冷軋用帶鋼質(zhì)量分析及冷軋前工藝優(yōu)化

供稿|閆紹維，白連臣，劉作金，劉景元 / YAN Shao-wei, BAI Lian-chen, LIU Zuo-jin, LIU Jing-yuan

冷軋用帶鋼作為河北唐銀鋼鐵有限公司(簡(jiǎn)稱公司)的主打產(chǎn)品，鋼種涉及Q195、Q215、Q235等。高性能的冷軋用帶鋼產(chǎn)品使用范圍涵蓋了黑退、鍍鋅、光亮、冷硬及深沖、拉拔等多個(gè)深加工領(lǐng)域。其中黑退帶鋼是指冷軋帶鋼直接加熱到退火溫度，表面顏色由于高溫接觸空氣變黑。光亮帶鋼和黑退最大的區(qū)別在于加熱時(shí)未與空氣接觸，用氮?dú)獾榷栊詺怏w一直保護(hù)，表面顏色保持和冷軋帶鋼一樣，還用于表面鍍鎳等表面處理，美觀大方。冷硬帶鋼則是指冷軋后不退火直接使用的帶鋼種類。但是，在公司冷軋用帶鋼投放市場(chǎng)后的使用過程中，先后出現(xiàn)了冷軋起皮、麻坑、帶鋼尺寸超差、冷軋邊浪、斷帶等質(zhì)量問題。為提高產(chǎn)品質(zhì)量，滿足市場(chǎng)需求，公司技術(shù)部對(duì)上述質(zhì)量缺陷進(jìn)行了原因分析，并在此基礎(chǔ)上對(duì)帶鋼冷軋前的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了改進(jìn)，不僅解決了質(zhì)量問題，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了帶鋼產(chǎn)品的升級(jí)轉(zhuǎn)型，為進(jìn)一步技術(shù)升級(jí)奠定了良好的基礎(chǔ)。

工藝流程

產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題時(shí)，首要工作是深入剖析其工藝流程。公司的帶鋼產(chǎn)品規(guī)格為(1.37~6.0) mm×(232~358) mm，其中以(2.0~3.5) mm×(295~355) mm規(guī)格為主。實(shí)行一爐對(duì)一機(jī)的全保護(hù)澆注方式，連鑄坯規(guī)格為165 mm×(225~280) mm，鑄坯以熱裝為主，部分采取冷裝方式軋制。冷軋用帶鋼生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

圖1 冷軋用帶鋼生產(chǎn)工藝流程

質(zhì)量問題

投入冷軋料市場(chǎng)后，發(fā)現(xiàn)帶鋼存在較明顯的質(zhì)量問題。因而初期的冷軋料產(chǎn)品只能滿足黑退的使用要求，在鍍鋅、光亮、冷硬及深沖、拉拔等多個(gè)深加工領(lǐng)域的使用狀況不夠理想，大大限制了產(chǎn)品的適用范圍。

帶鋼起皮

比較嚴(yán)重的問題當(dāng)屬帶鋼起皮——在母帶經(jīng)酸洗后，隨著冷軋厚度的降低，出現(xiàn)起皮現(xiàn)象，如圖2(a)所示。分析其原因?yàn)椋?)鋼中鉻、鎳等含量過高；2)鋼水潔凈度不夠，需要進(jìn)一步改進(jìn)原料結(jié)構(gòu)、優(yōu)化工藝流程以解決帶鋼起皮問題。

圖2 帶鋼表面質(zhì)量問題

表面麻坑

冷軋過程中，帶鋼表面有時(shí)會(huì)出現(xiàn)麻坑或凹陷，典型的表面麻坑如圖2(b)所示。這種麻坑或凹陷(尤其是宏觀形貌沒有明顯裂痕的連續(xù)狀凹陷)一般是由于鑄坯加熱之后熱軋之前表面氧化鐵皮沒有去除干凈，熱軋過程中氧化鐵皮壓入帶鋼表面造成的[1]。

精度較差

帶鋼產(chǎn)品精度較差主要表現(xiàn)為寬度控制誤差范圍大和大尺寸帶鋼三點(diǎn)厚度差不理想兩方面。公司帶鋼生產(chǎn)采用的是三段連續(xù)式加熱爐，鋼坯出加熱爐時(shí)存在明顯的黑腰現(xiàn)象，從而導(dǎo)致產(chǎn)品通條差控制不精確。另外，公司寬帶鋼生產(chǎn)采用強(qiáng)展軋制模式熱軋165 mm×280 mm斷面鋼坯是造成三點(diǎn)厚度差不理想的主要原因。

冷軋邊浪

在單機(jī)架冷軋過程中，帶鋼出現(xiàn)“邊浪”現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為帶鋼邊部不平整，呈現(xiàn)波浪狀起伏。部分波浪嚴(yán)重的帶鋼甚至出現(xiàn)邊部裂紋，導(dǎo)致軋制過程中出現(xiàn)斷帶問題。冷軋邊浪如圖3所示。

