熱軋帶鋼翹皮缺陷的成因分析

張彥鵬，閆 萍，吳玉霄

（1.河鋼唐鋼不銹鋼有限公司，河北063000；2.河鋼樂亭鋼鐵有限公司，河北063000）

0 引言

熱軋帶鋼的生產(chǎn)過程中，翹皮類缺陷是造成產(chǎn)品質(zhì)量問題的主要缺陷之一。翹皮類缺陷形成的原因多種多樣，發(fā)生率較高，且不易控制，嚴重影響了產(chǎn)品的表面質(zhì)量。通過對1 580 mm熱軋生產(chǎn)線發(fā)生的質(zhì)量問題的統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)翹皮類缺陷總占比17.3%，其中IF鋼產(chǎn)生翹皮類缺陷的比例占總比例的44.7%，情況比較嚴重。為了降低翹皮缺陷的產(chǎn)生比例，我們結(jié)合1 580 mm熱軋生產(chǎn)線的生產(chǎn)條件和缺陷的特征對翹皮類缺陷的成因進行探究分析，討論可能產(chǎn)生缺陷的幾種因素，為后續(xù)的生產(chǎn)和質(zhì)量分析提供參考。1 580 mm熱軋生產(chǎn)線缺陷占比見圖1，不同鋼種的翹皮缺陷比例見圖2。

1 翹皮缺陷的形貌特征分析

翹皮產(chǎn)生的缺陷大多數(shù)都分布在帶鋼兩側(cè)距離邊部5～40mm處，還有一種是分布在非邊部位置，分布在邊部位置的缺陷形態(tài)也有不同。圖3為幾種典型翹皮缺陷照片。

從圖 2（c）和（d）的翹皮形貌上看到，兩種翹皮均呈長條狀或者線狀，而且同一卷鋼距邊部的位置相對固定，翹皮又長由直，帶鋼熱軋過程中邊部約束非常明顯，這可能與帶鋼熱軋過程中邊部立輥側(cè)壓或者設(shè)備剮蹭有一定聯(lián)系，但剮蹭是畢竟是偶發(fā)現(xiàn)象，因此翹皮形貌與熱軋立輥側(cè)壓有很大關(guān)系。兩個系列鋼種翹皮有普遍性也有特殊性，Ⅰ類邊部缺陷呈現(xiàn)“淺”、“連續(xù)”特點；而Ⅱ類邊部缺陷較深，在翹皮處可以明顯看到有析出相存在；兩類翹皮呈現(xiàn)的形貌不同，從側(cè)面說明了邊部翹皮的形成原因也有所區(qū)別。

通過對不同位置和形貌的缺陷做能譜分析對比，大致可以得到兩種不同的結(jié)果，如圖3（a）和（b）是兩種典型的能譜圖，從（a）圖可以看出，缺陷處的成分為O和Fe，證明為鐵的氧化物；（b）圖上顯示的成分除了O和Fe外還有Mg、Ca、Na等，這些成分和連鑄結(jié)晶器的保護渣的成分相近，由此可以推斷

圖2 某1580熱軋生產(chǎn)線缺陷占比

圖2 不同鋼種的翹皮缺陷比例

圖4 （a）帶鋼邊部缺陷；（b）非邊部缺陷；（c）Ⅰ類邊部缺陷；（d）Ⅱ類邊部缺陷

這類翹皮的產(chǎn)生是由于鑄坯表層在連鑄工序發(fā)生卷渣，在隨后的熱軋工序中受到碾壓形成的。

圖5翹皮缺陷的能譜成分分析結(jié)果

2 缺陷的影響因素及預(yù)防措施

產(chǎn)生翹皮缺陷的原因有很多，有可能是上游煉鋼和連珠工序造成的夾渣、皮下氣泡、坯子角裂等，也有可能是軋制過程中由于立輥表面粘鋼、側(cè)導板磨損出深溝或者卷箱穩(wěn)定器和層冷輥道粘鋼等因素對帶鋼造成了剮蹭而導致的。但不同原因造成的翹皮缺陷可以通過位置、形貌進行大致的判斷。

