連續(xù)鑄軋生產(chǎn)線熱軋帶鋼表面缺陷產(chǎn)生原因及改進(jìn)措施

劉向明, 朱啟茂, 王 偉, 李 陽

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司, 唐山 063200)

連續(xù)鑄軋將傳統(tǒng)的煉鋼廠和熱軋廠緊密地結(jié)合在一起，具有生產(chǎn)周期短、成本低等優(yōu)勢，單位能耗比常規(guī)熱連軋低約45%，在國內(nèi)外得到快速發(fā)展[1]。某廠新建多模式連續(xù)鑄軋生產(chǎn)線(簡稱 MCCR 生產(chǎn)線)，年產(chǎn)熱軋鋼卷210萬t，于2019年正式投產(chǎn)[2]。在生產(chǎn)初期的產(chǎn)線調(diào)試階段，發(fā)現(xiàn)帶鋼表面存在大量線狀缺陷，影響了產(chǎn)品的質(zhì)量。為找到產(chǎn)生缺陷的原因，筆者利用掃描電鏡對幾種典型的缺陷進(jìn)行了分析，并將結(jié)果與生產(chǎn)現(xiàn)場相結(jié)合，提出了對生產(chǎn)工藝的調(diào)整及改進(jìn)措施。

1 試驗方法

試驗采用熱軋鋼板(SPHC)，規(guī)格為1 250 mm×2.5 mm，利用EVO18型掃面電鏡(SEM)和X-Max型能譜儀(EDS)對4個缺陷樣品進(jìn)行微觀形貌和微區(qū)成分分析，從表面及截面不同角度對樣品缺陷位置進(jìn)行觀察。樣品經(jīng)切割、酒精超聲波清洗后，為了在電鏡下能準(zhǔn)確地鎖定缺陷位置，對樣品表面及截面缺陷位置采用電刻筆標(biāo)記。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 宏觀分析

樣品表面缺陷宏觀形貌如圖1中箭頭所示。通過宏觀分析可知，缺陷在整卷帶鋼上間斷出現(xiàn)，不分鋼種,不分牌號，上下表面均存在，無周期性，在帶鋼寬度方向分布無規(guī)律性。宏觀來看1號樣品缺陷處顏色較淺，和基體存在輕微色差，寬度為5 mm。2號樣品缺陷處顏色相對1號較深，與基體存在較大的色差，寬度為20 mm。3號樣品缺陷處顏色接近黑色，寬度為4 mm。4號樣品缺陷處顏色偏黑色，寬度為2 mm。幾種典型缺陷的長度及寬度不固定，無明顯規(guī)律。

圖1 不同樣品表面缺陷宏觀形貌Fig.1 Macro morphology of surface defects of different samples：a) sample 1; b) sample 2; c) sample 3; d) sample 4

2.2 掃描電鏡及能譜分析

1號樣品缺陷表面及截面SEM形貌和EDS分析結(jié)果如圖2，3所示。從圖2，3中可以看出缺陷位置表面存在摩擦碾壓形貌，且氧化鐵皮分布不連續(xù)，截面觀察鐵皮存在釘扎進(jìn)基體的現(xiàn)象。缺陷表面與截面成分均為鐵、氧，較正常位置成分無差異，判斷缺陷處氧化鐵皮形貌或結(jié)構(gòu)類型存在異常,引起肉眼所觀察到的表面線狀缺陷。

圖2 1號樣品缺陷處表面SEM形貌及EDS分析結(jié)果Fig.2 SEM morphology and EDS analysis results of surface on defect of sample 1:a) SEM morphology at low magnification; b) SEM morphology at high magnification; c) EDS analysis results

圖3 1號樣品缺陷處截面SEM形貌及EDS分析結(jié)果Fig.3 a) SEM morphology and b) EDS analysis results of section on defect of sample 1

氧化鐵皮類缺陷是影響帶鋼表面質(zhì)量的一種常見缺陷，會影響外觀質(zhì)量，降低加工性能[3]。引起氧化鐵皮類缺陷的原因包括工作輥質(zhì)量、化學(xué)成分、除磷系統(tǒng)、坯料存在劃傷等[4]。通過排查現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)銜接連鑄與連軋的隧道爐爐輥與帶鋼間存在速度差，導(dǎo)致帶鋼在高溫下劃傷。劃傷位置的新生鐵皮的加工過程與正常位置的不同，導(dǎo)致后期鐵皮形貌異常。因此對爐輥轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時為提高高壓水除磷能力，加密了除磷高壓水水嘴。對工藝及設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)后氧化鐵皮形貌異常缺陷得到解決。

