热轧钢板表面翘皮缺陷分析

来源：王国栋，朱鲁玲，张作贵，刘俊亮 |浏览：次|评论：0条 [收藏] [评论]

摘要：利用金相显微镜和扫描电镜手段研究了几种典型的热轧钢板表面翘皮缺陷，结果表明，热轧板表面翘皮缺陷皮下成分主要有氧化铁，二次氧化颗粒，夹渣等3种组成情况。根据翘皮缺陷皮处的能谱分析结果可以判断引起热轧板表面翘皮缺陷的原因主要有表面氧化铁皮的轧入、铸坯中的气泡、铸坯表面或边部开裂、侧压定宽机参数的调整不当、结晶器保护渣的混入等，详细讨论了热轧钢板表面翘皮缺陷产生的原因。

关键词：热轧；表面缺陷；能谱

中图分类号：TG142．1 文献标识码：A 文章编号：1001-0777(2009)01-0046-06

热轧带钢产品主要以钢卷状态供给冷轧机作原料，同时也直接向用户和市场销售热轧钢卷和精整加工产品，近几年又有经过酸洗的热轧钢卷作为成品进入销售市场。热轧钢板的主要钢种为低碳钢(包括超低碳钢)，一般碳素结构钢等。

在过去的几十年中，热轧板带钢产品的技术不断改进，生产工艺日新月异，从而大大改善了产品质量。由于一系列的技术进步，特别是对热轧带钢、热轧薄板及热轧中厚板的检测技术的改进，人们对热轧板的缺陷需要更精确得划分和定义。德国金属学会在此前提下特别研究了热轧板带钢生产中遇到的一些缺陷的表象和性质，提出了热轧板带钢中各种缺陷的名称及成因。热轧板表面缺陷在国内钢厂中也经常出现，有文献分析了热轧板表面条纹缺陷、结疤缺陷以及表面翘皮缺陷的成因。

笔者在近几年的热轧板表面检测过程中接触到了各种缺陷，其成因各不相同，特别是导致热轧板表面翘皮缺陷的原因也发现了很多情况，翘皮缺陷的频繁出现成为影响热轧成品板合格率的主要因素。文章对宝钢热轧板翘皮缺陷的成因做了进一步的总结和讨论，从热轧板钢坯浇铸到钢坯质量再到热轧工艺详细讨论了可能导致热轧板表面翘皮缺陷的几种情况，为指导生产和质量议分析提供了依据。

1 试验过程

1．1热轧板生产工艺

热轧板生产基本工艺流程为板坯经过加热炉被加热到轧制温度后出炉，先经过粗除磷箱，用高压水清除初生氧化铁皮；板坯除磷后紧接着即送往板坯定宽压力机进行一道次的连续侧压；定宽压力机的侧压量是根据板坯与钢卷宽度差来决定的，一次可侧压到要求的宽度；随后板坯经2辊可逆轧机、4辊可逆轧机分别轧制3～5道次，轧成30～60 mm厚的中间带坯；2辊可逆轧机和4辊可逆轧机前的立辊用来对于板坯水平压下时的宽展进行修正，补偿控制板坯头尾部轧制时产生的不足和对全宽度进行控制；初轧后的中间带坯经中间辊道、切头飞剪前输入辊道，根据钢种和规格，如需要边部加热，带坯经边部电感应加热器，随后进入切头飞剪切去带坯头部，再经精轧除鳞箱清除再生氧化铁皮，进入精轧机组进行轧制；热轧带钢经精轧机后的输出辊道上的层流冷却装置进行冷却，将带钢冷却到规定的卷取温度，然后由三助卷辊式全液压卷取机卷成钢卷；需经分切重卷的热轧钢卷在冷却到常温后，由分卷机组进行分切重卷成小钢卷，经打捆、称量、喷印后存放在成品卷库，发货出厂。

对于热轧板生产的基本工艺流程可概括为板坯加热或热连铸坯→除鳞→粗轧→精轧→冷却→卷取→打捆→喷印→称重→精整^[1]。

1．2 试验材料

试验用材料为宝钢生产的普通碳钢热轧板，缺陷主要为翘皮缺陷，分析了6块热轧板，1～6号热轧板表面缺陷分布情况如表1所示，大多分布在热轧板上表面边部。图1中白色箭头所指部位为热轧板表面翘皮缺陷的宏观形貌，其中图1(a)～(f)分别对应于热轧板1～6号。