2.1 連鑄工序的影響

（1）通過圖3（b）可以看出，缺陷處的能譜成分主要是 Ca、Mg、Na、Fe的氧化物，這種缺陷主要產(chǎn)生于連鑄生產(chǎn)工序的夾渣，無法通過后續(xù)軋制工藝消除此類翹皮缺陷的產(chǎn)生。因此此類缺陷要從連鑄工序進行控制，需要經(jīng)常檢查結(jié)晶器水口情況和連鑄保護渣的情況，防止因水口的損壞或保護渣質(zhì)量問題造成的卷渣。

（2）因連鑄工藝控制不當造成的鑄坯角裂也會導致板帶鋼翹皮缺陷的產(chǎn)生，這種邊角部裂紋在加熱爐內(nèi)加熱和保溫時，縫隙中殘留的空氣會與鋼坯中的Si、Mn、Al等易氧化元素發(fā)生氧化反應(yīng)，因而在氧化鐵皮周圍出現(xiàn)二次氧化現(xiàn)象[1]，產(chǎn)生氧化圓點，若溫度和保溫時間足夠長的話，在裂紋附近還會出現(xiàn)脫碳現(xiàn)象。對于鑄坯的邊部裂紋可以通過局部修磨和切除來避免對表面質(zhì)量的影響。

值得注意的是，氧化圓點的產(chǎn)生雖然需要較高的溫度，但并不只在煉鋼流程產(chǎn)生，可以通過氧化圓點的尺寸來判斷其產(chǎn)生的工序，鑄坯自帶的裂紋在加熱爐內(nèi)長期加熱保溫產(chǎn)生的氧化圓點尺寸較大，最大可達10 μm；熱軋工序產(chǎn)生的氧化圓點，由于氧化溫度低、時間短等因素的影響，最大尺寸僅3～5 μm[2]。

2.2 加熱爐工序的影響

有些鋼種在軋制時要求開軋溫度高、而且要均勻，這就需要提高加加熱爐的燒鋼溫度和延長加熱時間，如果操作不當，容易造成板坯在高溫區(qū)出現(xiàn)兩端彎曲，嚴重時可剮掉固定梁上面的滑塊，脫落滑塊的固定梁會劃傷后續(xù)板坯表面，造成成品翹皮缺陷。這種翹皮缺陷一般只發(fā)生在帶鋼表面，而且位置偏一側(cè)，可以和爐內(nèi)滑塊掉落位置對應(yīng)。

如何避免這種翹皮缺陷的發(fā)生，這就需要操作人員根據(jù)加熱爐內(nèi)的步進梁的位置，合理確定板坯長度和布料位置，通過加強觀察及時發(fā)現(xiàn)問題、及時處理問題，減少此類皮料剮蹭造成的缺陷。

2.3 軋線設(shè)備的影響

（1）通過圖3（a）可以看出，缺陷處的能譜成分主要是O、Fe，主要是Fe的氧化產(chǎn)物，這種情況，缺陷主要是在熱軋的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的，多發(fā)生在帶鋼的邊部。常見的對帶鋼邊部造成影響的設(shè)備主要有飛剪前側(cè)導板、卷箱前側(cè)導板、卷箱穩(wěn)定器、精軋入口側(cè)導板及立輥等。上述設(shè)備經(jīng)過長期的使用，會產(chǎn)生嚴重的磨損，若未及時打磨或更換可能會造成粘鋼、掛絲，導致帶鋼邊部產(chǎn)生翹皮缺陷。因此要經(jīng)常對上述設(shè)備進行檢查，發(fā)現(xiàn)問題要及時打磨或更換。

