X70 热轧板表面结疤缺陷产生原因分析

陈丛虎 厚健龙 王翠娜

（安阳钢铁集团有限责任公司）

0 前言

热轧板带产品根据其用途，钢板表面质量不得有结疤、裂纹、折叠等缺陷，此类缺陷不仅影响制作件的外观，而且往往还会降低钢板的性能，成为破裂时应力集中的薄弱点，并且还会加速钢板锈蚀，加大钢板锈蚀的程度[1]。

X70 热轧板，是一种管线用钢板，主要用于加工制造油气管线。某厂热连轧生产线在轧制X70管线钢的过程中，曾批量出现结疤质量缺陷，为及时解决此类质量缺陷，通过对生产工艺的调查，利用金相、微观等技术手段分析，找到了产生此类缺陷的原因，并提出了相关预防措施[2]。

1 缺陷宏观特征

某厂热连轧轧制14.6 mm×1 550 mm 管线钢X70 时，轧后发现产生了两次结疤缺陷，如图1 所示。

从图1 可以看出，第一次轧后，结疤呈指甲状，结疤周围曲线没有完全封闭，在宽度范围没有规律性，沿长度方向一般在10 m 之后就没有该缺陷了；第二次轧后，结疤形貌与第一次轧后的结疤不一样，结疤缺陷呈细线，且部分结疤完全封闭，沿长度方向一直延续。

图1 管线钢X70 轧后表面结疤

2 缺陷形成机理分析

2.1 结疤缺陷工艺调查

2.1.1 化学成分

对两次结疤缺陷涉及的炉次化学成分进行调查，结果见表1。成分满足标准要求，Cu、As、S、P、N 等有害元素不高，均在控制要求范围内。

表1 结疤缺陷产生炉次成分情况 %

2.1.2 连铸生产数据

对两次结疤缺陷涉及炉次的连铸生产过程进行调查，结果见表2。经查，结疤缺陷炉次浇铸时液面稳定，中包温度、拉速等工艺均满足标准要求。

表2 连铸生产情况

2.1.3 回炉坯比对

在出现结疤后，对该浇次剩余板坯进行高压水除鳞处理后剔除，其中部分板坯经粗轧后剔除，在回炉坯存放地冷却至室温，观察其表面情况。

对第一次有结疤缺陷浇次的回炉坯，仔细检查其表面质量，表面没有任何缺陷，随后将该批回炉坯入炉轧制，也没有发现问题；对第二次结疤缺陷浇次的回炉坯进行观察，发现连铸机1 流有3 块铸坯表面有不同程度的横裂和星状裂纹，宏观形貌如图2 所示。

图2 粗轧后回炉坯表面

2.2 热酸洗

对第一次轧后结疤与第二次轧后结疤取样进行热酸洗，热酸洗后的宏观形貌如图3 所示。

图3 表面结疤酸洗后的宏观形貌

从图3 可以看出，两次结疤形貌完全不一样，第一次轧后的宏观形貌类似于指甲状，酸洗完之后可见该缺陷裂纹处对应的部分有闭合，第二次轧后结疤部分明显闭合，且结疤两端都有类似于纵裂的裂纹，但不是纵裂。

2.3 金相分析

对有结疤缺陷的钢卷取金相试样，经4%硝酸酒精溶液侵蚀，侵蚀后的金相形貌如图4 所示。

图4 表面结疤金相形貌200×

第一次轧后缺陷的基体组织为准多边形铁素体，铁素体晶粒度大于9 级，带状组织1.5 级。结疤缺陷与表面约呈45°角，裂纹内充满浅灰色夹杂，尖端有分叉，裂纹两侧组织不同，靠近表面组织为铁素体和变形珠光体，靠近表面组织的晶粒度明显大于裂纹另一侧基体组织的。

第二次轧后缺陷的基体组织为准多边形铁素体，铁素体晶粒度大于10 级，带状组织2.5 级。结疤缺陷与表面约呈45 度角，裂纹内充满浅灰色夹杂，且裂纹周围有轻微脱碳。

2.4 缺陷形成机理分析

2.4.1 第一次轧后结疤缺陷的成因

结疤缺陷的金相分析表明，此次结疤缺陷的主要特征是裂纹附近组织的晶粒度显著不同，且靠近表面组织的铁素体更为粗大。据此特点分析，精轧入口温度约为900 ℃以上，如遇局部激冷，则温度降至珠光体转变温度以下，且提前进入两相区析出铁素体。随着生产的进行，在其余部位刚刚析出铁素体时，激冷区析出的铁素体已逐渐变大，经过层流的快速冷却后，激冷区的铁素体保持已变大的晶粒，而其余部位却保持铁素体刚析出时的细小晶粒，从而形成晶粒度的显著差异[3]。中间坯激冷部位形成粗大铁素体晶粒，表面组织处于塑性较差的温度区间，微裂纹沿温差断面产生。经精轧多道次轧制的压延，裂纹沿轧制方向形成，可见弯月形或三角形裂纹，即结疤缺陷。

