钢板表面翘皮缺陷产生原因

2022-10-18刘莹,张楠

理化检验(物理分册) 2022年9期

刘莹, 张楠

(天津钢铁集团有限公司, 天津 300000)

解决钢板表面缺陷问题一直是钢铁企业技术研究的重点工作之一[1-2]。钢板表面出现质量问题会使产品降级，严重时会直接将产品判废，给企业造成巨大的经济损失。因此，对产品表面缺陷的产生原因进行分析，并提出相应的改进措施，可以减少经济损失，提升产品效益。

对265片表面存在翘皮缺陷的Q235B钢板按照厚度进行统计，其中厚度为12 mm的有165片，厚度为14 mm的有7片，厚度为22 mm的有2片，厚度为35 mm的有1片。笔者采用宏观观察、化学成分分析、金相检验、能谱分析等方法，并结合钢板的生产工艺，对Q235B钢板表面出现翘皮缺陷的原因进行了分析，并提出了工艺改进的方向，以避免该问题再次发生。

1 理化检验

1.1 宏观观察

钢板表面翘皮缺陷的宏观形貌如图1所示。由图1可知：可见翘皮缺陷沿钢板宽度方向分布，沿轧制方向的宽度约为400～600 mm，且沿轧制方向分布无明显规律；翘皮的一端与基体相连，另一端为自由端，呈波浪弧线状，如鳞片般翘起；缺陷严重处的翘皮已经呈条形弯曲不规则状，且即将剥离或已剥离钢板表面仅留下凹坑。

图1 钢板表面翘皮缺陷的宏观形貌

1.2 化学成分分析

从表面存在翘皮缺陷的Q235B钢板取样，利用直读光谱仪对试样进行化学成分分析，结果如表1所示，可见试样的化学成分符合GB/T 700—2006《碳素结构钢》的要求。

表1 表面存在翘皮缺陷Q235B钢板的化学成分分析结果 %

1.3 金相检验及能谱分析

选取表面存在翘皮缺陷且翘皮尚未脱落的Q235B钢板，沿垂直于翘皮缺陷延展方向取样，将试样切割、磨抛后对其进行金相检验，结果如图2所示。由图2可知：缺陷处翘起部位与基体间未完全分离，根部仍有连接，且此位置存在高温Fe2O3，周围有极少量的氧化圆点[3-4]；翘起部位与基体间夹有两层Fe2O3，分别附着于分开的翘皮及基体表面位置，且每层Fe2O3中都能观察到FeO及Fe3O4层，其中FeO层与基体和翘皮相连接，Fe3O4层附着在FeO层外；试样组织为铁素体+珠光体，为正常组织，缺陷周围区域脱碳不明显，但在翘皮一侧的晶粒略有长大。

图2 翘皮缺陷处的微观形貌

利用能谱仪对翘皮缺陷周围区域的氧化圆点进行分析，发现氧化圆点主要成分为FeMnO3，是典型的高温氧化产物(见图3)。

图3 翘皮缺陷周围区域氧化圆点的能谱图

2 综合分析

经上述理化检验分析可知，钢板表面缺陷的一侧与基体相连，未发现扩展的裂纹，翘起部分的组织与基体相近，并非氧化铁皮，故判定该缺陷为翘皮缺陷，不是裂纹或异物压入缺陷；缺陷与基体之间衔接处存在Fe2O3，周围存在极少量的氧化圆点。氧化圆点产生的原因为：在高温(约1 000 ℃)干燥环境中，金属材料中的Si，Mn元素经过高温氧化，形成了圆点状氧化物，即氧化圆点。随着加热温度的升高，保温时间的延长，氧化圆点的数量也随之增加。在高温条件下，当钢板表面出现缺陷时，缺陷处的氧势会比其他位置的高，氧化圆点在该部位更易产生并聚集。在缺陷周围观察到大量氧化圆点时，表明在前一道加热工序前，缺陷可能已经存在，而在高温水蒸气环境中，Si，Mn元素的氧化速率会随着水蒸气的增加而变大，因此，在不具备足够的保温时间时，钢板也会出现少量的氧化圆点[5]。

该Q235B钢板缺陷周围存在的少量氧化圆点可能产生于原始坯料的表面，也有可能产生于钢板的高温轧制阶段。因翘皮缺陷与基体分离位置的表面均附着有FeO和Fe3O4组成的氧化皮，且两层氧化皮呈背对背贴合，故可以判断缺陷是在产生氧化皮后形成的，结合氧化圆点的判断结果，推断缺陷可能是在粗轧阶段产生的。缺陷处的翘起部分晶粒稍有长大，且无明显的金属流变，进一步说明缺陷是在高温阶段形成的。

3 工艺检查

因缺陷是在高温阶段产生的，且可能产生于粗轧阶段，故对钢板的现场加热工艺流程进行检查。该Q235B钢板的要求出钢温度为1 120～1 180 ℃，实际出钢温度为1 150～1 165 ℃，可见出钢温度满足工艺要求。

对缺陷产生期间所用的粗轧辊进行宏观观察，发现粗轧辊沿着轴向分布有一条长约2.2 m、宽度约10 cm的龟裂区域，裂纹开口较大且有一定深度，属于较为严重的开裂(见图4)。

图4 缺陷产生期间所用粗轧辊的宏观形貌

钢板在压下轧制过程中，钢板表面与粗轧辊的裂纹面相接触，且钢材在高温阶段具有很好的塑性，所以容易被压入粗轧辊的裂缝中，并在钢板表面形成小凸起。在后续轧制过程中，受钢板压下量的影响，一部分凸起保留了下来，被碾压成舌状，经过扩展、延伸，最终形成了翘皮缺陷，另一部分凸起在碾压过程中形成条状，最终脱落。钢板的变形量越大，缺陷表现得越明显，所以钢板越薄，越易产生缺陷。