（2）熱軋過程中，立輥側(cè)壓量同樣對帶鋼邊部翹皮有嚴重影響。使用立輥進行調(diào)寬時，由于寬度調(diào)節(jié)量遠小于板坯寬度，因此變形不可能全部傳遞到板坯的中間位置，就會形成邊部偏厚的“狗骨頭”形狀，粗軋中間坯邊部產(chǎn)生凸起，凸起部位在冷卻水的沖擊下溫度降低，進入低塑性區(qū)，在隨后的軋制時發(fā)生局部撕裂，表現(xiàn)為線性翹皮。調(diào)寬量較小或較大時缺陷發(fā)生率都比較低，主要原因是：調(diào)寬量較小時可以減少邊部凸起量；調(diào)寬量較大時，變形可進一步的傳遞到板坯的中間位置，也可以降低邊部凸起量；而調(diào)寬量在中間某一值時，缺陷發(fā)生率比較高。調(diào)寬量與翹皮缺陷之間整體趨勢呈正態(tài)分布[3]。

因此，優(yōu)化立輥側(cè)壓量是解決翹皮問題的一個手段，應(yīng)針對不同鋼種制作立輥道次壓下量與邊部缺陷等級曲線，優(yōu)化道次側(cè)壓量負荷分配，避開缺陷多發(fā)區(qū)。

（3）立輥兩側(cè)的對中度不一致也會因中心線偏差導致邊部翹皮質(zhì)量缺陷。傳統(tǒng)的立輥標定方法是通過立輥夾持標準寬度板坯來進行標定，但無法確定立輥兩側(cè)的對中度。為確定立輥的對中度，可以先使用機前側(cè)導板夾持糾正板坯歪斜后，將立輥打到一定開口度，分別測量兩側(cè)立輥輥面距離板坯邊部的最小距離，兩側(cè)測量值加上標準坯一半寬度作為標定值，可提高立輥對中精度。

2.4 溫度制度的影響

對出現(xiàn)邊部翹皮的IF鋼的溫度控制進行了統(tǒng)計分析，結(jié)果表明，當粗軋道次的平均溫度控制在1 082℃以上的時候，可以極大的降低翹皮缺陷的比例。熱軋生產(chǎn)過程中，邊部散熱快、溫降大，中間坯中心部位的溫度一般要比邊部高100℃左右，高的軋制溫度的主要目的是提高帶鋼邊部溫度。Ti-IF鋼的Ar3點一般為900℃左右[2]，若軋制過程中邊部溫度低于此溫度，就會導致邊部提前發(fā)生相變，進而導致邊部塑性降低，一旦變形量超出其塑性極限，就會形成邊部裂紋，這種裂紋會在隨后的軋制變形過程中形成翹皮。

提高軋制溫度雖然可以提高板坯塑性，降低軋制力，減少邊部翹皮的產(chǎn)生，但是過高的溫度會增加加熱爐的負擔，浪費燃料、增加燒損，還會影響帶鋼的機械性能；若加熱溫度過高或者保溫時間過長，還有可能會造成過熱、過燒等加熱缺陷，極大的影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此制定合適的溫度制定是提高產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要方法。

（1）板坯的加熱溫度要控制在一定的范圍內(nèi)，在保證邊部溫度的前提下不易過高，板坯的加熱時間也不宜過長，否則會使奧氏體晶粒粗大，導致帶鋼性能降低；

（2）選擇合理的軋制工藝來減少邊部的溫降?？梢酝ㄟ^減少粗軋冷卻水的道次、使用熱卷箱、增加保溫罩或者邊部加熱器等設(shè)備來進行控制。

3 結(jié)論

通過對熱軋板翹皮缺陷的形貌、能譜成分和熱軋線實際生產(chǎn)狀況的分析，得出以下結(jié)論：

（1）連鑄坯本身的質(zhì)量缺陷，例如夾渣、角裂等，會導致翹皮的產(chǎn)生，從抽查的連鑄坯形貌上來看，有些鑄坯確實存在一些角部裂紋，質(zhì)量的遺傳效應(yīng)不可忽視。

（2）板坯軋制溫度的控制和寬度壓下量對帶鋼的邊部翹皮缺陷有著重大影響，合理制定相關(guān)的工藝參數(shù)是解決翹皮問題的重要手段。

（3）軋區(qū)設(shè)備的狀態(tài)也是翹皮是否產(chǎn)生的關(guān)鍵，加強相關(guān)設(shè)備的維護與檢查應(yīng)作為減少翹皮缺陷的手段之一。