低碳鋼帶卷邊裂問題分析與預防

呂國成 包麗明 杜維寬

摘 要 低碳鋼邊裂問題是熱軋過程中經常出現的缺陷，嚴重影響了熱軋帶鋼產品的質量。本文結合凌鋼生產實際，通過對不同時期低碳鋼帶卷缺陷產品的生產工藝進行跟蹤和現場調研，找到了熱軋低碳鋼帶卷產生邊部缺陷的主要原因，并從提高鑄坯質量、減少鑄坯缺陷及優化熱加工工藝三方面提出了低碳鋼帶卷邊裂問題的預防措施，使得產生邊裂問題的板坯支數明顯減少，效果顯著。

關鍵詞 低碳鋼 邊裂 鑄坯質量 加熱工藝

中圖分類號：TG441 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）01-0015-07

1 前言

目前帶鋼邊裂是熱連軋過程中經常出現的缺陷[1]，特別是低碳鋼邊裂非常普遍。近年來，凌源鋼鐵集團中寬帶機組陸續在低碳鋼生產過程中出現大量的邊裂帶卷，且較為嚴重。邊裂的存在嚴重的影響了帶鋼產品的質量[2]，造成無法及時供貨，缺陷產品只能降級處理，導致較大的經濟損失。

邊裂產生原因的研究和預防，一直是熱軋帶鋼技術工作人員比較關注的問題。凌源鋼鐵集團通過軋鋼與煉鋼技術工作人員的共同努力，帶卷的邊裂問題得到了一定控制，降級品明顯減少，但邊裂問題仍然沒有徹底解決，給公司造成了一定的損失。根據實際生產情況，工作人員選取了三個不同的時間節點進行了低碳鋼邊裂缺陷產品數量的統計，具體如表1所示。

2 低碳鋼邊裂缺陷及原因分析

2.1 邊裂形式

低碳鋼帶卷邊裂缺陷主要分兩種形式，一是指帶鋼邊部參差不齊，在一側或兩側的邊部呈連續或間斷的樹皮狀或嚴重的鋸齒狀（如圖1、圖2）稱之為“爛邊”。另一種表現為在熱軋帶鋼距離邊部10-30mm范圍內，沿軋制方向縱向分布（如圖3、圖4），稱之為舌形邊部裂紋。舌形邊部裂紋產生原因主要是板坯邊角部位存在角裂紋，在軋制過程通過立輥的碾壓，將缺陷呈現在在熱軋帶鋼距離邊部10-30mm范圍內[3]。凌鋼中寬帶鋼邊裂缺陷主要是第一種“爛邊”。

2.2 產生帶卷邊部缺陷的主要原因

通過對邊裂帶卷進行跟蹤分析發現，中寬帶成品邊裂主要原因包括：連鑄坯邊緣存在皮下氣泡、角裂紋、連鑄坯邊緣有夾雜;加熱爐加熱溫度過高、板坯在爐時間過長、爐內氣氛控制不合理造成板坯邊部過燒或脫碳等。

2.2.1 連鑄坯皮下氣泡的形成

連鑄板坯氣泡主要出現在板坯邊部和端部，如圖5、圖6所示部位，對板坯邊裂產生有影響。圖6上空洞每平方厘米2-3個氣孔，最大孔直徑2.5mm，其深度多為2-4mm，最終造成帶卷邊裂。

在鋼水凝固的過程中，鋼液中所溶解的氣體分壓如果大于鋼水靜壓力與大氣壓力之和時，會導致連鑄坯皮下氣泡的形成[4-5]。連鑄坯的氣泡缺陷即為在連鑄坯表皮以下形成的蜂窩狀孔洞。皮下氣泡一般不與表面連通，嚴重時在連鑄坯外表面出現個別針狀小孔[6]，目視檢查很難發現，但經火焰清理后可以顯露出來。連鑄坯皮下氣泡在鑄坯斷面呈蜂窩狀長條形孔洞，并與表面垂直，若鑄坯邊部存在皮下氣泡類缺陷，在加熱爐內加熱時因表層氧化，再經高壓水除鱗后就顯露在外，在軋制過程中因缺陷部位與基體結合不牢固，軋制時不能焊合，發生不連續、不均勻變形的現象，從而導致邊裂。

2.2.2 連鑄坯邊緣存在角裂紋缺陷

通過對板坯跟蹤觀察發現，板坯邊部角裂紋缺陷對產生帶卷邊裂影響較大，圖7為Q235B鋼坯邊部振痕的照片，其邊部振痕較深且密集，將該爐號板坯送入2#加熱爐（750-800℃）保溫1.5h，出爐后經過除鱗清除表面氧化鐵皮后發現鋼坯邊部出現如圖8所示的角裂紋，向各面延伸約10-20mm，且該批次板坯出現多支邊裂帶卷。