1．3 实验方法

1～6号热轧板翘皮缺陷均沿轧制方向分布，截取热轧板翘皮缺陷的横截面试样，经镶嵌、磨抛后制备成金相试样，先在金相显微镜下观察缺陷横截面的抛光态形貌，然后再用能谱分析其不同横截面形貌的成分差异。所用金相显微镜型号为：LEICA DMRD型正置式光学显微镜；扫描电镜型号为：JEOL JSM-6460LV低真空扫描电镜，采用电压：20 KV，电流：1μA；能谱型号为：Oxford Instrument INCA x-sight 7573，液氮冷却。

2 实验结果及讨论

图2(a)为l号热轧板试样表面缺陷的横截面形貌，从中可以看到，翘皮下有许多黑色块状物质见图2(a)A区域，图2(a)B区域为在A区域黑色物质周围弥散分布的大量的灰色小颗粒，且在翘皮缺陷末端表现尤为明显。图2(b)为2号热轧板试样表面缺陷处的横截面形貌，翘皮缺陷处存在宽度为10～20μm的长条状黑色块状物质见图2(b)c区域，其周围也有大量弥散分布的灰色小颗粒见图2(b)中D区域。

图3为1号试样缺陷的能谱成分分析结果，谱图3分析结果表明，大的块状物质处[图2(a)中A区域]主要含有O、Fe、Mn等元素，可以确定为铁的氧化物。谱图2为对应于图2(a)中B区域的黑色小颗粒的成分分析结果，主要含有O、Si、Mn、Fe、P等元素，且其中Mn元素峰的强度要比大块物质中高很多，可以确定黑色小颗粒为Si、Mn等元素的氧化颗粒，称之为二次氧化颗粒^[2]。另外，能谱分析表明2号热轧板表面翘皮缺陷处翘皮下化学成分与1号相同，也为大块铁的氧化物和弥散分布的细小Si、Mn的二次氧化颗粒。

图4(a)为3号热轧板缺陷的横截面扫描电镜形貌及能谱成份分析结果，可以看到翘皮缺陷下为条带状分布的黑色物质，周围没有发现弥散分布的细小颗粒。能谱分析结果表明，3号试样热轧板翘皮下的黑色物质主要含有O、Na、A1、Si、S、Ca、Fe等元素，图4(c)为4号试样热轧板缺陷的横截面扫描电镜形貌及能谱成份分析结果，4号试样翘皮下的条带状物质主要成分为O、Na、Mg、Al、Si、S、K、Ca、Fe等元素。这些成分元素和结晶器保护渣的成分相近，由此可以推断在热轧前的连铸工序中结晶器保护渣卷入铸坯表层，在后续的热轧工序中受到轧制碾压从而形成表面翘皮缺陷。

图5(a)、(b)分别为5号和6号热轧板表面缺陷处的横截面形貌，可看到该类热轧板缺陷的横截面形貌和与以上介绍的两种缺陷形貌均不同，其中5号热轧板翘皮下黑色物质分布不规律，在多个方向上有延伸分叉[图5(a)]；而6号热轧板翘皮下黑色物质在基体内向两侧分布，并延伸到基体表层，黑色物质在中间露出基体表层，呈“八”字形状分布[图5(b)]。

图6为6号热轧板翘皮缺陷处的能谱成份分析结果，其成分仅含有O、Fe元素，证明为铁的氧化物，5号试样缺陷处能谱分析结果与6号试样相同，仅有铁的氧化物分布于翘皮下。

按照热轧板表面翘皮缺陷横截面形貌和翘皮下化学成分的不同，将热轧板表面翘皮缺陷分为3种情况来进行讨论。

(1)翘皮皮下成分分析有二次氧化现象，主要为Si、Mn的氧化颗粒。在热轧工序中，钢坯热轧前需经过加热炉加热，并且保温一定时间，如果钢坯表面或边角部位有裂纹或者开裂现象，加热过程中这些缝隙中保留有少量空气，钢坯裂纹和空气接触，使得钢坯中的Si、Mn等易氧化元素会出现不同程度的氧化，因而在氧化铁皮周围出现了二次氧化现象。进入热轧工序，钢坯表面裂纹和加热炉中产生的二次氧化被轧合而遗留在热轧板表面，形成表面翘皮缺陷。可通过对热轧板坯表面质量的详细检查，切除板坯表面裂纹等缺陷来减少这种情况的出现。

