热轧带钢表面横裂纹原因分析

2020-11-22寻之安祝传春李强刚王军荣张志坚

四川冶金 2020年5期

寻之安，祝传春，李强刚，王军荣，张志坚

(日照钢铁控股集团有限公司，山东日照 276806)

由于板坯质量、轧制设备、生产工艺等多方面原因，导致带钢表面出现裂纹、气孔、氧化铁皮、凹坑、麻坑、结疤、划伤、孔洞、分层等不同类型的缺陷[1]，均会严重影响产品合格率。热轧厂在某一时间段内表面裂纹缺陷率居高不下，降低了产品的成材率，给企业带来较大的经济损失。本文针对该厂热轧线生产过程中出现的表面裂纹问题，结合现场实际情况，确定缺陷产生与中间坯表面局部冷却不均相关，于是采取有效防范措施，降低裂纹缺陷出现几率。

1 表面裂纹缺陷统计分析

表面横裂纹缺陷涉及普碳钢、船板钢、低合金钢、管线钢、耐候钢等多个钢种牌号，与材料特性无明显对应关系。

图1是按厚度规格统计的表面裂纹出现率，发现随厚度的增加，缺陷发生率明显上升。当带钢厚度超过16 mm时，表面裂纹出现率达63.7%，而薄规格带钢表面无裂纹缺陷的产生。

图2是表面裂纹距离成品带钢头部距离的统计，缺陷主要集中在距带钢头部30 m范围，占比60.9%，尾部缺陷相对较少。

图1 按规格统计缺陷出现率

图2 按距离统计缺陷出现率

2 表面裂纹的宏观特征和检验分析

2.1 表面裂纹宏观特征

表面裂纹宏观形貌呈唇印状(如图3、图4所示)，有相关文献也叫“唇印结疤”[2]，大小不一，长度10-100 mm。裂纹全部出现在带钢上表面，分布在宽度1/4至1/2位置，垂直于轧向，多集中在头部30 m内，沿长度方向出现，无明显周期性。

图3 表面裂纹宏观形貌

图4 表面裂纹宏观形貌

2.2 裂纹缺陷检验分析

利用光学显微镜和扫描电镜等手段，对裂纹缺陷样检验分析。裂纹与表面呈约60°斜向基体延伸，深约0.79 mm(见图5)，裂纹较平滑，内部局部有少量氧化铁。如图6金相组织所示，裂纹两侧组织完全不同，近表面一侧晶粒较粗，靠近基体一侧晶粒较细且沿裂纹附近有轻微变形流线，无脱碳层和氧化圆点。对裂纹内多个位置进行点分析(见图7)，对比正常位置裂纹内局部位置存在Fe、O、C和少量Mn元素(见表1)，没有发现保护渣和非金属夹杂物的成分。

图5 “裂纹”微观形貌

图6 “裂纹”周围组织

图7 裂纹周围能谱检测点

表1 各位置的能谱检验结果(%)

3 裂纹产生原因分析

依据对脱碳层、氧化物圆点、元素等检测结果，判断裂纹不是来源于连铸坯缺陷和高温加热工序[3]。根据金相组织表面一侧晶粒较粗，靠近基体一侧晶粒较细且沿裂纹附近有轻微变形流线，说明在轧制过程中带钢表面局部冷却不均，存在过冷现象，造成组织晶粒度相差较大[4]。

3.1 加热温度的影响分析

粗轧温差的控制有利于提高轧制稳定性和产品质量，合理控制加热炉加热制度，可降低炉间温差和同板坯温差[5]。通过对比轧程前后炉间温度、板坯通长温度，结果发现表面裂纹产生与炉间温差、同板温差之间未有明显规律，加热温度不是影响表面裂纹的因素。

3.2 轧制速度的影响分析

根据现场生产情况，有计划的提高粗轧轧制速度，降低精轧入口中间坯头、尾、表面和心部的温差，同样发现带钢表面裂纹缺陷无规律的产生，说明轧制速度不是影响裂纹产生的因素。

3.3 水系统的影响分析

裂纹附近靠近基体一侧较表面一侧组织晶粒较细且有组织流线变形，存在轧制过程中带钢表面局部冷却不均现象。设备检修期间治理轧线通道水系统跑、冒、滴、漏点，降低带钢表面积水，更换轧辊切水板，确保对轧辊冷却水切水效果。治理维护后，表面裂纹缺陷发生率有所降低，但不明显。因此通道水系统异常漏水点对表面裂纹有一定影响，但并非主因。

梳理影响轧制温度变化工艺，发现在精轧机前除鳞箱高压水除鳞后，中间坯表面会迅速降温[6]。回查产生裂纹缺陷轧程生产情况，发现除鳞箱前面高压除鳞水异常返水严重，在中间坯表面形成水滞留区域(见图8)，导致表面与冷却水换热后温度降低。再次经过高压水除鳞后，滞水区域表面温度迅速下降，在F1前出现明显“黑印”区。通过高压除鳞箱返水治理后，表面横裂纹缺陷消失，证实除鳞箱高压除鳞水异常返水是产生横裂纹的主要原因。

由于除鳞箱前高压除鳞水漏水，集中在轧件表面，造成表面局部过冷，温差引起内应力过大。当内应力足够大时，可能产生表面微裂纹[7]。局部过冷区域提前发生奥氏体向铁素体转变，由于铁素体组织较奥氏体组织塑性差，轧制过程中表层铁素体组织区域摩擦力增大，奥氏体组织产生流线变形，使微裂纹进一步拓展成长裂纹。