)。氣泡不規(guī)律地分布在鋼板的表面上。氣泡大小不一，常見的為圓型

15、，常見的氣泡直徑多為 520mm，凸起在鋼板的表面上，和鋼板的連接處很圓滑。氣泡開裂后，裂口呈不規(guī)則的縫隙或孔隙，裂口周邊有明顯的脹裂產(chǎn)生不規(guī)則“犬齒”，裂口的末梢有清晰的現(xiàn)狀塌陷，裂口內(nèi)部有肉眼可見的夾雜物富集。如下圖2-8所示8。圖2-8 鋼板表面氣泡示意圖2.2.2.8 網(wǎng)紋和網(wǎng)裂網(wǎng)紋是凸出在鋼板表面上呈網(wǎng)狀的紋絡(luò)，網(wǎng)紋的分布是有規(guī)律性，貫穿于鋼板的縱向或橫向，用手去觸摸可感覺到網(wǎng)紋的存在。網(wǎng)裂和網(wǎng)紋恰恰相反，網(wǎng)裂是低于鋼板表面呈網(wǎng)狀的紋絡(luò)，網(wǎng)紋和網(wǎng)裂的表現(xiàn)形式相似，但不是同一種類型的鋼板表面缺陷。網(wǎng)裂是裂縫的另一種表現(xiàn)形式，長度較短，長約在2050mm的細小裂縫。如圖2-9所示8。圖2

16、-9 鋼板表面網(wǎng)紋網(wǎng)裂示意圖2.2.2.9 結(jié)疤結(jié)疤缺陷是指鋼板表面上的本體黏合一頭或不黏合的金屬層，一般呈現(xiàn)出舌狀，塊狀、魚鱗狀，且厚薄不均，大小不一等。不規(guī)則地分布在鋼板的的表面，結(jié)疤的特征也是沿著軋制的方向延伸，結(jié)疤的圖形有封閉或不封閉的，封閉的結(jié)疤與鋼板母體沒有聯(lián)結(jié)，不封閉的結(jié)疤與鋼板的母體有聯(lián)系8。其形態(tài)如圖2-10所示。圖2-10 鋼板表面結(jié)疤示意圖除上述介紹的鋼板表面缺陷外，還存在有折疊、分層、瓢曲、過燒等一些操作缺陷。2.3 中厚鋼板軋制過程中表面質(zhì)量問題的危害中厚鋼板的表面缺陷如果在加工過程中沒有完全清除干凈，其中的一些缺陷有時候會帶到接下來的工序中，從而在產(chǎn)品表面形成缺陷。

17、如氣體夾雜中的氣泡類缺陷，夾層類中的表面夾層、帶狀表面夾層缺陷，氧化皮壓入缺陷，機械損傷類中的劃痕缺陷可能會在產(chǎn)品后處理時因漏檢、酸洗未能去除，而如果這種熱鋼板用于冷軋制備冷軋帶鋼，這些缺陷就會暴露在帶鋼表面而形成冷軋產(chǎn)品缺陷。不僅如此，如果鋼板表面缺陷沒有完全去除，部分表面缺陷甚至?xí)恢睔埩舻綗徨冧\產(chǎn)品的表面。例如：夾層類缺陷中的表面夾層、帶狀表面夾層，會在熱鍍工藝中形成熱鍍產(chǎn)品表面的表面夾層和縱向發(fā)裂或裂紋；氧化皮壓入類缺陷會在熱鍍產(chǎn)品表面形成氧化鐵皮坑或者氧化鐵皮疤；機械損傷類缺陷如劃痕，會在熱鍍產(chǎn)品表面形成原板擦傷和熱擦傷缺陷。由此可見，鋼板的表面質(zhì)量缺陷不僅會直接惡化其自身的表面性能

