低碳冷轧基板边部非典型裂纹成因分析与控制

2019-11-27陈四平朱红芳

中国金属通报 2019年10期

陈四平，朱红芳

（德龙钢铁有限公司技术中心，河北邢台 054009）

冷轧基板是对冷轧用热轧卷板得简称，广泛应用于镀锌板、彩涂板、家电面板、马口铁等用途的冷轧原料。目前，随着冷轧制品越来越精细，厚度也越来越薄，用户对冷轧基板的质量要求也越来越严格，板坯生产过程中对各个工序都提出了更高的要求，特别是冷轧产品的表面质量，成为了影响冷轧后表面质量的最主要因素。本文针对冷轧基板SPHC表面频繁出现的边部裂纹质量问题，采用金相检验、扫描电镜观察、能谱分析以及中间坯去皮检查等手段，同时结合加热、粗轧工艺，分析同批次连铸坯在不同粗轧工艺以及设备条件下边部裂纹的变化规律，找出了裂纹缺陷发生的主要原因，并通过采取相应的控制措施，抑制该缺陷的发生。

1 缺陷形貌特征

热轧卷边部裂纹缺陷的外观形貌如图1所示，呈现为沿轧制方向的直线状，一般长度在10mm～50mm，密集分布在带钢上表面边部两侧3cm以内，裂纹处往往伴随有轻微的起皮现象。

图1 边部裂纹缺陷形貌图

2 检验与分析

（1）金相观察。于边部裂纹缺陷明显的部位切取小块钢板，制成10mm×10mm的金相试样进行截面的金相分析缺陷位置处的组织形貌。缺陷裂纹深度为30μm，形貌为凹坑型（图2b）与开裂型（图2a），且周围并无氧化圆点存在。

有资料显示[1]，如果来料板坯表面或边角部存在裂纹或开裂的缺陷，这些裂纹在高温长时间加热过程中，由于加热炉空气中O向板坯裂纹内渗透，将使板坯中Si、Mn等易氧化元素出现不同程度的氧化，从而在裂纹周围形成氧化质点。由图2检测结果说明，该缺陷并非来自于加热炉之前，极有可能与热轧的粗轧或精轧工序。

图2 裂纹缺陷的截面形貌

（2）针对性检查。为了进一步验证边部裂纹的产生工序，选择2块200mm×930mm×1010mm的SPHC铸坯在不同粗轧侧压、相同粗轧平辊正压的工艺下进行轧制，其中1#铸坯为限宽轧制，在第1、3、5道次投入立辊侧压，中间坯宽度910mm；2#铸坯为自由展宽轧制，不投入立辊。分别在轧后中间坯头部1m以及成品卷尾部5m处剪切20mm长钢板进行边部质量检测，考虑到铸坯的表面氧化铁皮影响影响边部裂纹观察，对需要检测的部位进行酸洗除鳞。

图3（a、b）为2支SPHC连铸坯的中间坯与成品卷边部裂纹形貌。图3（a）为1#板坯粗轧后的边部除鳞表面，存在大量微小纵裂纹，成品卷边部相应位置同样有细小纵裂纹；图3（b）为2#铸坯粗轧后的边部除鳞表面，未发现裂纹缺陷。因此，可以确定此次冷轧基板出现边部裂纹是在立辊侧压过程中形成的。

图3 中间坯与成品卷边部质量对比

图4 立辊表面质量

对粗轧立辊抽出检查表面质量，如图4所示，表面磨损严重，在粗糙部位存在不规则分布的结瘤状缺陷，最高突起高度约为6mm。结合立辊的轧制变形机理判断，立辊侧压时，立辊结瘤与轧件侧面相互挤压，且产生相对滑动，在轧件侧面上形成了一定深度的划伤，这些侧面的缺陷在后续的轧制过程中翻转至板坯表面，并产生纵向延伸，最终在中间坯边部形成密集的细小直线裂纹。

（3）结瘤高度对成品裂纹深度的影响。在线打磨立辊表面结瘤，并在200mm×930mm×1010mm铸坯上进行限宽轧制，测量结瘤高度与SPHC边部裂纹深度（如图6）。由此可见：结瘤高度较小时，不影响成品带钢表面裂纹或起皮，但结瘤高度的增大至1mm时，SPHC带钢边部开始出现碎裂纹缺陷，且裂纹深度随着结瘤高度得增加而增大。

图5 立辊结瘤高度与成品裂纹深度的关系图

图6 立辊轧制量与辊面结瘤高度的关系

（4）立辊结瘤原因分析。粗轧立辊是带钢生产线上的主要宽度控制部件，与轧件侧面直接接触，根据轧辊磨损机理[3]，在轧制过程中承受周期性的机械载荷和温度波动，形成疲劳磨损，同时还伴有较硬氧化物颗粒的研磨作用，导致立辊出现辊面磨损的现象，部分区域变得粗糙。这些粗糙区域，在高温轧制环境以及与轧件的滑动摩擦作用下，更容易引起铁粉或者氧化铁颗粒在此处聚集叠加，最终形成结瘤。

本次缺陷带钢所采用的粗轧生产线是由二辊可逆式单机架轧机R1与机前立辊机架E1组成，对来料铸坯采用往返5道次轧制，并在第1、3、5道次使用立辊侧压控制宽度，立辊使用频率高。采用定期抽检立辊在线的表面情况，如如图5所示，随着E1的使用时间延长，轧制量超过6万吨时，立辊辊面开始出现起瘤，且随着轧制量的再一步增大，高度增加速率逐渐增大，轧制量达到12万吨时，立辊表面起瘤高度达到1mm，开始影响成品带钢出现边部裂纹；轧制量达到18万吨后，立辊表面结瘤尖锐突出，高度达到了6mm。所以，立辊的在线使用周期过长是直接造成辊面磨损严重，出现辊面结瘤的根本原因。