热轧钢板表面翘皮缺陷的特征和形成机理

第３２卷第５期　特殊钢　Ｖｏ１．３２．Ｎｏ．５　２０１１年１０月　ＳＰＥＣＩＡＬ　ＳＴＥＥＬ　Ｏｃｔｏｂｅｒ　２０１１・４７・　热轧钢板表面翘皮缺陷的特征和形成机理　陈书浩王新华黄福祥何肖飞　（北京科技大学冶金与生态工程学院，北京１０００８３）　摘要采用扫描电镜和光学显微镜对１２０　ｔ转炉・ＲＨ－ＣＣ冶炼工艺生产的Ｑ３４５Ｅ高强度合金钢热轧板表面　翘皮缺陷进行了分析，发现在翘皮微区域出现了铁氧化物和保护渣残留物及二次氧化物，铁素体和珠光体排列没　有规律，铁素体比例很高，脱碳严重。并发现，中间包氩气流量过大导致气泡包裹保护渣进入钢液形成铸坯表层皮　下气孔，加热时二次氧化以及轧制时氧化铁皮压入钢板是热轧板中形成翘皮缺陷的主要原因。通过将中间包吹氩　流量从６５　Ｌ／ｍｉｎ降至５０　Ｌ／ｍｉｎ、拉速由１．０　ｍ／ｍｉｎ调整到１．２　ｍ／ｒａｉｎ等工艺措施，使翘皮缺陷发生率由３．６８％降至　０．８％。　关键词　表面翘皮氩气流量卷渣皮下气孔稳定性　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｕｐｗａｒｐ　Ｄｅｆｅｃｔｓ　０ｆ　Ｈｏｔ　Ｒｏｌｌｅｄ　Ｐｌａｔｅ　Ｃｈｅｎ　Ｓｈｕｈａｏ，Ｗａｎｇ　Ｘｉｎｈｕａ，Ｈｕａｎｇ　Ｆｕｘｉａｎｇ　ａｎｄ　Ｈｅ　Ｘｉａｏｆｅｉ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８３）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｕｐｗａ￣ｄｅｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｈｏｔ　ｒｏｌｌｅｄ　ｐｌａｔｅ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｌｌｏｙｉｎｇ　ｓｔｅｅｌ　Ｑ３４５　Ｅ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｂｙ　１２０　ｔ　ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ—ＲＨ—ＣＣ　ｍｅｌｔｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ　ａｎｄ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，　ａｎｄ　ｉｔ　ｉｓ　ｆｏｕｎｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　ｆｅｒｒｏｆｅｒｒｉｃ　ｏｘｉｄｅｓ，ｒｅｓｉｄｕｕｍ　ｏｆ　ｍｏｌｄ　ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ　ｓｌａｇ　ａｎｄ　ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ｏｘｉｄｅｓ　ｉｎ　ｍｉｃｒｏ—ｒｅｇｉｏｎｓ　ｏｆ　ｕｐｗａｒｐ，ａｎｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｕｐｗａ￣ｒｅｇｉｏｎｓ　ｔｈｅ　ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｆｅｒｒｉｔｅ　ａｎｄ　ｐｅａｒｌｉｔｅ　ｉｓ　ｏｕｔ　ｏｆ　ｏｒｄｅｒ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｅｒｒｉｔｅ　ｉｓ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　ｎｏｒｍａｌ　ｗｉｔｈ　ｓｅｒｉｏｕｓ　ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ．Ｆｕ￣ｈｅｒ　ｆｏｕｎｄ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｒｅａｓｏｎ　ｆｏｒ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｕｐｗａｒｐ　ｄｅｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｈｏｔ　ｒｏｌｌｅｄ　ｐｌａｔｅ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｒ　ａｒｇｏｎ　ｆｌｏｗ　ｒａｔｅ　ｉｎ　ｔｕｎｄｉｓｈ　ｗｈｉｃｈ　ｌｅａｄｓ　ｔｏ　ｂｕｂｂｌｅ　ｗｒａｐｐｉｎｇ　ｓｌａｇ　ｉｎｔｏ　ｌｉｑｕｉｄ　ａｎｄ　ｆｏｒｍｉｎｇ　ｓｕｂｓｋｉｎ　ｂｌｏｗｈｏｌｅ　ｏｆ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｓｌａｂ，ｒｅ—ｏｘｉｄｉｚｉｎｇ　ｉｎ　ｈｅａｔｉｎｇ　ｔｏ　ｆｏｒｍ　ｏｘｉｄｅ　ｓｃａｌｅ　ｔｈｅｎ　ｂｅｉｎｇ　ｐｒｅｓｓｅｄ　ｉｎ　ｐｌａｔｅ　ｄｕｒｉｎｇ　ｒｏｌｌｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｏｃｃｕｒ—　ｒｅｎｃｅ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｕｐｗａｒｐ　ｄｅｆｅｃｔｓ　ｄｅｃｒｅａｓｅｓ　ｆｒｏｍ　３．８６％ｔｏ　０．８％ｂｙ　ａｄｏｐｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ　ａｒｇｏｎ　ｌｆｏｗ　ｒａｔｅ　ｉｎ　ｔｕｎｄｉｓｈ　ｒｆｏｍ　６５　Ｌ／ｍｉｎ　ｔｏ　５０　Ｌ／ｍｉｎ　ａｎｄ　ａｄｊｕｓｔｉｎｇ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ　ｆｒｏｍ　１．０　ｍ／ｍｉｎ　ｔｏ　１．２　ｍ／ｍｉｎ．　Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｉｎｄｅｘ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｕｐｗａｒｐ，Ａｒｇｏｎ　Ｇａｓ　Ｆｌｏｗ，Ｓｌａｇ　Ｅｎｔｒａｐｐｉｎｇ，Ｓｕｂｃｕｔａｎｅｏｕｓ　Ｂｌｏｗｈｏｌｅ，Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　随着钢铁生产技术的进步，近些年来热轧板带　１　５３０　ｍｌＴＩ，稳定浇铸时拉速为１．０　ｍ／ｍｉｎ，中间包水　钢产品质量明显提高，但是在最近几年中，热轧板表　口吹氩量为６５　Ｌ／ｍｉｎ，二冷区比水量控制在０．７　面缺陷在国内钢厂中仍然经常出现，尤其是翘皮缺　Ｌ／ｋｇ左右。结晶器保护渣主要成分见表１。