18、，還會給后續(xù)工藝中的產(chǎn)品帶來嚴(yán)重的影響。尤其是夾層類、氧化皮壓入類和機械損傷類缺陷，它們甚至可能一直殘留到熱鍍產(chǎn)品的表面上。因此，探究鋼板表面質(zhì)量問題的形成機理及有效控制途徑是控制鋼板表面質(zhì)量的重點任務(wù)。除此之外，中厚鋼板的各種缺陷或多或少的影響到它的組織，特別是性能，因為每一種材料我們的最終目的是為了獲取良好的性能，像力學(xué)性能、工藝性能等。而中厚鋼板的各種表面質(zhì)量問題都將影響到它的性能。麻點對中厚板的影響程度主要取決于麻點在鋼板表面形成的凹坑或凹坑的深淺。氧化鐵皮對鋼板的影響沒有像麻點那樣，主要取決于它被壓入的深度以及分布區(qū)域。非金屬夾雜有時易在中厚板表面形成面積較大的條形壓入，但是壓入的深

19、度通常較淺，容易清理，基本不影響鋼板的使用?；旌蠆A雜對中厚板的影響較深，比較難于清理。而金屬夾雜在鋼板本體內(nèi)形成較深的塊狀壓入，它與金屬基體在化學(xué)成分和變形條件方面存在明顯差別，所以軋制過程中常因不均勻變形引起的附加應(yīng)力作用而伴生各種不同形態(tài)的裂紋，該裂紋對鋼板的影響取決于其分布位置和數(shù)量，一般情況下易造成鋼板的判廢。裂紋對中厚板的影響視裂紋的長度、深度、數(shù)量、分布情況而定。通常情況下導(dǎo)致鋼板成為廢料的可能性很高。但是有些微裂紋對鋼板的影響很小，只要不超過鋼板的復(fù)公差，其對鋼板的影響都是比較小的。氣泡對鋼板的影響比較嚴(yán)重，它在鋼板一處或多處出現(xiàn)，很容易導(dǎo)致鋼板的判廢。折疊對中厚板表面質(zhì)量的影響

20、取決于其凹痕的深度，與軋制鋼板的深度有一定的關(guān)系，嚴(yán)重的會造成整張鋼板改尺或改判。軋制折疊較冶煉折疊容易脫落，冶煉折疊對鋼板的改判的可能性較大。結(jié)疤在中厚板的分布較為分散，通常數(shù)量較少，而且面積有大有小，但修磨后凹痕的深度大都超過鋼板的負(fù)公差之半，對鋼板的判定有一定的影響。網(wǎng)紋對中厚鋼板的影響也是有較大影響的，它在鋼板上嚴(yán)重粗糙了鋼板的表面，大大影響了港版的加工和使用。通常網(wǎng)紋凸起的高度與輥面的龜裂程度有關(guān)系。劃傷或者劃痕對鋼板的影響主要取決于溝槽的深度、數(shù)量。它的分布并沒有一定的規(guī)律。生產(chǎn)過程中如果不能有效控制鋼材的表面質(zhì)量，在交驗貨或者使用時不僅會給企業(yè)帶來經(jīng)濟損失，還容易造成用戶關(guān)于產(chǎn)品

21、質(zhì)量異議事件，會極大地影響企業(yè)的信譽。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，近些年來，國內(nèi)的許多大型鋼鐵企業(yè)由于鋼材質(zhì)量問題產(chǎn)生的糾紛與理賠案例中，表面質(zhì)量問題引起的賠償額占整個鋼材產(chǎn)品總賠償額的65%左右?？傊?，不管是什么類型的表面質(zhì)量問題，我們都希望能把其對鋼板性能的影響降至最低，這也就需要更好的管理和生產(chǎn)制度以及先進的技術(shù)的運用。只有認(rèn)真檢查鋼板的表面質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)并及時找出缺陷產(chǎn)生的原因，才能避免鋼板發(fā)生質(zhì)量問題，減少經(jīng)濟損失，提高產(chǎn)品的信譽，打造名牌產(chǎn)品，提高經(jīng)濟效益。在提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時提升企業(yè)的競爭力，同時推進整個行業(yè)的進一步發(fā)展。2.4 中厚鋼板軋制過程中表面質(zhì)量問題的成因分析在國內(nèi)外的中厚板生產(chǎn)過程中，