當板坯加熱溫度高于800℃時，角裂周圍就會發生氧化。同時，這類缺陷在軋制過程中也不能焊合，從而產生邊裂缺陷。

2.2.3 S元素對鑄坯質量的影響

硫在鋼中的宏觀偏析，較大地降低了鋼的熱塑性，在碳含量不變的情況下，硫含量增加則板坯裂紋的可能性增加[7]。這是由于硫在晶界的偏析及硫化物在奧氏體晶界析出所致，析出物與基體的結合力因硫的偏析而下降，促進了晶界滑移。晶界的應力集中使得硫化物與晶界間形成孔隙，導致更大的應力集中，擴展成為晶界裂紋，晶界微孔的形成與長大過程也因硫的偏析而加速，最終導致微裂紋的形成[8]。根據經驗，當S<0.025%，Mn/S=25～30時，能有效控制熱脆現象。一般Mn/S大于25，錳硫比高凝固時不易產生裂紋。

2.2.4 加熱工藝對鋼帶的邊裂影響

板坯在加熱爐內主要受到加熱溫度、在爐時間、爐內氣氛的影響[9]。如圖9、圖10就是板坯加熱工藝不當造成的。板坯在加熱過程中，加熱溫度超出工藝規定，軋線出現故障，停機時間不確定，會造成加熱溫度降溫延遲;長時間高溫會造成板坯邊部過熱過燒;板坯在爐時間過長，易發生局部晶粒長大;加熱爐內空煤氣配比不合適，會造成脫碳。局部火焰溫度過高會造成板坯窄段面局部過燒脫碳;以上原因都會導致爐內板坯軋制為成品帶卷后出現邊裂缺陷。

3 減少邊裂的預防措施

3.1 提高鑄坯質量，減少鑄坯缺陷

（1）強化鋼水脫氧制度，確保鋼水中自由氧含量控制在較低水平。增加鋼中與氧平衡的元素含量，確保在鋼水凝固冷卻過程中氧元素不會析出發生二次反應。

（2）保持連鑄機設備處于良好運行狀況，尤其是對弧精度、扇形段開口精度的控制對裂紋的發生至關重要;確保二冷噴嘴冷卻均勻，減少鑄坯寬度方向溫度差;在不改變成分、保證鑄坯內部質量的前提下采用弱冷，提高鑄坯矯直前溫度。

（3）優化鋼水成分，提高鑄坯Mn含量，進而提高Mn/S數值。降低鐵水S含量，同時提高冷料、輔料等入爐物料質量，從源頭減少雜質S元素含量。

3.2優化加熱工藝

嚴格控制板坯加熱溫度、升溫速度，防止板坯由于加熱爐溫度過高、板坯升溫速度過快，造成板坯過熱、過燒、板坯內應力產生[10]。當加熱能力大于軋機軋制能力時，板坯在爐時間會變長，應適當減少爐內板坯支數，合理調整板坯加熱溫度。當軋線緩慢軋制時，操作工應按照工藝要求實行下限加熱;軋機故障時要及時執行降溫制度，嚴格控制空煤氣配比，防止板坯在爐內脫碳。

利用定修、周期性檢修，做好加熱爐燃燒系統維護，標定好流量計、閥門開口度，便于爐內氣氛控制。降低板坯軋制溫度，通過提高輥道運轉速度，避免輥道冷卻水澆到鋼坯邊部，充分減少板坯溫降。

通過實行上述預防措施，板坯邊裂支數由2017年的232支，減少到2018年的47支（1-10月），其中因加熱工藝產生的邊裂為25支，鑄坯缺陷產生的邊裂22支，效果顯著。

4 結論

（1）連鑄坯邊緣存在角裂、皮下氣泡、連鑄坯邊緣有夾雜等質量缺陷是帶鋼出現邊裂的主要原因之一，必須嚴格控制鋼坯表面質量檢查，杜絕缺陷板坯入爐。

（2）煉鋼通過優化連鑄工藝參數，加強設備維修力度;軋線通過優化加熱爐加熱溫度、嚴格控制板坯在爐時間、嚴格執行停軋降溫制度以及合理調節爐內氣氛等方法，可以有效降低邊裂產品的產生。

參考文獻：

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[9] 王華.加熱爐（第4版）[M].北京：冶金工業出版社，2015.

[10] 李志強.GCr15軸承鋼加熱過程中組織演變規律的實驗和模擬[D].北京科技大學，2017.

（1.吉林電子信息職業技術學院，吉林 吉林132021;2.凌源鋼鐵集團有限責任公司，遼寧 凌源 122500）