熱連軋帶鋼邊部組織對于邊部翹皮缺陷的影響

戴思源，張宇光，朱 彪，婁亞彬，白麗楊

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽 馬鞍山 243000)

0 前言

熱連軋過程中帶鋼的邊部缺陷是永恒的課題，而邊部缺陷中對影響最大的為邊部翹皮缺陷[1]。邊部翹皮缺陷的研究從未停止過，因各大鋼廠的裝備差異、產品設計的成分差異、工藝設計的差異等多方面原因，每個鋼廠出現的邊部翹皮缺陷存在著差異性，增加了翹皮缺陷研究的難度，也造成了各種關于邊部翹皮缺陷產生原因的爭論[2]。

國內對于帶鋼邊部翹皮缺陷研究的論文相當多，且全面。多數論文中均提到邊部翹皮缺陷的產生可能與帶鋼邊部組織有關，邊部組織異常造成了邊部較帶鋼中部更易于產生翹皮缺陷[1-3]。而實際上多數論文中對于邊部組織的研究較少，更多的側重于缺陷本身的研究[4]。本文通過對低碳軟鋼、IF鋼及P強化鋼的邊部翹皮缺陷及邊部組織的研究，發現帶鋼邊部過大溫降導致的相變區域軋制，是造成IF鋼邊部翹皮發生率遠高于其他鋼種的主要原因[5-6]。通過熱軋溫度工藝優化，明顯降低了邊部翹皮缺陷的發生率，為IF鋼邊部翹皮提供了有效的解決思路及方法。

1 不同鋼種的翹皮發生率

統計某鋼廠2018年上半年年三個鋼種的翹皮發生率，發現三個不同的鋼種的翹皮發生率存在極大差異。其中C鋼種翹皮發生率最高，達到15.07%，A鋼種翹皮發生率最低，僅為0.64%,如表1所示。

表1 某鋼廠不同鋼種2018年上半年翹皮發生率

2 不同鋼種邊部組織

分別選取發生率較低的普碳鋼A、發生率較高的IF鋼B及P化鋼C，進行邊部缺陷取樣，檢測邊部組織及形貌[7]。取樣的熱卷均存在邊部翹皮缺陷，取樣位置包含了翹皮缺陷所在區域，實物缺陷如圖1所示，具體取樣位置及方法如圖2所示。

圖1 鋼種A、B、C翹皮缺陷形貌

鋼種A、B、C的邊部翹皮缺陷距離帶鋼的邊部在0～30 mm范圍內，其中鋼種A、鋼種B的邊部翹皮缺陷距離邊部相對較近，一般在0-15 mm區間，鋼種C的邊部翹皮缺陷距離邊部較遠，一般在15～25 mm區間。鋼種A、鋼種B、鋼種C的邊部缺陷區域進行光譜掃描的結果如圖2所示，缺陷中均主要為Fe、O元素，排除了鋼區夾雜、夾渣等因素的影響[8]。這也表明缺陷發生在熱軋軋制過程的可能性較大。

圖2 鋼種A、B、C缺陷表面光譜掃描結果

3 不同鋼種邊部組織的差異及產生原因

如圖3所示為取樣位置及檢測方法，帶鋼的寬度方向上從帶鋼兩側最邊部依次以15 mm固定間距連續取15 mm×15 mm金相樣4塊，分別用1、2、3、4表示，并在帶鋼寬度中部取金相1塊，用相塊5表示。并沿軋制方向分別對A、B、C三類鋼種的金相樣進行組織檢測[9]，檢測結果如表2所示。

圖3 取樣位置及檢測方法

表2 試驗樣品邊部OS側組織檢測結果

根據檢測出的三種鋼種邊部組織結果，研究發現低碳軟鋼A鋼種在距邊部0～30 mm區域內表層與芯部均為粗大的晶粒組織，距邊部越遠，晶粒逐漸正常[10]；IF軟鋼B邊部0～15 mm區間為纖維狀組織，15～30 mm開始形成晶粒，出現了回復，30 mm后出現粗大晶粒并逐漸正常；加P強化鋼種C在0～30 mm區間內均為纖維狀組織，30 mm后開始回復并形成粗大晶粒、正常晶粒組織[11-12]。對比A、B、C三個鋼種的邊部組織，如圖4～圖6所示，由圖中可發現三個鋼種距邊部同樣距離區域的組織處在不同的階段，且B和C鋼種的邊部組織并非混晶組織，而是尚未恢復的鐵素體組織。這種組織的差異很可能是導致了三者邊部翹皮發生率及發生位置的差異。

圖4 鋼種A帶鋼邊部組織

圖5 鋼種B帶鋼邊部組織

圖6 鋼種C帶鋼邊部組織

帶鋼邊部組織的變化受到軋制過程中溫度的影響，為了保證熱軋帶鋼處于奧氏體軋制區間，在產品的設計過程中會模擬帶鋼的相變溫度[13]，并將精軋F7機架出口的目標溫度FDT設計在相變點溫度之上。但實際軋制過程中，帶鋼邊角部的溫降要遠大于中部[14]，故在軋制過程中帶鋼邊角部并不會在精軋結束后發生相變，可能在精軋前機架甚至是粗軋的過程中已發生相變，并造成邊部發生相變的鐵素體在后續軋制過程中不斷回復并拉長，形成圖4～圖6中的邊部組織。相變與溫度是影響邊部組織的兩大要素，經確認A、B、C在出爐、粗軋出口、精軋入口各階段溫度差異甚小，故普碳軟鋼A、IF軟鋼B、P強化鋼C的相變點溫度不同，是導致了三者邊部組織差異的主要原因[15]。