22、都無法避免生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝、工人技術(shù)含量以及技能熟悉程度、鋼板原料以及生產(chǎn)過程中的環(huán)境波動對中厚板質(zhì)量的影響。隨著不同的因素在生產(chǎn)中所占的比重不同，表面缺陷產(chǎn)生的原因也不盡相同，但是各種缺陷的成因分析是十分有必要的，因為只有對這些質(zhì)量問題進行深入的分析，并掌握其原理才能從根本上避免此類缺陷的產(chǎn)生至少減少表面缺陷對鋼板性能的損害。2.4.1 劃傷和劃痕的成因分析劃傷和劃痕表面質(zhì)量的誠信主要與軋輥等有關(guān)，主要是由于軋機工作輥或矯直機矯直輥黏附較厚的氧化鐵皮或其他外來金屬附著物，在軋制或矯直時在鋼板表面壓出痕跡；其次，鋼板精整堆垛時與硬物碰壓，也可能出現(xiàn)表面質(zhì)量問題。同時軋輥、矯直輥磨損不均或損壞

23、脫落，破壞鋼板表面質(zhì)量；熱軋區(qū)域的設(shè)備有尖棱，軋件通過時被刮擦；鋼板與軋輥或輥道運轉(zhuǎn)不同步產(chǎn)生的滑動刮擦；鋼板在橫向移動或吊運過程中與其他物體之間的刮、擦、蹭、磨等原因也是在實際生產(chǎn)過程中形成劃傷和劃痕的重要原因之一。2.4.2 凸塊的成因分析凸塊的產(chǎn)生主要是與軋輥有關(guān)，由于軋輥在工作的時候會出現(xiàn)掉皮的現(xiàn)象，因此工作軋輥表面會出現(xiàn)凹凸不平的現(xiàn)象，在軋制過程中表現(xiàn)在鋼板的表面就會出現(xiàn)沿軋制方向有周期性的凸塊，其周期一般是工作輥的周長，當(dāng)凸塊的凸度不超出標(biāo)準(zhǔn)要求時，可以允許存在鋼板的表面上，嚴(yán)重時則需要對鋼板進行磨削以達到使用要求。2.4.3 麻點的成因分析麻點的形成原因與鋼坯的氧化有關(guān)，由于鋼坯

24、加熱后表面生成過厚的氧化鐵皮(鋼坯加熱時有部分區(qū)域有過熱現(xiàn)象)在軋制之前沒有得到清理或清理不徹底，在軋制中氧化鐵皮呈片狀或塊狀等形態(tài)壓入鋼板本體，軋后氧化鐵皮冷卻收縮，受到震動時脫落，在鋼板表面留下大小不一、形狀各異、深淺不同的小凹坑或凹痕。此外，煤氣中的焦油噴射或燃燒的氣體腐蝕，也會形成焦油麻點或氣體腐蝕麻點。軋制過程中形成的麻點對鋼板表面質(zhì)量的影響程度取決于麻點在鋼板表面形成的凹坑或凹痕的深度及鋼板對表面質(zhì)量要求的嚴(yán)格程度。通常情況下，經(jīng)過修磨清理后，其深度不超過相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定者不影響使用7-8。2.4.4 夾雜的成因分析夾雜的產(chǎn)生原因比較復(fù)雜，綜合生產(chǎn)中的各因素可以得出主要是由于大包和中包

25、包襯浸蝕、脫落；連鑄澆注速度過快，撈渣不及時，造成保護渣隨卷入鋼液等原因產(chǎn)生的。以上生產(chǎn)中的因素可以導(dǎo)致結(jié)晶器內(nèi)形成渣鋼混合物，軋制后在鋼板表面產(chǎn)生團塊嵌入式延展開裂。缺陷的深度較深，有的超過鋼板的厚度之半，甚至貫穿，多數(shù)情況下造成鋼板判廢。應(yīng)在生產(chǎn)過程中予以避免9。2.4.5 氧化皮壓下的成因分析10中厚板表面壓入的氧化鐵皮包括一次氧化鐵皮和二次氧化鐵皮。一次氧化鐵皮是板坯在加熱爐內(nèi)加熱時表面被氧化而生成；二次氧化鐵皮是鋼板在軋制過程中表面繼續(xù)氧化生成。氧化皮壓下的形成原因包括在熱軋過程中高溫時的鋼板表面形成的氧化鐵皮，被軋輥壓入鋼板表面，軋制后仍然殘留在鋼板表面，而沒有進行有效的清除。主要