铸坯经　陷¨　更为严重，已成为影响热轧成品板合格率的　定尺堆垛处理后送到加热炉加热，经粗轧、精轧、卷　主要因素。　板，得到不同规格的产品。最终有一些热轧钢板表　所研究热轧钢板的生产流程为连铸一均热．粗轧．　面翘皮缺陷严重，因此对上述工艺生产的Ｑ３４５Ｅ热　精轧一卷板，在生产高强度合金钢热轧板卷时，在板　轧钢板表面翘皮试样进行检测，来研究缺陷形成的　卷的边部出现长条状的翘皮，发生率占高强度合金　机理和工艺因素。　钢板卷生产量的３．６８％，情况比较严重。　从宏观和微观两方面研究翘皮的基本特征，对　表１　Ｑ３４５Ｅ钢用结晶器保护渣主要成分　Ｔａｂｌｅ　１　Ｂａｓｉｃ　ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔ　ｏｆ　ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ　ｓｌａｇ　ｉｎ　ｍｏｌｄ　ｆｏｒ　ｓｔｅｅｌ　翘皮缺陷的成因进行详细的分析和讨论，并通过对　Ｑ３４５Ｅ　现场生产情况进行统计研究，提出了工艺参数的调　成分／％　Ｒ（ＣａＯ）／　整方案，最终使得热轧钢板翘皮缺陷率明显降低。　皇　兰　！　（ｓｉｏ２）　３３．２５　２６．６　２．３５　９．４８　７．４　０．８　５．２　１．２５　１实验方法　Ｑ３４５Ｅ板坯采用１２０　ｔ顶底复吹转炉冶炼，经　使用数码照相机对翘皮缺陷进行了宏观形貌观　ＲＨ真空处理后到连铸工位浇铸，中间包前期温度　察；切取试样缺陷部位，先用丙酮清洗线切割带来的　为１　５４０～１　５５５℃。连铸坯横断面为２２０　ｍｍ　ｘ　油污，将试样在超声波振荡仪中清洗，然后在扫描电　第５期　陈书浩等：热轧钢板表面翘皮缺陷的特征和形成机理　・４９・　图４翘皮缺陷横切面光学微观形貌：（ａ）翘皮（上）和基体金属（下）之间的缝隙；（ｂ）缝隙上方的翘皮组织，（ｃ）缝隙下方的基体组织　Ｆｉｇ．４　Ｏｐｔｉｃａｌ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｕｐｗａｒｐ　ｄｅｆｅｃｔｓ：（ａ）ｃｒｅｖｉｃｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｕｐｗａｒｐ（ｕｐｐｅｒ）ａｎｄ　ｂａｓｅ　ｍｅｔａｌ（ｂｅ—　ｌｏｗ）；（ｂ）ｕｐｗａｒｐ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｕｐｐｅｒ　ｏｆ　ｃｒｅｖｉｃｅ；（Ｃ）ｂａｓｅ　ｍｅｔａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｂｅｌｏｗ　ｏｆ　ｃｒｅｖｉｃｅ　体含量较低。翘皮组织和钢基体组织存在明显的差　异，翘皮区域脱碳现象严重，说明在连铸坯中存在表　面缺陷或者皮下气孔，铸坯在加热炉加热的过程中，　表面裂纹或气孑Ｌ处发生脱碳，从而导致翘皮缺陷上　下表面微观组织变化。　３结果分析　有明显轧制取向的铁素体和珠光体带，缺陷部位铁　素体和珠光体排列混乱。发生卷渣的原因主要是中　间包水口吹氩量太大，拉速不稳定，导致结晶器内液　面不稳定，同时浸入式水口浸入过深，保护渣粘度过　高，流动性不好也是造成卷渣的重要原因。　３．ｉ．３轧钢加热过程中的氧化作用　３．１翘皮的形成机理　关于翘皮的形成机理，有许多科研人员进行了　研究＿５　］。本文通过整理翘皮的扫描电镜分析结　果，结合光学显微镜观测组织特征，得到翘皮的形成　原因如下。　