2號樣品缺陷表面及截面SEM形貌和EDS分析結(jié)果如圖4,5所示，在背散射下2號樣品缺陷位置顏色明顯較深,部分缺陷貫穿整個鐵皮厚度，圖5觀察的視野缺陷并未深入到基體內(nèi)部，主要成分為氧、硅、鈣，硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)含量遠(yuǎn)大于鈣的，含少量的鋁、鎂，為硅酸鹽夾雜。

圖4 2號樣品缺陷處表面SEM形貌及EDS分析結(jié)果Fig.4 a) SEM morphology and b) EDS analysis results of surface on defect of sample 2

圖5 2號樣品缺陷處截面SEM形貌及EDS分析結(jié)果Fig.5 a) SEM morphology and b) EDS analysis results of section on defect of sample 2

3號樣品缺陷表面及截面SEM形貌和EDS分析結(jié)果如圖6,7所示，可以看到缺陷深入到基體內(nèi)部，主要成分為鋁、氧、鈣，含有少量的鎂、鋁，缺陷表面及截面成分一致，判斷為鋁酸鹽夾雜。

圖6 3號樣品缺陷處表面SEM形貌及EDS分析結(jié)果Fig.6 a) SEM morphology and b) EDS analysis results of surface on defect of sample 3

2號、3號樣品均為夾雜類缺陷，為改善夾雜類缺陷,從提高精煉鋼水潔凈度方面入手，控制煉鋼終點(diǎn)氧含量、控制喂鋁量[5]；優(yōu)化鋼包吹氬工藝，合理調(diào)節(jié)氬氣流量，適當(dāng)延長弱攪拌時間，充分去除鋼液中的大夾雜物顆粒[6]；連鑄方面注重?fù)踉僮?，增加連鑄鋼包澆余，防止鋼包下渣。進(jìn)行多方面工藝改進(jìn)后夾雜缺陷得到改善。

4號樣品缺陷表面及截面SEM形貌和EDS分析結(jié)果如圖8,9所示，可見缺陷深入到基體內(nèi)部，主要異常成分為氧、氟、鈉、鎂、鋁、硅、鈣、鉀，含有連鑄工藝保護(hù)渣典型的氟、鈉、鉀元素，且表面與截面成分一致，判斷為連鑄工藝保護(hù)渣卷入引起的卷渣缺陷。

卷渣缺陷主要是連鑄過程中保護(hù)渣、水口沉積物等被生長的凝固坯殼捕捉而產(chǎn)生的[7]。從卷渣缺陷的產(chǎn)生機(jī)理入手，通過調(diào)整水口浸入深度、減少結(jié)晶器液位波動，穩(wěn)定控制塞棒動作[8-10]，減少拉速波動等方面進(jìn)行試驗。最終通過減少結(jié)晶器液位波動、穩(wěn)定控制塞棒動作、減少拉速波動后卷渣缺陷程度顯著降低。

圖7 3號樣品缺陷處截面SEM形貌及EDS分析結(jié)果Fig.7 a) SEM morphology and b) EDS analysis results of section on defect of sample 3

圖8 4號樣品缺陷處表面SEM形貌及EDS分析結(jié)果Fig.8 a) SEM morphology and b) EDS analysis results of surface on defect of sample 4

圖9 4號樣品缺陷處截面SEM形貌及EDS分析結(jié)果Fig.9 a) SEM morphology and b) EDS analysis results of section on defect of sample 4

3 結(jié)論及建議

生產(chǎn)線在投產(chǎn)初期帶鋼表面缺陷類型暴露較多，1～4號樣品缺陷類型分別為氧化鐵皮異常、硅酸鹽夾雜、鋁酸鹽夾雜、卷渣。針對氧化鐵皮異常問題，可調(diào)整隧道爐爐輥轉(zhuǎn)速，消除爐輥與帶鋼間的速度差，加密除磷高壓水水嘴;針對硅酸鹽及鋁酸鹽夾雜缺陷，應(yīng)主要從控制煉鋼終點(diǎn)氧含量、控制喂鋁量、優(yōu)化鋼包吹氬工藝、合理調(diào)節(jié)氬氣流量、適當(dāng)延長弱攪拌時間、增加連鑄鋼包澆余等方面進(jìn)行工藝改進(jìn)；針對卷渣缺陷可通過穩(wěn)定控制塞棒動作、減少結(jié)晶器液位波動、減少拉速波動等方面進(jìn)行改進(jìn)。通過多方面的工藝調(diào)整及改進(jìn)后，帶鋼表面缺陷問題得到了明顯改善。