26、有以下兩點造成的：加熱時間過長，使得鋼坯表面形成的氧化鐵皮太厚而不易清除；在軋制前，由于高壓水壓力不足或者其他方面的原因，鋼板表面的氧化鐵皮未能得到有效的清理，造成鋼坯再軋制過程中部分較厚或附著力較強的氧化鐵皮成片狀糊狀被壓入鋼板本體。相應(yīng)的預(yù)防措施有：制定合理的加熱制度，控制加熱速度和加熱時間，防止出現(xiàn)過厚的氧化鐵皮；控制軋制溫度，防止出現(xiàn)過多的而促氧化鐵皮；提高除磷機的除磷效能，例如：加大水壓力。2.4.6 裂紋的成因分析軋制過程中產(chǎn)生的裂紋可以分為橫裂紋和縱裂紋兩大類12-13。2.4.6.1 縱裂紋的成因分析縱裂紋一般有兩種形式，一種是成片狀出現(xiàn)的沿軋制方向裂開的小裂口；另一種是有一定

27、寬度的粗黑線狀裂紋?？v裂紋主要出現(xiàn)在碳素結(jié)構(gòu)鋼板表面上，有時也少量出現(xiàn)在低合金類鋼板表面，板厚大于20 mm的鋼板出現(xiàn)縱裂紋的幾率比較大?？v裂紋破壞了鋼板的橫向連續(xù)性，因此對鋼板危害性很大。 縱裂紋的主要成因：縱裂紋主要是由于鋼坯在凝固過程中坯殼厚度不均，當(dāng)作用在坯殼的拉應(yīng)力超過鋼的允許強度，在坯殼薄弱處產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致斷裂，出結(jié)晶器后在二冷區(qū)擴展形成縱向裂紋，在縱向軋制中沿鋼板軋制方向擴展并開裂；如果鋼板出現(xiàn)多道貫穿軋制方向的裂紋，則有可能是較嚴(yán)重的鋼坯橫裂在鋼坯橫向軋制時擴展和開裂形成的；鋼中大量氣泡的存在，在加熱及軋制過程中形成沿受力方向延伸的小裂紋，并進一步擴展導(dǎo)致開裂。2.4.6.

28、2 橫裂紋的成因分析裂紋與鋼板的軋制方向呈3090夾角，呈不規(guī)則的條狀或線狀等形態(tài)，分布的位置、數(shù)量、狀態(tài)、大小各異。具有一定深度和長度，破壞鋼板縱向連續(xù)性。 橫裂紋的成因：鋼坯振痕較深，造成振痕底部有微裂紋或堅殼帶較??；鋼中的Al、N含量較高，促使AlN質(zhì)點沿奧氏體晶界析出，誘發(fā)橫裂紋；鋼坯在脆性溫度700900矯直；二次冷卻強度過高導(dǎo)致的鋼坯橫裂紋在軋制中擴展和開裂；不明顯的鋼坯縱向裂紋在鋼坯橫向軋制時擴展和開裂。2.4.7氣泡的成因分析氣泡缺陷的成因主要有兩類：鋼坯皮下夾雜引起的，它主要與中間包水口對中不良或保護渣質(zhì)量有關(guān)，保護渣卷入鋼水后產(chǎn)生的含有非金屬夾雜的氣囊。在軋制時，氣體體積縮

