热轧X80管线钢 表面典型翘皮缺陷分析
随着钢铁工业的发展，用户对热轧带钢表面质量的要求越来越高，热轧带钢表面质量直接关系到最终成品的外观和使用性能，因而是影响钢板质量的一个重要指标。常见的热轧带钢表面缺陷主要有翘皮、裂纹和氧化铁皮压入等。其中，翘皮缺陷尤为突出，已逐渐成为影响热轧成品板合格率的主要因素。
翘皮缺陷有多种类型，根据缺陷发生位置的不同可分为边部翘皮、面翘皮和端部翘皮。其中，边部翘皮是指发生位置在带钢边部10cm范围内的翘皮；面翘皮是指发生位置在带钢边部10cm范围外的翘皮；端部翘皮是指外观呈片状，发生于带钢端部的翘皮。根据缺陷的形貌不同，翘皮缺陷还可分为片状翘皮、线状翘皮和点状翘皮等。本文结合某钢厂热轧X80管线钢表面出现的边部翘皮和面翘皮缺陷，细致对比了不同缺陷的微观特征及其对应的形成原因，给出了缺陷原因判断依据，并提出了相应的工艺优化措施。
翘皮缺陷形貌特征分析
宏观形貌特征及成分。1号翘皮缺陷在带钢表面沿轧向分布，长度从几毫米到几厘米不等，宽度为1—5mm，在沿带钢长度方向的1个或多个特定的位置集中出现，在沿带钢宽度方向出现位置不固定，但各位置均有出现，带钢宽度方向的中部偏多，且上下表面均有出现。该类缺陷呈现出两侧头部偏尖，中部鼓肚的柳叶状形貌。
2号翘皮缺陷在带钢表面沿轧向呈线簇状断续存在，长度从几毫米到几厘米不等，宽度约为1mm，多出现于带钢尾部，在沿带钢宽度方向集中出现在距边部100mm以内，在生产线操作侧居多，带钢上下表面均有出现。该类缺陷单个尺寸较小，通常多个缺陷并列存在。
3号翘皮缺陷在带钢表面沿轧向呈细线状分布，长度通常为几十到几百毫米，宽度为1—2mm，沿带钢长度出现位置不固定，在宽度方向多位于带钢中部，带钢上下表面均有出现。该类缺陷长度较长，宽度介于1、2号缺陷之间，缺陷头尾处有明显延伸痕迹。
反查出现上述3种翘皮缺陷卷的成分控制情况，结果见表1。由表1可见，各卷热轧带钢的成分控制均正常，说明上述3种翘皮缺陷的产生与成分无关。
微观特征分析。1号缺陷表面呈长条状翘皮覆盖形貌，部分区域翘皮剥落，剥落部分同样沿轧向延伸。
1号翘皮缺陷的部分区域氧化铁皮整体向上隆起，氧化铁皮下存在鼓泡；部分区域氧化铁皮一侧涨破，一侧仍与基体连接；部分区域氧化铁皮两侧均涨破。缺陷内部较为纯净，没有氧化层和氧化质点。
用硝酸酒精混合液侵蚀后观察1号翘皮缺陷截面显微组织，发现缺陷附近晶粒呈等轴状，大小均匀，与基体内部组织几乎没有差别。
2号翘皮缺陷表面形貌为沿轧向延伸，部分区域表现为开放式沟壑，内部有破碎氧化铁颗粒，部分区域有翘皮覆盖。2号翘皮缺陷表层有铁皮翘起，裂纹由表层向基体延伸，并呈八字形双向裂纹延伸形貌，裂纹深度较浅，且坡度较缓，几乎与表层平行，裂纹附近氧化质点较少，氧化层较薄。用硝酸酒精混合液侵蚀后观察2号翘皮缺陷截面显微组织，同样发现裂纹附近组织与基体组织无明显差别，均为铁素体+珠光体。
3号翘皮缺陷表面微观形貌与2号翘皮缺陷的微观形貌相似，同样表现为开放式沟壑+翘皮覆盖形貌，内部有破碎氧化铁皮颗粒。
3号翘皮缺陷处有裂纹由表层向基体延伸，裂纹深度较大，与2号翘皮缺陷相比坡度明显更大。通过能谱分析，在裂纹附近有大量硅类和锰类氧化质点，氧化层较厚，部分氧化层包裹在基体内。用硝酸酒精混合液侵蚀后观察3号翘皮缺陷截面显微组织，其组织特征表现为晶粒粗大，并且有脱碳现象。
原因分析及预防措施
1号翘皮缺陷。1号翘皮缺陷属于边部翘皮，是由于连铸坯内部气泡缺陷产生，在浇铸过程中由于钢包顶渣和透气水口的吹氩量过大等原因会使包括氩气在内的一些空气被吸入钢水中，这些气泡很难溶于钢水，因其密度小于钢水，所以绝大部分能够通过上浮而排出，但也有少量小而散的气泡在钢水凝固过程中没来得及上浮而被凝固的坯壳封锁在连铸坯中，经过热轧大压下量变形后，靠近带钢表面的气泡会暴露出来，造成带钢表面翘皮缺陷，并且在轧制过程中很难焊合。
