管線鋼邊部黑線成因分析及改善

王軍榮，尋之安，李強(qiáng)剛，祝傳春

(日照鋼鐵控股集團(tuán)有限公司鋼鐵研究發(fā)展處，山東 日照 276806)

熱軋卷板表面缺陷是制約板卷質(zhì)量的一個(gè)重要因素，由于表面質(zhì)量問(wèn)題，每年會(huì)有大量產(chǎn)品降級(jí)改判，給企業(yè)帶來(lái)很大經(jīng)濟(jì)損失。在目前產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)激烈的環(huán)境下，產(chǎn)品質(zhì)量是一個(gè)企業(yè)生存和持續(xù)發(fā)展的根本，也是提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的必備條件。伴隨著管線鋼需求量日益增大，用戶不僅對(duì)產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量提出嚴(yán)格要求，也對(duì)表面質(zhì)量提出更高標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有優(yōu)良外觀質(zhì)量的鋼卷是不被用戶認(rèn)可的。

本文針對(duì)生產(chǎn)管線鋼過(guò)程中出現(xiàn)的“黑線”缺陷進(jìn)行了排查分析、工藝改進(jìn)試驗(yàn)，最終找出了缺陷產(chǎn)生根源，并制定出有效防范措施，杜絕了此類缺陷的再次發(fā)生。

1 管線鋼生產(chǎn)工藝

管線鋼現(xiàn)行生產(chǎn)工藝如下：鐵水預(yù)脫硫→轉(zhuǎn)爐冶煉→爐外精煉→(RH真空爐)→連鑄→加熱→粗軋(2輥可逆軋機(jī)R1、4輥可逆軋機(jī)R2)→精軋(經(jīng)F1-F7軋制成品要求的帶鋼厚度)→層流冷卻→卷取→取樣檢驗(yàn)→包裝入庫(kù)。

2 邊部黑線的形態(tài)及組織

在生產(chǎn)某批次厚規(guī)格L485M管線鋼期間，出現(xiàn)批量上表面邊部黑線缺陷。在一周內(nèi)的3個(gè)批量計(jì)劃生產(chǎn)該類鋼種過(guò)程中，出現(xiàn)“黑線”缺陷卷數(shù)達(dá)50多卷，缺陷率達(dá)15%以上。表面檢測(cè)儀顯示黑線分布在上表面距邊部20-22 mm內(nèi)，形態(tài)規(guī)則，呈通卷斷續(xù)分布(圖1)。實(shí)物開(kāi)卷檢查，微裂紋，肉眼可見(jiàn)，無(wú)手感(圖2)。通過(guò)取樣金相分析，邊部黑線為裂紋，附近未觀察到聚集分布的夾雜物，裂紋內(nèi)部存在氧化鐵(圖3)，缺陷組織及正常組織均有輕微脫碳現(xiàn)象(圖4)，缺陷出現(xiàn)明顯壓延變形。

圖1 表檢儀顯示

圖2 “黑線”宏觀形貌

圖3 “黑線”微觀形貌

圖4 “黑線”周圍組織

3 邊部黑線缺陷成因分析

3.1 邊部黑線缺陷調(diào)查

回查熱軋廠產(chǎn)品不良品統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)邊部黑線缺陷涉及所有的管線鋼品種，黑線與鋼種無(wú)對(duì)應(yīng)關(guān)系。為弄清邊部黑線產(chǎn)生的具體區(qū)域，通過(guò)對(duì)倒角鑄坯表面、酸洗角樣檢查，未發(fā)現(xiàn)裂紋缺陷。粗軋中間坯表面檢查，發(fā)現(xiàn)兩側(cè)邊部18-22 mm內(nèi)規(guī)則斷續(xù)黑線，說(shuō)明黑線產(chǎn)生于粗軋區(qū)域。

鑒于黑線出現(xiàn)在邊部，安排粗軋立輥不同減寬量對(duì)黑線影響試驗(yàn)，鑄坯均采用倒角鑄坯，根據(jù)生產(chǎn)批次不同，鑄坯采用20 mm、30 mm、40 mm減寬軋制。試驗(yàn)結(jié)果表明，不同減寬量軋制下，黑線缺陷未明顯改善，缺陷位置未發(fā)生改變，說(shuō)明粗軋減寬軋制對(duì)黑線產(chǎn)生關(guān)系不大。