圖3 冷軋邊浪照片

取樣分析

為深入分析冷軋用帶鋼產(chǎn)生質(zhì)量問題的根本原因所在，分別提取出現(xiàn)邊浪問題的帶鋼及軋制情況較好的帶鋼為樣本，進(jìn)行成分、硬度、金相等比對(duì)分析。

成分與硬度

從表1可以清晰地看到，材質(zhì)中除了Mn含量有較大差異，其余各元素含量都差別不大。出現(xiàn)邊浪的1#和2#帶鋼試樣與正常帶鋼試樣相比，材質(zhì)中Mn的含量比正常試樣低，分別低了0.14%和0.15%。

Mn作為強(qiáng)度貢獻(xiàn)元素，一般認(rèn)為Mn含量越低，帶鋼硬度應(yīng)越低。硬度分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果也驗(yàn)證了此觀點(diǎn)，詳見表2。

表1 帶鋼成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))%

表2 帶鋼硬度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

從表2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，正常帶鋼平均硬度值為HRB65.9，分別比出現(xiàn)邊浪的1#和2#試樣高出8.7和11.1。同時(shí)正常帶鋼的晶粒度為8.5級(jí)，比邊浪試樣高0.5級(jí)。因此，邊浪試樣與正常試樣相比，存在硬度低、晶粒度小的特點(diǎn)。

金相分析

從圖3可以清楚地看出，產(chǎn)生邊浪的帶鋼存在珠光體偏多并沿晶界分布的情況，初步分析認(rèn)為有可能是冷卻速度偏快引起的，但在采取緩冷措施后邊浪缺陷仍未消除，由此發(fā)現(xiàn)[Mn]含量對(duì)帶鋼組織具有重要影響。

改進(jìn)措施

成分調(diào)整

通過對(duì)樣本及各項(xiàng)檢驗(yàn)結(jié)果的分析，發(fā)現(xiàn)Mn含量是決定冷軋帶鋼質(zhì)量的重要因素。Mn含量偏低，在現(xiàn)有工藝條件下容易造成鐵素體、珠光體組織結(jié)構(gòu)不合理，使得軋制過程中帶鋼中心與邊部延伸率不同，進(jìn)而在冷軋過程形成邊浪，嚴(yán)重的還會(huì)出現(xiàn)邊裂或邊部毛刺現(xiàn)象。在連續(xù)軋制的張力作用下，邊裂進(jìn)一步擴(kuò)展，最終造成了冷軋斷帶現(xiàn)象。另外，適當(dāng)提高鋼中Mn的含量，能促進(jìn)A3和A1溫度下降[2]，有利于提高鋼材塑性及改善加工成型性。因此，為了提高冷軋用帶鋼的質(zhì)量，提高了其中Mn的含量，具體成分調(diào)整情況如表3所示。

成分調(diào)整后，通過金相分析，帶鋼組織獲得一定改善，再未出現(xiàn)冷軋邊浪和斷帶問題，如圖4所示。

轉(zhuǎn)爐工藝改進(jìn)

鋼水潔凈度及微量元素含量對(duì)帶鋼深加工性能有重要影響。因此，對(duì)轉(zhuǎn)爐工序進(jìn)行工藝優(yōu)化改進(jìn)，提高鋼水潔凈度。

1) 嚴(yán)格鐵水及原料成分要求。為提高鋼水純凈度，對(duì)帶鋼產(chǎn)品用鐵水、鐵塊等原料成分提出了更為嚴(yán)格的要求?？刂艭r、Ni等元素含量，限制鋼中[Cr]≤0.10%、[Ni]≤0.10%、 [Cu]≤0.10%，減輕微量元素對(duì)鋼加工性能的影響，解決了帶鋼起皮問題。

2) 改造吹煉氧槍。為降低終點(diǎn)氧含量，提高鋼水潔凈度，開發(fā)研制了集中流束氧槍。利用比傳統(tǒng)氧槍更為集中的氧氣流束，減少反應(yīng)區(qū)散熱，提高氧槍沖擊區(qū)溫度，降低鋼水終點(diǎn)氧化性，有效減少冷軋用帶鋼的鋼中夾雜物，提高鋼水內(nèi)在質(zhì)量。

3) 提高吹煉終點(diǎn)高拉碳率和鋼水溫度合格率。在帶鋼冶煉中，采用高拉補(bǔ)吹法，保證終點(diǎn)高拉碳比例不得小于85%，避免由于后吹造成鋼水潔凈度差。同時(shí)，對(duì)低碳爐次采取增碳劑預(yù)脫氧的方式，減少固態(tài)夾雜物生成量，提高鋼水潔凈度水平。

4) 加強(qiáng)爐后處理。轉(zhuǎn)爐出鋼后的靜吹工藝是促進(jìn)鋼中夾雜物上浮的有力措施。適當(dāng)延長(zhǎng)靜吹時(shí)間，有利于提高鋼水潔凈度。將帶鋼靜吹時(shí)間由過去2 min提高至5 min，達(dá)到了進(jìn)一步深脫氧和改善鋼水可澆性的目的。同時(shí)對(duì)鋼水進(jìn)行鈣處理，硅鈣線加入量0.40 kg/t，促進(jìn)夾雜物變性。將鋼中氧含量由[O]≤80×10-6調(diào)整為[O]≤70×10-6，有效提高了鋼水的潔凈度，提高了帶鋼加工性能。

