摘 要:采用宏观观察、化学成分分析、金相检验、能谱分析等方法,并结合钢板的生产工艺,对 钢板表面出现翘皮缺陷的原因进行分析。结果表明:铸坯在热轧期间的高温阶段,产生了粗轧辊裂 纹,并在后续轧制过程中,裂纹继续扩展,最终在钢板表面形成了翘皮缺陷。
关键词:Q235B钢;钢板;翘皮缺陷;粗轧辊
中图分类号:TG115.2 文献标志码:B 文章编号:1001-4012(2022)09-0042-03
解决钢板表面缺陷问题一直是钢铁企业技术研 究的重点工作之一[1-2]。钢板表面出现质量问题会 使产品降级,严重时会直接将产品判废,给企业造成 巨大的经济损失。因此,对产品表面缺陷的产生原 因进行分析,并提出相应的改进措施,可以减少经济 损失,提升产品效益。
对265片表面存在翘皮缺陷的 Q235B 钢板按 照厚度进行统计,其中厚度为12mm 的有165片, 厚度为14mm 的有7片,厚度为22mm 的有2片, 厚度为35mm 的有1片。笔者采用宏观观察、化学 成分分析、金相检验、能谱分析等方法,并结合钢板 的生产工艺,对 Q235B钢板表面出现翘皮缺陷的原 因进行了分析,并提出了工艺改进的方向,以避免该 问题再次发生。
1 理化检验
1.1 宏观观察
钢板表面翘皮缺陷的宏观形貌如图1所示。由 图1可知:可见翘皮缺陷沿钢板宽度方向分布,沿轧 制方向的宽度约为400~600mm,且沿轧制方向分 布无明显规律;翘皮的一端与基体相连,另一端为自 由端,呈波浪弧线状,如鳞片般翘起;缺陷严重处的 翘皮已经呈条形弯曲不规则状,且即将剥离或已剥 离钢板表面仅留下凹坑。
1.2 化学成分分析
从表面存在翘皮缺陷的 Q235B钢板取样,利用 直读光谱仪对试样进行化学成分分析,结果如表1 所示,可见试样的化学成分符合 GB/T700—2006 《碳素结构钢》的要求。
1.3 金相检验及能谱分析
选取 表 面 存 在 翘 皮 缺 陷 且 翘 皮 尚 未 脱 落 的 Q235B钢板,沿垂直于翘皮缺陷延展方向取样,将 试样切割、磨抛后对其进行金相检验,结果如图2所 示。由图2可知:缺陷处翘起部位与基体间未完全 分离,根部仍有连接,且此位置存在高温 Fe2O3,周 围有极少量的氧化圆点[3-4] ;翘起部位与基体间夹有 两层 Fe2O3,分别附着于分开的翘皮及基体表面位 置,且每层 Fe2O3 中都能观察到 FeO 及 Fe3O4 层, 其中 FeO 层与基体和翘皮相连接,Fe3O4 层附着在 FeO 层外;试样组织为铁素体+珠光体,为正常组 织,缺陷周围区域脱碳不明显,但在翘皮一侧的晶粒 略有长大。
利用能谱仪对翘皮缺陷周围区域的氧化圆点进 行分析,发现氧化圆点主要成分为 FeMnO3,是典型 的高温氧化产物(见图3)。
2 综合分析
经上述理化检验分析可知,钢板表面缺陷的一 侧与基体相连,未发现扩展的裂纹,翘起部分的组织 与基体相近,并非氧化铁皮,故判定该缺陷为翘皮缺 陷,不是裂纹或异物压入缺陷;缺陷与基体之间衔接 处存在 Fe2O3,周围存在极少量的氧化圆点。氧化 圆点产生的原因为:在高温(约1000 ℃)干燥环境 中,金属材料中的 Si,Mn元素经过高温氧化,形成 了圆点状氧化物,即氧化圆点。随着加热温度的升高,保温时间的延长,氧化圆点的数量也随之增加。 在高温条件下,当钢板表面出现缺陷时,缺陷处的氧 势会比其他位置的高,氧化圆点在该部位更易产生 并聚集。在缺陷周围观察到大量氧化圆点时,表明 在前一道加热工序前,缺陷可能已经存在,而在高温 水蒸气环境中,Si,Mn元素的氧化速率会随着水蒸 气的增加而变大,因此,在不具备足够的保温时间 时,钢板也会出现少量的氧化圆点[5]。
该 Q235B 钢板缺陷周围存在的少量氧化圆点 可能产生于原始坯料的表面,也有可能产生于钢板 的高温轧制阶段。因翘皮缺陷与基体分离位置的表 面均附着有 FeO 和 Fe3O4 组成的氧化皮,且两层氧 化皮呈背对背贴合,故可以判断缺陷是在产生氧化 皮后形成的,结合氧化圆点的判断结果,推断缺陷可 能是在粗轧阶段产生的。缺陷处的翘起部分晶粒稍 有长大,且无明显的金属流变,进一步说明缺陷是在 高温阶段形成的。
3 工艺检查
因缺陷是在高温阶段产生的,且可能产生于粗 轧阶段,故对钢板的现场加热工艺流程进行检查。 该 Q235B钢板的要求出钢温度为1120~1180℃,实际出钢温度为1150~1165 ℃,可见出钢温度满 足工艺要求。
对缺陷产生期间所用的粗轧辊进行宏观观察, 发现粗轧辊沿着轴向分布有一条长约2.2 m、宽度 约10cm 的龟裂区域,裂纹开口较大且有一定深度, 属于较为严重的开裂(见图4)。
钢板在压下轧制过程中,钢板表面与粗轧辊的 裂纹面相接触,且钢材在高温阶段具有很好的塑性, 所以容易被压入粗轧辊的裂缝中,并在钢板表面形 成小凸起。在后续轧制过程中,受钢板压下量的影 响,一部分凸起保留了下来,被碾压成舌状,经过扩 展、延伸,最终形成了翘皮缺陷,另一部分凸起在碾 压过程中形成条状,最终脱落。钢板的变形量越大, 缺陷表现得越明显,所以钢板越薄,越易产生缺陷。
4 结论及建议
该 Q235B钢板表面翘皮缺陷产生的原因是:钢 板热轧段的粗轧辊表面存在严重的龟裂现象,在高 温阶段钢材因塑性高而被压入粗轧辊的裂缝中,并 在后续轧制过程中形成了翘皮,且翘皮脱落后形成 了凹坑。
建议对轧制过程中的所有轧辊进行检查并及时 更换,以避免该类翘皮缺陷的产生,降低因产品降级 或报废而产生的直接经济损失。
参考文献:
[1] 赵鹏,潘清红,邹宗树.Q235钢板表面裂纹形成原因 分析[J].理 化 检 验 (物 理 分 册),2016,52(3):210- 212.
[2] 吴晓燕,朱立光,梅国宏,等.钢板表面翘皮缺陷的特 征与成因 分 析 [J].热 加 工 工 艺,2017,46(11):238- 241.
[3] 王畅,于洋,王林,等.不同钢种氧化圆点形成规律研 究[J].矿冶,2015,24(增刊1):118-121.
[4] 刘晓凤,孙彬,王建明,等.热轧时钢铁材料高温氧化 铁皮的研 究 进 展 [J].热 加 工 工 艺,2018,47(1):10- 14.
[5] 汪净.常规热连轧粗轧工作辊磨损分析与应用[J].中 国冶金,2018,28(5):54-57.