如果钢坯表面有缝隙或者裂纹，钢中的Ｓｉ、Ｍｎ、　ｃ等元素会和空气中的０　反应。如果铸坯有皮下　气孔，就会在轧制过程中将气泡拉开，高温下会发生　氧化作用，在缺陷部位形成局部烧损。对翘皮的横　切面进行扫描电镜观察时，利用能谱检测到Ｓｉ、Ｍｎ、　３．１．１氧化铁皮　在３块翘皮的正面很多地方都检测到了Ｆｅ和　Ｏ，线扫描结果发现它是铁氧化物。翘皮处正面仅　有氧化铁成分存在，这种情况主要是在热轧过程中　造成的。在轧制过程中，先要对钢坯表面进行除鳞　０等元素，说明发生了氧化作用；侵蚀过的试样金相　照片显示，翘皮横切面缺陷处铁素体含量很高，较正　常区域有明显的脱碳现象。这些结果显示，由于铸　坯存在表面缺陷和皮下气孔，导致轧制过程中氧化，　最终形成翘皮。　工序，除鳞不彻底或者铸坯表面有缺陷，会使得铸坯　３．２翘皮形成的工艺因素　３．２．１　中间包水口吹氩量　表面或边角部位残留有高温氧化铁，在轧制过程中　会被轧辊碾压而进入热轧板次表层，形成表面翘皮　在炼钢过程中，中间包水口吹氩量是影响结晶　器保护渣卷渣的主要因素之一。本文在实验室研究　的基础上，根据钢厂热轧钢板生产数据统计结果，对　浇铸过程中问包水口吹氩量进行了针对性调整。在　变动水口吹氩量试验中，将中间包滑板处吹氩量固　定为ｉ０　Ｌ／ｒａｉｎ，在上水口氩气流量分别为２０、４０、５５　缺陷。氧化铁皮压入的形貌表明，由于氧化铁的压　人割裂了近表层基体之间的联系，压入部位可见到　较为规整的间隙，且间隙尺寸相对比较大，如图３所　示。同时，氧化铁皮被压入的一种情况是钢坯近表　面内部有气泡，靠近铸坯表面的气泡在轧制过程中，　沿轧制方向延伸，在钢板表面逸出，导致热轧板表皮　Ｌ／ｍｉｎＨ￣各浇铸１炉。对试验炉次经热轧后的钢板　进行翘皮评级检测，结果如图５（ｇｔ）所示。　分层，在后续的轧制过程中没有被压合或者被压而　脱离钢基体，最终形成热轧板表面翘皮缺陷。　３．１．２卷渣　从图５（ａ）中看到，当固定中间包滑板处氩气流　量为１０　Ｌ／ｍｉｎＨ￣，随着上水口氩气流量的升高，热　轧板翘皮级别逐渐升高。当氩气总流量为３０　在翘皮的横切面上还检｝９ｌ０到了Ｋ、Ｎａ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ａ１　等元素，可以认为这是由于卷渣引起的。卷渣主要　ＩＭｍｉｎ时，翘皮级别绝大部分为１，可视为没有缺陷；　当氩气总流量为５０　Ｌ／ｍｉｎ时，翘皮级别大部分为２～　４级，平均级别为３；氩气总流量为６５　Ｌ／ｒａｉｎ时，翘皮　级别大部分在６以上，其平均级别大于６。因此，在　是连铸水口保护渣被氩气包裹卷入钢液，在轧制过　程中会导致钢板表皮分层，在钢板的组织特征上有　体现。光学显微镜观察结果显示，钢板正常组织是　・５０・　特殊钢　第３２卷　满足生产需要的前提下，将中　间包吹氩量控制在较低水平，　对降低翘皮缺陷有很大作用。　３．２．２连铸拉速　连铸拉速是影响结晶器液　面稳定性及铸坯表面质量的又　一个重要因素。在统计研究的　基础上，设计了可变拉速试验。　在变动拉速试验中，将中间包　滑板处吹氩量固定为１０　Ｌ／ｍｉｎ，上水口氩气流量固定　１．０、１．２、１．５　ｍ／ｍｉｎ下各浇铸　３炉。跟踪铸坯及热轧钢板，对实验炉次的钢板进　４结论　图５　中间包上水口氩气流量（ａ）和拉速（ｂ）对翘皮缺陷级别的影响　Ｆｉｇ．