鑄坯形貌檢查，發(fā)現(xiàn)鑄坯內(nèi)弧角部凹陷，形成“凹陷”平臺(tái)(圖5、圖6)，初步判斷邊部黑線缺陷可能由鑄坯內(nèi)弧凹陷在粗軋軋制過(guò)程中產(chǎn)生。

圖5 鑄坯角部凹陷

圖6 凹陷模擬圖

3.2 邊部黑線成因分析

為進(jìn)一步分析邊部黑線是否為鑄坯角部凹陷在熱軋軋制過(guò)程中產(chǎn)生的，現(xiàn)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。采取3種試驗(yàn)對(duì)比方案：①不做調(diào)整角部凹陷鑄坯；②角部凹陷鑄坯上下面翻轉(zhuǎn)；③火焰切除角部凹陷鑄坯。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 邊部黑線對(duì)比試驗(yàn)

試驗(yàn)結(jié)果表明，翻轉(zhuǎn)鑄坯黑線缺陷從上表面轉(zhuǎn)移至下表面，角部凹陷切除鑄坯邊部質(zhì)量正常，無(wú)黑線缺陷，邊部黑線缺陷與鑄坯內(nèi)弧角部凹陷對(duì)應(yīng)，即邊部黑線由凹陷在軋制生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生折疊，壓入鋼板表面形成黑線缺陷[1]。

3.3 板坯內(nèi)弧凹陷成因分析

采用大倒角結(jié)晶器能夠提高鑄坯角部溫度，但會(huì)造成初生的角部凝固殼厚度減薄，高溫強(qiáng)度降低，同時(shí)會(huì)造成結(jié)晶器內(nèi)初始凝固的不均勻，加上鑄坯矯直過(guò)程內(nèi)弧承受拉矯力的作用，從而引起凹陷[2]。不同拉速對(duì)邊部凹陷的影響，見(jiàn)圖7。

由圖7可知，通過(guò)不同拉速對(duì)比，矯直過(guò)程內(nèi)弧承受拉應(yīng)力不盡相同。拉速由1.1 m/min降至1.0 m/min時(shí)，凹陷深度有減輕趨勢(shì)，進(jìn)一步通過(guò)改善方案驗(yàn)證。

圖7 不同拉速下內(nèi)弧凹陷深度測(cè)量

4 改善方案

倒角鑄坯在小斜面靠近板面處有一條凸棱，深度2-3 mm。通過(guò)工藝檢查分析，該凸棱是倒角結(jié)晶器窄面第一排足輥對(duì)結(jié)晶器坯殼夾持過(guò)度，倒角足輥斜面邊部壓迫坯殼所致[3]。

生產(chǎn)管線鋼過(guò)程仍使用大倒角結(jié)晶器，但結(jié)晶器窄面第一排足輥，由大倒角足輥改為普通平輥，所述足輥包括固定輥套以及轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在固定輥套內(nèi)的旋轉(zhuǎn)芯軸，平輥即投用非倒角結(jié)晶器時(shí)的普通輥套。以1600 mm斷面X70M生產(chǎn)控制為例，將寬/窄結(jié)晶器水量設(shè)定為4000/500 m3/h，足輥水按照80/100 m3/h調(diào)整；基于拉速對(duì)內(nèi)弧凹陷深度的影響，拉速按照1.0 m/min設(shè)定，控制倒角面凹陷深度(棱角高度)≤2 mm。改善前后的參數(shù)設(shè)定見(jiàn)表2、表3。

表2 改善前參數(shù)設(shè)定

表3 改善方案參數(shù)設(shè)定

鑄坯軋制后表檢儀和開(kāi)卷檢查均未發(fā)現(xiàn)黑線缺陷，結(jié)果表明該方案澆鑄的板坯倒角面平滑，無(wú)明顯的凹陷(圖7)，軋制后能有效減輕帶鋼邊部黑線(圖8)。

圖7 改善后鑄坯倒角面平滑 圖8 鑄坯改善后鋼卷邊部質(zhì)量

5 結(jié)論

(1)管線鋼邊部黑線由鑄坯凹陷在軋制生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生折疊，壓入鋼板表面形成黑線缺陷。

(2)結(jié)晶器窄面第一排足輥，由大倒角足輥改為普通平輥，能有效消除鑄坯倒角的凹陷，進(jìn)而減輕黑線缺陷的產(chǎn)生。

(3)拉速控制在1.0 m/min，所鑄板坯內(nèi)弧凹陷深度≤2 mm，能有效減輕鋼帶邊部黑線缺陷。