29、小，壓力增大而產(chǎn)生鼓泡并呈現(xiàn)在鋼板局部表面上。此類缺陷表面處呈青色。鋼中氣體引起的，連鑄時由于拉速較快，鋼坯內(nèi)部的氣體沒有充分時間溢出，留在鋼坯內(nèi)部形成氣泡。在軋制時氣泡擴展，導(dǎo)致金屬局部難以焊合，當(dāng)氣泡內(nèi)壓力足夠大時將在鋼板表面鼓起形成鼓包15。2.4.8 網(wǎng)紋和網(wǎng)裂的成因分析網(wǎng)紋和網(wǎng)裂對鋼板質(zhì)量有較大的影響，嚴(yán)重粗糙了鋼板表面。大大影響到鋼板的加工與使用。通常網(wǎng)紋和網(wǎng)裂凸起的高度與輥面的龜裂嚴(yán)重程度有關(guān)。網(wǎng)紋和網(wǎng)裂的形成原因包括在軋制過程中，由于工作輥冷卻水不合理、換輥周期較長、軋制時“卡鋼”造成“燒輥”、軋輥制造的質(zhì)量與軋輥材質(zhì)選用問題等原因。在軋輥表面會出現(xiàn)一條或多條連續(xù)或局部的龜背狀

30、或其形態(tài)的網(wǎng)狀裂紋，有時因軋輥質(zhì)量問題產(chǎn)生的軋輥表面裂紋可布滿整個輥面。這些裂紋，在軋制中壓刻在鋼板表面，從而形成凸起的紋絡(luò)。從形成網(wǎng)紋或網(wǎng)裂等表面缺陷15。2.4.9 結(jié)疤的成因分析結(jié)疤的成因主要與鋼坯在軋制過程中的異類金屬有關(guān)，鋼坯在熱態(tài)下表面粘結(jié)有外來的金屬物，如：鋼坯熱切割時火焰切割渣鐵的粘結(jié)，在輥道上輸送時輥道表面粘附物（金屬或金屬氧化物)的壓入，加熱時滑軌表面粘附物的壓入、加熱爐底處堆積過厚的氧化渣鐵的粘附，在軋制過程中壓入鋼板表面。雖然結(jié)疤在鋼板上的分布較為分散，通常數(shù)量較少、面積有小有大，但修磨后凹痕的深度大都超過鋼板的負(fù)公差之半，會對鋼板的判定有一定的影響15。2.5中厚鋼板

31、軋制過程中表面質(zhì)量問題的控制技術(shù)隨著我國的現(xiàn)代化發(fā)展，經(jīng)過了幾十年數(shù)代人的努力我國成了名符其實的鋼鐵大國，鋼產(chǎn)量一直居于世界首位。面對熱軋帶鋼生產(chǎn)中的表面質(zhì)量問題，國內(nèi)許多大型企業(yè)獨立或者與高校合作，做出了大量關(guān)于帶鋼表面缺陷控制問題的研究。針對不同的生產(chǎn)需求，各熱軋帶鋼生產(chǎn)車間的工藝流程可能會有一些細節(jié)上的差別，但其基本工藝流程幾乎是相同的。因此對中厚板軋制過程中表面質(zhì)量問題的控制技術(shù)的研究有很重要的意義。根據(jù)前文中對中厚鋼板的表面質(zhì)量缺陷的介紹可知，中厚鋼板生產(chǎn)工藝的每一個流程操作不當(dāng)都有可能導(dǎo)致表面缺陷的產(chǎn)生。中厚板的加熱工藝中，根據(jù)不同鋼種和質(zhì)量要求，采用合理的加熱工藝，控制合適的加熱

32、溫度和時間可以有效控制飛翅和邊部過燒缺陷的形成。粗軋、精軋工藝中，加強鋼坯的除鱗控制工藝可以有效避免表面缺陷的產(chǎn)生；加強板形控制，采用合理的輥型配置，采用邊部保溫，避免邊部溫度的突降可以防止邊裂；保持軋輥冷卻水的均勻，加強輥面質(zhì)量的檢查與控制，避免輥面氧化膜脫落，可以有效防止麻點、邊部粗糙；根據(jù)鋼種特性，優(yōu)化軋制工藝及軋制模型，避免軋制過程中出現(xiàn)局部應(yīng)力集中，可以有效防止縱裂、橫裂與龜裂的產(chǎn)生。為了減少或防止表面缺陷的產(chǎn)生，可對現(xiàn)有中厚板各生產(chǎn)工序過程進行工藝優(yōu)化，主要的工藝優(yōu)化措施如圖 5-1 所示。圖 5-1 中厚板生產(chǎn)工藝的優(yōu)化示意圖102.5.1 在線板坯表面質(zhì)量檢測入爐前對板坯表面質(zhì)