５　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ａｒｇｏｎ　ｌｆｏｗ　ｒａｔｅ　ａｔ　ｕｐｐｅｒ　ｎｏｚｚｌｅ　ｏｆ　ｔｕｎｄｉｓｈ（ａ）ａｎｄ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｓｐｅｅｄ（ｂ）ｏｎ　ｎｇ　ｏｆ　ｕｐｗａｒｐ　ｄｅｆｅｃｔｓ　为５５　Ｌ／ｍｉｎ，在拉速分别为　ｒａｔｉ行翘皮评级，结果如图５（ｂ）所示。　从图５（ｂ）中看到，随着拉速的增大，翘皮级别　先变小后增大，在拉速为１．２　ｍ／ｒａｉｎ时，翘皮级别最　低，平均级别为２．８３。同时，控制拉速的稳定也很　重要，在本次试验的可变拉速阶段，对应的热轧钢板　翘皮缺陷较稳定时严重得多。　３．２．３　其他因素　（１）翘皮翘起部分已经脱落，在钢板表面形成　内陷缝隙，在缝隙中通过能谱分析确认为铁氧化物　和保护渣残留物以及微量硅锰氧化物。　（２）连铸时结晶器保护渣卷入铸坯形成皮下气　孔，加热时炉膛耐火材料脱落、高温氧化以及轧制时　氧化铁皮压人钢板是热轧钢板表面形成翘皮缺陷的　主要原因。　除了水口吹氩量和连铸拉速之外，对热轧钢板　翘皮影响还有其他工艺参数，比如保护渣的粘度，水　口浸入深度，二冷比水量及轧钢相关工艺参数等。　保护渣粘度和碱度过高，影响渣的流动性，不利于结　晶器内坯壳的形成。水口浸入深度太浅，就会发生　钢水卷渣，如果插入深度太深，会出现保护渣熔化不　（３）降低结晶器水口氩气流量，控制拉速和连　铸的稳定性，使用合适的结晶器保护渣，并严格控制　轧制工艺和相关操作，能显著降低乃至消除热轧钢　板表面的翘皮缺陷。　参考文献　１陈方玉，周立新．２０钢管翘皮缺陷原因分析．武钢科技，２００７，４５　（６）：５　均匀，表面结壳等问题。二冷比水量对铸坯表面质　量有很大影响，控制不当会形成表面裂纹。　基于研究结果，对Ｑ３４５Ｅ热轧钢板的生产工艺　主要是连铸过程的参数进行调整，铸坯稳定浇铸拉　速改为１．２　ｍ／ｍｉｎ，中间包水口吹氩量改为５０　Ｌ／ｒａｉｎ，保护渣中Ａ１　Ｏ　含量提高到１１．５％，对二冷　２董金刚．宝钢热轧边裂、翘皮问题的研究．钢铁，１９９９，３４：８９０　３王景林，白印军，步凯，等．邯钢热轧卷板麻面和翘皮问题的解　决．轧钢，２００５，２２（５）：６０　４　Ｋｌａｓｕｓ　Ｔ　Ｍｕｌｌｅｒ．凝固期间微观热裂纹产生的原因与影响．第一届　中德（欧）冶金技术研讨会论文集．中国金属学会，北京．２００４年　１０月：１６４　比水量进行实时监控及作相应的调节。同时，做到　以下几个方面：（１）一定要对即将进入加热炉的铸　坯进行检测，对表面质量情况进行记录并作相应处　理；（２）要控制加热炉中的耐火材料脱落，对加热炉　５伍康勉，朱远志，周春泉，等．冷轧板夹杂与氧化铁皮压入的原因　与形貌辨析．钢铁，２００９，４４（２）：９３　６武彩虹，韩静涛，刘靖，等．热轧带钢边部“翘皮”缺陷分析．塑　性工程学报，２Ｏ０５，１２（６）：２３　７王国栋，朱鲁玲，张作贵，等．热轧钢板表面翘皮缺陷分析．物理测　试，２００９，２７（１）：４６　８刘叶．无缝钢管内表面翘皮解析．江苏技术师范学院学报，　２００９，１５（１）：４６　要定期检测；在高压除鳞时要对表面洁净度进行控　制，杜绝将氧化铁皮带入轧制工序；在轧制过程中，　要保证轧制仪器的对中和精密性，避免将钢板表面　划伤。　经过一段时间的调节，并在改进后的工艺生产　陈书浩（１９８３一），男，博士生，２００６年北京科技大学本科毕　业，炼钢工艺和产品质量控制。　收稿日期：２０１１—０４－０８　条件下，Ｑ３４５Ｅ钢的翘皮缺陷得到很大的改善，翘皮　发生率降低到０．８％，取得了良好的经济效益。