此类翘皮缺陷在带钢宽度方向发生位置不确定，属于面翘皮，主要特征为两侧偏尖、中间鼓肚形貌。由于连铸坯本身密封情况较好，气泡经过大压下变形才会被轧破，所以该类缺陷内部通常较为纯净，不会有氧化质点和氧化层，缺陷附近的组织与正常组织相同。在RH炉精炼前对钢包顶渣进行改质处理和在连铸浇钢过程中将中间包塞棒和透气水口的氩气量关小可有效减少此类缺陷。
2号翘皮缺陷。2号翘皮缺陷也属于边部翘皮，是由于热轧过程中边角部金属翻边流动造成。热轧的基本流程为板坯出加热炉后经高压水除鳞，紧接着被送往定宽压力机，采用锤头进行一道次的连续侧压减宽，然后进可逆粗轧机进行平辊减薄和立辊减宽。在定宽压力机减宽和立辊减宽阶段，连铸坯会呈狗骨状两边厚中间薄的形貌，连铸坯出加热炉后边部温降较大，金属塑性降低。在进行平辊减薄时，连铸坯边部金属流动性差，容易造成边部金属向中心侧翻，进而形成由边部向中心覆盖的翘皮缺陷。
此类翘皮缺陷多位于热轧板边部，属于边部翘皮，主要特征为从截面观察到的翻边线坡度较缓，几乎与表层平行，部分区域会焊合。由于粗轧阶段的温度介于氧化质点大量形成的高温和金属再结晶温度之间，所以从截面可以观察到一定的氧化层和少量氧化质点，并且缺陷附近组织表现为与基体组织无异的等轴晶粒。粗轧阶段使用边部加热器对热轧中间坯边部进行温度补偿，可以提高连铸坯边部温度，从而提高边部金属的塑性，减少此类翘皮缺陷。此外，合理分配减宽量和减宽道次也可以有效抑制此类缺陷。
3号翘皮缺陷。3号翘皮缺陷属于面翘皮，是由于连铸坯表面带有裂纹，裂纹附近的氧化、周围产生的脱碳以及氧化质点是在连铸坯加热过程中产生的，这是此类缺陷成因的判断依据。如果连铸坯在轧制过程中出现裂纹，其裂纹中只能产生轻微氧化，不会出现脱碳。连铸坯在热轧前需经过加热炉加热并保温一段时间，如果连铸坯表面带有裂纹，在加热时这些裂纹中会保留有少量空气，在加热炉内高温下连铸坯裂纹与空气接触，使其中的硅和锰等易氧化元素发生不同程度的氧化，从而在裂纹附近形成大量氧化质点，同时沿裂纹形成较厚的氧化层，经过后续大压下变形后部分裂纹会焊合，从而将氧化层包裹在基体内。同样，由于钢中的碳和空气中的O2反应，会造成裂纹附近出现脱碳。碳化物在高温下可以阻碍金属晶粒的长大，脱碳后碳化物减少，所以裂纹附近还会出现晶粒异常长大情况。一般认为，由于钢水凝固特性和生产工艺参数等原因，连铸坯裂纹形成于钢液在结晶器内的凝固过程中，并在进入二冷区以后得到扩展。出现裂纹的原因主要是结晶器冷却不均匀，使得初生坯壳厚度不均匀，在坯壳较薄的地方应力集中，超过了一次晶粒晶界的抗拉强度。
此类翘皮缺陷在带钢宽度方向位置不固定，属于面翘皮，主要特征为缺陷附近有大量的氧化质点和氧化层，并且缺陷附近存在晶粒异常粗大和明显脱碳现象。优化钢水成分、控制中间包钢水过热度以及选用合适的保护渣等措施可以有效减少此类缺陷。
以上分析看出，造成热轧板表面翘皮缺陷的原因多种多样，包括连铸坯气泡、热轧工艺不当和连铸坯表面裂纹等，不同原因形成的翘皮缺陷微观形貌差别显著。浇铸过程中吹氩量过大等原因容易导致连铸坯内部残留有气泡，后续经过大压下量变形后在带钢表面形成翘皮缺陷，此类缺陷的表现特征为从截面可观察到表面铁皮隆起，部分区域气泡从氧化铁皮侧面涨破而逸出，缺陷附近没有氧化质点和氧化层。热轧过程中连铸坯边部温降过大和减宽量分配不合理容易导致连铸坯边部金属侧翻而被压入带钢表面，形成翘皮缺陷，此类缺陷的表现特征为裂纹从表层向基体延伸，深度较浅，几乎平行于表层，裂纹附近有少量氧化铁层及氧化质点，缺陷附近组织无明显异常。浇铸工艺不当容易导致钢液在凝固过程中形成裂纹，经过热轧后在带钢表面表现为翘皮缺陷，此类缺陷的表现特征为裂纹从表面向基体延伸，深度较大，裂纹附近存在大量氧化质点及氧化铁皮，缺陷附近存在脱碳及晶粒异常长大情况。
(来源：首钢日报）
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