33、量缺陷部位進行清理，可以有效避免鋼板表面質(zhì)量問題。板坯表面缺陷的檢測分為人工檢測和自動檢測兩種方式。人工檢測存在勞動強度大、很難實現(xiàn)在線檢測、不能保證缺陷完全被檢測出等缺點。為了提高效率，保證板坯的缺陷檢測率，建議采用板坯表面缺陷自動檢測系統(tǒng)。板坯表面質(zhì)量檢測系統(tǒng)是一種基于機器視覺、采用模塊化設(shè)計的系統(tǒng)，在線表面質(zhì)量檢測系統(tǒng)示意如圖5-2所示。圖5-2為上表面檢測示意圖，下表面檢測與之相同。通過控制臺( 即顯示終端) 可以觀察到缺陷的在線檢測結(jié)果，并且可以調(diào)出缺陷的歷史數(shù)據(jù)進行分析。圖 5-2 在線表面質(zhì)量檢測系統(tǒng)示意圖102.5.2 加熱爐加熱控制板坯在加熱爐內(nèi)加熱時，影響板坯氧化的原因主要

34、有加熱溫度、加熱時間、空燃比等。加熱溫度過高、時間過長、空燃比過大時，將會造成氧化鐵皮又厚又黏，難以清除，軋制時就會引起大塊狀的氧化鐵皮壓入。因此，在加熱工序中應(yīng)對加熱溫度、加熱時間、空燃比等進行嚴(yán)格的控制。為達到精確控制爐溫的目的，燒嘴采用脈沖燃燒控制，即控制每個燒嘴的燃燒時間，使加熱爐的每個燒嘴都在其最佳工況下運行，從而保證爐內(nèi)溫度的均勻性，實現(xiàn)自動精確控制爐溫，確保在工況波動下仍可高精度控制爐溫；通過燃燒控制模型的設(shè)定，將板坯的加熱時間嚴(yán)格控制在允許范圍內(nèi)；根據(jù)煤氣熱值對應(yīng)的最佳空燃比配置和熱值波動，及時調(diào)整空燃比及爐內(nèi)氣氛，減少加熱爐內(nèi)氧氣含量，空燃比一般不超過2:1；保證加熱爐內(nèi)爐壓

35、為微正壓狀態(tài)，約為 5 6 Pa，防止形成負(fù)壓而吸入冷風(fēng)。2.5.3 除鱗系統(tǒng)的優(yōu)化板坯在加熱過程中生成的一次氧化鐵皮和在軋制過程中生成的二次氧化鐵皮如果不能有效消除，就會壓入軋件表面，形成麻點和氧化鐵皮壓入等表面缺陷，從而嚴(yán)重影響鋼板的表面質(zhì)量。一次氧化鐵皮通過設(shè)置在加熱爐后的粗除鱗裝置清除，二次氧化鐵皮通過設(shè)置在軋機入口側(cè)和出口側(cè)的除鱗集管清除。板坯或鋼板表面氧化鐵皮能否清除干凈，高壓水打擊力是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。2.5.3.1 高壓水打擊力與射流壓力的平方根成正比在除鱗系統(tǒng)壓力許可范圍內(nèi)可通過提高射流壓力的方法來增強除鱗效果。板坯高壓水粗除鱗的系統(tǒng)壓力高達 30 MPa，可除掉高合金鋼表面難以

36、去除的高黏性氧化鐵皮。但對于普通品種，采用 25 MPa 的系統(tǒng)壓力已可以滿足除鱗要求。因此，高壓水除鱗泵站可采用 30 MPa 和 25 MPa 組合的方式，使用時根據(jù)鋼種的除鱗需要進行切換，與全 30 MPa 系統(tǒng)相比，可提高泵站的使用壽命，降低能耗，減少投資。2.5.3.2 高壓水打擊力與射流流量成正比基于高壓水打擊力與射流流量成正比關(guān)系，流量的改變必須通過噴嘴的孔徑來實現(xiàn)。在射流壓力滿足氧化鐵皮破碎的條件下，適當(dāng)提高射流流量可增大打擊力，也可提高射流的沖刷能力。但流量增大，板坯表面的溫降會加大，一般要求除鱗溫度降幅小于20 。因此，在實際除鱗集管設(shè)計時，要結(jié)合噴嘴選型、布置、壓力及對溫