圖3 金相照片

表3 冷軋帶鋼成分調(diào)整情況(質(zhì)量分?jǐn)?shù))%

圖4 成分調(diào)整后帶鋼金相組織

連鑄工藝改進(jìn)

改善連鑄坯質(zhì)量，以等寬軋制和無缺餡鑄坯為目標(biāo)，提高帶鋼尺寸精度，減少質(zhì)量缺陷。

1) 鑄坯斷面改造，實(shí)現(xiàn)帶鋼等寬軋制。進(jìn)行鑄坯斷面改造，增設(shè)165 mm×330 mm斷面鑄坯用于325~355 mm系列帶鋼生產(chǎn)，不僅避免了帶鋼采用強(qiáng)展工藝的先天缺陷，帶鋼厚度三點(diǎn)差也由0.08 mm減小到0.05 mm以下，尺寸精度獲得明顯改善。

2) 氣水霧化改造，改善鑄坯質(zhì)量。自行設(shè)計(jì)改造了連鑄氣水霧化冷卻系統(tǒng)，降低了對(duì)水質(zhì)的要求，冷卻均勻性大大提高，鑄坯外觀及內(nèi)在質(zhì)量獲得明顯改善，縮孔、中心疏松等各類缺陷基本杜絕。

3) 高液面恒拉速操作，保證鑄坯潔凈度。為減少澆注過程中液面和拉速波動(dòng)造成的鋼水二次污染，規(guī)定連鑄過程中間包液面高度必須保持在400 mm以上，拉速波動(dòng)不得大于0.2 m/min，杜絕低液面澆注和拉速波動(dòng)，使得鑄坯潔凈度得到有效保證。

帶鋼工藝改進(jìn)

1) 改善通條差。將帶鋼精軋導(dǎo)衛(wèi)板由過去比規(guī)格寬度多10 mm調(diào)整為比規(guī)格寬度多6 mm，并在0立和0平、0平和1立中間采用微堆軋制、合理分配三架立軋機(jī)的壓下量等措施，提高了通條寬度精度,帶鋼通條差由原來的5~8 mm降低到1~4 mm。

2) 改善三點(diǎn)差。將中間過程坯厚度控制在36 mm以下，同時(shí)將軋輥肖氏硬度指標(biāo)由HS76提高至HS80，減輕精軋輥工作負(fù)荷與軋輥磨損，帶鋼三點(diǎn)差由0.10 mm減小至0.05 mm。

3) 改善鑄坯加熱均勻性。嚴(yán)格控制加熱爐均熱段溫度1200℃~1300℃，開軋溫度≥1150℃ (鋼溫)。提高加熱質(zhì)量，使鋼坯斷面及長(zhǎng)度方向溫度受熱均勻，特別要求165 mm×330 mm坯型熱裝時(shí)不大于75根/h，冷裝時(shí)不大于55根/h。加強(qiáng)保溫緩冷措施，冬季生產(chǎn)時(shí)粗軋后必須加蓋不少于5組保溫罩，以避免急冷對(duì)板型和鋼組織造成的不利影響。

4) 規(guī)范高壓水除鱗。在鑄坯出加熱爐進(jìn)粗軋或精軋前，分別設(shè)置1道高壓水除鱗裝置，去除鑄坯表面氧化鐵皮，有效解決了帶鋼冷軋麻坑缺陷。

結(jié)束語

通過工藝改進(jìn)，有效提高了冷軋用帶鋼質(zhì)量。

1) 提高鋼中Mn含量，在0.20%~0.30%基礎(chǔ)上提高0.10%后，帶鋼冷軋邊浪和斷帶問題得到有效解決。

2) 帶鋼中微量元素含量高會(huì)造成起皮現(xiàn)象，通過降低原料中微量元素含量，這一問題得到解決。

3) 在轉(zhuǎn)爐工序采取開發(fā)集中流束氧槍，延長(zhǎng)帶鋼靜吹時(shí)間；在連鑄工序進(jìn)行氣水霧化改造，高液面恒拉速控制，使得鑄坯質(zhì)量有效改善，帶鋼產(chǎn)品在鍍鋅、光亮、冷硬及深沖、拉拔等多個(gè)深加工領(lǐng)域使用效果良好。

4) 調(diào)整帶鋼精軋導(dǎo)衛(wèi)精度，采用微堆軋制及合理分配三架立軋機(jī)的壓下量等措施，改善帶鋼通條差。

5) 控制中間過程坯厚度，提高軋輥肖氏硬度指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)三點(diǎn)差的改善。

6) 規(guī)范高壓水除鱗，有效解決帶鋼冷軋麻坑缺陷。

[1] 欒兆亮，焦 紅，張玉華，等. 熱軋低碳帶鋼實(shí)物質(zhì)量分析與提升.山東冶金，2007(6)：40-43.

[2] 吳承建，陳國(guó)良，強(qiáng)文江. 金屬材料學(xué). 北京：冶金工業(yè)出版社，1995.