4 邊部翹皮產生的原因

帶鋼的邊部溫降要遠遠大于帶鋼中心部分，帶鋼表面的溫降要遠遠大于其芯部。而在常規的熱軋產線上，通常只會在關鍵的幾個位置安裝測溫儀表，且僅僅是測量帶鋼中心線位置的紅外測溫儀。所以對于帶鋼邊角部溫度在軋制過程中的變化，完全處于監測系統之外。這使得對于帶鋼邊部的研究難度遠大于中心部位。但從實際取樣的邊部組織結果來看，A、B、C三個鋼種均在軋制過程中已發生了相變，且由于三者相變點的差異，發生相變的位置為C>B>A。C極大可能在粗軋機架時，邊部已發生了相變，表面的表層由于溫度要低于芯部，優先由奧氏體轉變為鐵素體組織，而芯部尚為奧氏體組織。在帶鋼的軋制過程中，由于兩種組織變形抗力的差異，當壓下量較大時，帶鋼的延伸達到一定程度，會導致邊部形成裂紋缺陷。而隨著軋制過程以及立輥的作用，邊部的裂紋缺陷翻平至表面，形成最終的邊部翹皮缺陷[16]。

為了驗證是否帶鋼邊角部溫度過低會造成邊部組織在軋制過程中相變，通過熱成像儀表進行了鋼種B的中間坯的溫度測量。測量位置為粗軋出口R2之后，測量結果如表3所示。

表3 鋼種B 中間坯于R2機架出口的橫向溫度測量及分布

溫度測量位于R2機架出口處，測量發現，此時板坯邊部溫度在920～940 ℃區間，已是該鋼種相變的臨界點溫度?？紤]到在中間輥道上的溫降，中間坯極大可能在中間輥道的運輸過程中發生相變。此后中間坯經過二次除鱗，溫度將進一步降低，邊部溫降也會進一步增大，在精軋入口時，鋼種B的中心溫度約處于980～920 ℃，邊部溫度約840 ℃左右，邊部也早已發生相變。而A、C與B鋼種軋制工藝基本一致，中間坯溫度相近，而差別主要在于相變點[17]。故相變點高的C鋼種可能在粗軋末機架已發生相變，而鋼種B根據溫度測量數據，在中間輥道運輸過程已發生了相變，相變點低的鋼種A可能在精軋的前機架發生相變。

A、B、C三個鋼種表現出不同的翹皮發生率，以及距邊部距離的差異，是因為三個鋼種相變點溫度的差異，導致三者邊部發生相變的區域(精軋機不同機架)發生了改變。而越早發生相變則意味越早產生邊部裂紋[18]，而在后續軋制過程中的邊部裂紋“上翻”的距離也就越大，缺陷距邊部越遠。C鋼種可能在R2粗軋已發生相變，故其邊部翹皮缺陷距離邊部最遠，一般在20 mm左右。A鋼種相變點溫度最低，極可能在精軋F1之后的機架發生相變，此時的壓下量極小，已不足以產生邊部裂紋，或者即使產生邊部裂紋也不會明顯上翻，形成邊部翹皮缺陷。

5 措施及改進效果

(1)溫度工藝優化，提高帶鋼整體溫度。在不影響帶鋼表面質量的基礎上，將帶鋼的出爐目標溫度由1 230 ℃提升至1240～1245 ℃，增加帶鋼整體溫度的均勻性同時也提高帶鋼邊部的溫度[9]，降低帶鋼在粗軋機架發生相變的幾率。

(2)投用邊部加熱器。邊部加熱器是熱軋區域對帶鋼邊部進行電磁加熱的設備，設備位于精軋機前切頭剪的入口區域。帶鋼在通過邊部加熱器后，邊部溫度能夠提升50℃左右，能有效補償帶鋼邊部在輥道中的溫度損失。對于相變點較高的P強化鋼鋼種以及IF鋼鋼種，要求必須投用邊部加熱器，提高邊部的帶鋼溫度[19]，從而降低帶鋼邊部在精軋前機架發生相變的可能性。

(3)側壓機孔型優化。多數鋼廠在連鑄工序使用了倒角結晶器，從而改變了鑄坯的邊角部形狀，起到了降低邊部溫降的效果。與其相似的，在熱軋板坯出爐后側壓的過程中，通過對側壓機平面錘頭的修改，對錘頭進行孔型設計，也能夠有效改變鑄坯邊部形狀[20]，從而降低帶鋼的邊部溫降。通過多輪試驗驗證了凸型錘頭、平面錘頭、凹型錘頭的使用效果，發現凹型錘頭的設計能有效改變鑄坯邊部形狀，從而降低翹皮發生率。

6 試驗結果

通過本文改善措施后，實踐證明某鋼廠鋼種B、C的翹皮缺陷發生率明顯下降，下半年B鋼種翹皮缺陷發生率由上半年的15%降低到5%，C鋼種的翹皮缺陷發生率由上半年的5%下降到下半年的1.4%左右。措施實施后的效果明顯，缺陷發生率如圖7所示。

圖7 措施實施后翹皮缺陷發生率

7 結論

(1)不同鋼種因成分差異，導致其相變點的不同，進而造成不同鋼種的翹皮缺陷發生率以及距邊部距離的差異；

(2)帶鋼板面溫度分布的不均，邊部過大的溫降是造成邊部翹皮缺陷發生的主要原因，因帶鋼從中部至邊部、芯部至表面，溫度均呈現逐漸降低的趨勢，當軋制過程中邊部溫度達到相變點時帶鋼邊部會形成不同的組織，因組織變形抗力的差異從而形成裂紋缺陷，最終因為寬展翻平至表面，形成邊部翹皮缺陷。