37、降的影響等因素，綜合考慮后設(shè)定合理的射流流量。2.5.4 中間環(huán)節(jié)在鋼板軋制完畢到進入預(yù)矯直機的這段過程中，鋼板表面由于高溫還會產(chǎn)生細小的氧化鐵皮，若直接送到預(yù)矯直機，就會將氧化鐵皮壓入鋼板表面里或粘結(jié)到矯直輥上，影響鋼板的表面質(zhì)量。針對這一問題，在矯直機的入口設(shè)置矯直前除鱗裝置。該除鱗系統(tǒng)具有小流量、中等壓力的特點，既可有效清除鋼板表面的細小氧化鐵皮，又不至于產(chǎn)生大的溫降，可以保證矯直效果。矯直前除鱗系統(tǒng)的壓力可與軋機機上除鱗相同或稍低；高壓水流量應(yīng)考慮軋后鋼板厚度，防止除鱗過程鋼板溫降過大導(dǎo)致鋼板組織發(fā)生變化，避免影響鋼板的性能；噴射距離的選取應(yīng)充分考慮軋后鋼板的翹頭或扣頭等影響，可設(shè)置夾

38、送(壓頭) 裝置避免翹頭鋼板撞擊除鱗集管和噴嘴。2.6評述2.6.1 中厚板軋制表面質(zhì)量的控制中厚板生產(chǎn)過程中由于工藝參數(shù)等問題的控制不當(dāng)或者軋制生產(chǎn)之前的坯料質(zhì)量過差，容易形成表面凸塊、劃痕、裂紋和網(wǎng)紋等質(zhì)量問題。這些質(zhì)量問題很大程度的影響到了中厚板的質(zhì)量提升，嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷甚至使得中厚板鋼材無法達到使用要求而報廢。因此對表面質(zhì)量控制的研究具有重要意義。對于軋制過程中中厚板所出現(xiàn)的質(zhì)量問題，可以分為內(nèi)因和外因兩大類，其中外因一般與軋輥的質(zhì)量和選用是否恰當(dāng)有直接聯(lián)系；內(nèi)因則主要是指中厚板生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的氧化鐵皮或者中厚板中的非金屬夾雜物有關(guān)。其中氧化鐵皮按照化學(xué)成分可以分為三氧化二鐵、四氧化三

39、鐵和氧化鐵14。這些氧化鐵皮由于在加工過程中需要對其進行清除。但是氧化鐵是在以上氧化物中處于最里面的氧化物。在清除的過程中屬于較難清理干凈的一類。因此殘留的氧化物在加工過程中會造成表面質(zhì)量損傷；而非金屬夾雜則與鋼坯的質(zhì)量有關(guān)，它們主要是在冶煉、澆注過程中所帶入的。當(dāng)板坯在加熱爐中加熱時，耐火磚等材料剝落進而被軋輥軋入板面同樣也會產(chǎn)生非金屬夾雜。非金屬夾雜主要產(chǎn)生的缺陷是表面夾雜，而在表面質(zhì)量問題中的其他缺陷，如：表面麻點、表面氧化鐵皮壓入、表面結(jié)疤等，很大程度上是由于氧化鐵的緣故。因此學(xué)術(shù)方面有很多的關(guān)于中厚板氧化鐵的控制問題的論文和期刊。2.6.2 中厚板軋制表面質(zhì)量的改進為了提高中厚板軋制的表面質(zhì)量，需要對軋制工藝進行優(yōu)化，同時提高板坯的質(zhì)量和提高軋制設(shè)備的質(zhì)量。在軋制設(shè)備方面，采用合適的軋機且需要選擇合適的軋輥，并對軋輥表面質(zhì)量進行實時監(jiān)控以防在軋制過程中出現(xiàn)軋輥表面剝落從而出現(xiàn)軋制過程中周期性的凸塊。在優(yōu)化軋制工藝方面，主要的措施包括：