(2)翘皮缺陷成分分析发现翘皮皮下有夹渣成分出现。造成这种情况的出现有两种可能：一为结晶器水口的保护渣被卷入铸坯的内表层，经热轧轧辊反复多次轧制碾压后，保护渣上浮到热轧板表面最终形成翘皮缺陷；另一为铸坯在进人加热炉后，炉膛内壁的耐火材料脱落至铸坯表面，经过多次轧制碾压后耐火材料进入热轧板内表层最终形成翘皮缺陷；如果铸坯内部卷入结晶器保护渣，也会使钢的内部质量发生明显恶化，由此分析，必须要经常检查结晶器水口的设计，加强对结晶器水口的检修，防止结晶器水口破坏导致保护渣卷入钢坯内部^[3]。

(3)成分分析发现翘皮处横截面上仅有氧化铁成份存在，这种情况主要是在热轧过程中造成的。首先，钢坯在进入热轧工序前需要进入表面除鳞工序，除鳞效果不彻底钢坯表面或边角部位会残留有高温氧化铁，经后续轧制过程轧辊碾压而进入热轧板次表层，形成表面翘皮缺陷，可通过改善表面除鳞效果，来防止热轧板表面残留氧化铁。另外，热轧前几道轧制工序中可能因工作辊表面状况等原因造成热轧板表面划伤产生氧化现象，在后续的轧制压下时氧化铁轧入热轧板表面最终形成表面翘皮缺陷，此种情况的截面金相观察发现氧化铁多在热轧板近表层很浅处，因此要经常检查热轧轧辊表面状态防止此种翘皮缺陷的产生。还有一种情况是钢坯近表面内部有气泡^[4]，靠近铸坯表面的气泡在轧制过程中，沿轧制方向延伸，最终在钢板表面逸出，导致热轧板表皮分层，形成热轧板表面翘皮缺陷。大多数情况下，翘皮被压合，在往返轧制或卷取过程中，部分表皮分层剥离翘起再被压实，翘皮下产生呈“八”字的氧化铁分布情况。对于有侧压定宽机的热轧工艺来说，如果侧压调整不合理，也会导致热轧板边部金属向上翻入热轧板表面，经过多道次轧制后，热轧板表面形成由热轧板边部方向向中心覆盖的翘皮，因此该翘皮多出现于热轧板边部^[5]。

3 结语

通过对常见的典型热轧板表面翘皮缺陷的形貌、分布及成分分析，得出如下结论：热轧板表面翘皮缺陷皮下成分主要有块状或条带状氧化铁，氧化铁和细小二次氧化颗粒，条带状夹渣等三种组成情况。根据翘皮缺陷皮下化学成分的不同，分析得出造成热轧板表面翘皮缺陷的原因主要有表面氧化铁皮的轧入、铸坯中的气泡、铸坯表面或边部开裂、侧压定宽机参数的调整、结晶器保护渣的混入等。

参考文献：

[1]王廷傅．轧钢工艺学[M]．北京：冶金工业出版社，1996。

[2]尹显东．低碳铝镇静钢的二次氧化[J]．国外耐火材料，2004， (5)：25．

[3]王永胜，成泽伟，王万军，等．热轧板坯表面缺陷分析[J]．钢铁研究学报，2002，14(2)；75．

[4]袁方明，划秀梅，王新华．热轧钢板表面翘皮及线形条纹缺陷检测[J]．物理测试，2004，22(6)：31．

[5]武彩虹，韩静涛，刘靖等．热轧带钢边部“翘皮”缺陷分析[J]。塑料工程学报。2005，12(6)：23．

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