由上述推论可知，该结疤缺陷与连铸过程无关，中间坯的局部激冷是其产生的关键因素。为此，对生产线水冷却系统进行了排查，经查，第一次出现轧后结疤的主要是由于在轧制时粗轧机漏水造成的。

2.4.2 第二次轧后结疤缺陷成因

在本浇次开浇前，检查设备，没有异常情况；在浇铸过程中，各工艺参数及操作比较稳定，未发现异常情况；但在浇铸结束检查设备时，发现1流结晶器内外弧足辊冷却水硬管断裂，无法正常喷水冷却。机理分析， 初生坯壳在结晶器内不停地向下运动，因坯壳较软，在钢水的静压力作用下,在结晶器中下部铜板间产生较大摩擦力，加之结晶器内外弧足辊内没有喷水，坯壳在经过结晶器内弧足辊时，受到热应力和摩擦力的双重作用，导致晶间破裂产生表面网状裂纹，后经轧制形成裂纹状结疤缺陷。

铸坯裂纹遗传所致的钢板裂纹，会呈现明显的脱碳组织，裂纹周围会出现因铸坯冷却、铸坯加热造成的大量二次氧化物点颗粒[3]。因此，结合缺陷金相特征可以推断，该缺陷的产生与轧钢没有关系。

3 预防措施及改进效果

3.1 预防措施

3.1.1 针对第一种缺陷采取的措施

为防止中间坯局部过冷，引起温度应力过大，微裂纹就沿温差断面产生，生产中应防止中间坯激冷，并加强轧制线上有无漏水点的检查，发现有漏水点造成中间坯黑斑水印时，应及时检查，找出漏水点，进行处理，保证无漏水落在中间坯上[1]。

3.1.2 针对第二种缺陷采取的措施

（1）为了保证连铸工艺设备满足质量要求，对主要的工艺设备按照使用周期提前进行检修和更换，结晶器在使用了300～400 炉时，应重点对铜板质量、足辊磨损和转动、喷淋情况进行检查，500 炉时必须更换，并离线检修；弯曲段在4 000～4 500 炉时必须要更换。

（2）严把工艺设备上线质量，结晶器、弯曲段、弧形段等工艺设备在上线前，由工艺、设备、生产骨干人员组成小组，对上线设备的质量、精度、喷淋等进行验收，确认无质量问题，方可上线。

（3）在操作方面，要求操作工在每个浇次开浇前都要对主要的工艺设备进行检查确认，比如检查结晶器铜板的表面、足辊的转动、喷淋状态、0 段喷淋辊子情况等，确保开浇前设备处于良好状态；停浇后，对重点的工艺设备状态，如结晶器、弧形段、喷淋、辊子等进行检查确认。

3.2 改进效果

通过采取以上措施进行针对性整改，X70的生产过程稳定，至今没有发现炼钢、轧钢工序因冷却系统造成裂纹而引起的热轧板表面结疤缺陷。

4 结论

通过对两次热连轧钢板表面结疤缺陷的工艺排查、低倍酸洗和金相分析，针对不同状态的结疤缺陷进行了工序排除，即锁定原因。一是粗轧漏水使中间坯激冷部位形成粗大铁素体晶粒，表面组织处于塑性较差的温度区间，微裂纹沿温差断面产生，经精轧多道次轧制的压延，裂纹沿轧制方向形成弯月形裂纹，即结疤缺陷。针对此类缺陷机理，加强轧制线上有无漏水点的检查，发现有中间坯黑斑水印，及时检查漏水点并妥善处理，确保无漏水落在中间坯上。二是连铸结晶器内外弧足辊内没有喷水，使得较软的初生坯壳在经过结晶器内弧足辊时，坯壳受到的摩擦力突然增大，在热应力和摩擦力的双重作用下，晶间破裂，产生表面网状裂纹，后经轧制形成裂纹状结疤缺陷。针对此类缺陷成因，对连铸工序的主要工艺设备，重点对铜板质量、足辊磨损和转动情况进行检查，按照连铸工序设备管理制度规定的使用周期提前进行检修和更换；严把工艺设备上线质量，对上线设备的质量、精度、喷淋等进行验收，确认无质量问题；浇次开浇前及停浇后，对主要工艺设备进行检查确认，比如检查结晶器铜板的表面、足辊的转动、喷淋状态、0 段喷淋辊子等，确保其处于良好状态。