圓鋼被廣泛應(yīng)用于機械、建筑、船舶等行業(yè)，不僅對其組織性能有嚴格的要求，還要求具有優(yōu)越的表面質(zhì)量。圓鋼一般由連鑄坯經(jīng)初軋、粗軋以及精軋等一系列軋制工藝完成。由于連鑄坯容易存在疏松、裂紋等缺陷，在軋制過程中生產(chǎn)的圓鋼易產(chǎn)生裂紋、劃傷、軋痕等表面缺陷[1]。目前，隨著各行業(yè)對圓鋼表面質(zhì)量的要求越來越高，如何避免圓鋼表面缺陷的產(chǎn)生，已成為熱點問題[2-5]。圓鋼爛邊缺陷是缺陷品中出現(xiàn)率較高的，根據(jù)對其連續(xù)幾個月的統(tǒng)計分析，其爛邊率高達2.04%，然而對圓鋼爛邊缺陷的研究相對較少。

本文采用金相顯微鏡（OM）、掃描電鏡（SEM）及能譜（EDS）等手段對熱軋圓鋼爛邊缺陷進行了表面形貌分析，探討了圓鋼爛邊缺陷的形成原因，并制定了相應(yīng)的控制措施，問題得到解決，為提高圓鋼表面質(zhì)量提供參考。

1.   檢測與分析

1.1   缺陷部位宏觀形貌

熱軋圓鋼爛邊缺陷主要類型有兩種：一種為軋材表面出現(xiàn)比較細密，分布無規(guī)律細小爛邊(見圖1)；另一種為軋材出現(xiàn)大爛邊(見圖2)。

1#試樣輕微的缺陷處未出現(xiàn)明顯翹皮和層狀現(xiàn)象，而嚴重的缺陷部位則出現(xiàn)了明顯翹皮和層狀現(xiàn)象，主要是金屬內(nèi)部組織存在大量位錯，而位錯在缺陷部位延伸方向的拉應(yīng)力作用下加劇了移動[6]，這是有些部位出現(xiàn)了屈服現(xiàn)象而導(dǎo)致與軋件基體不能壓合的翹皮和層狀明顯暴露出來。

2#試樣經(jīng)現(xiàn)場大量宏觀觀察，在整根軋件縱向長度上表現(xiàn)輕重程度不同，且形態(tài)形貌不一，出現(xiàn)頻次和在成品圓鋼的分布也分布零亂，說明此缺陷的產(chǎn)生具有隨機性和偶發(fā)性。

1.2   微觀檢驗與分析

1.2.1   金相觀察

1#試樣缺陷部位無晶粒明顯長大、無明顯脫碳、無氧化質(zhì)點（如圖3），這也說明鑄坯在加熱過程中無過熱或過燒現(xiàn)象[7]。但在裂紋缺陷和基體的位置發(fā)現(xiàn)裂紋壁呈鱗狀，存在大量氧化鐵，主裂紋尖端處出現(xiàn)裂紋分支及裂紋延伸，裂紋兩側(cè)也同時分布著氧化鐵脫落引起的孔洞。

2#試樣缺陷部位有晶粒明顯長大、明顯脫碳、氧化質(zhì)點（如圖4），其輪廓明顯，顯微鏡觀察裂縫內(nèi)充滿氧化鐵類夾雜。個別試樣開裂處組織正常，但裂紋內(nèi)及其前端存在夾雜物。

1.2.2   掃描電鏡及能譜分析

1#試樣裂口處沒有發(fā)現(xiàn)明顯異物，周圍的裂紋表面平滑，但缺陷位置存在裂紋及氣孔形貌。能譜分析表明，裂縫內(nèi)鱗狀型物質(zhì)主要為鐵的氧化物，結(jié)合金相圖（如圖5），推斷熱軋圓鋼軋制爛邊是由鑄坯微裂紋及皮下氣泡缺陷經(jīng)在加熱爐中加熱被氧化[8]，因此裂紋中就形成了以氧化鐵為主的夾雜。再經(jīng)多道次的軋制缺陷被暴露和擴展形成。

2#試樣裂紋斷口處表現(xiàn)為大量的凹凸懸浮狀物質(zhì)，附近軋制面上的微裂紋處有大量與基體明顯不同的顆粒狀物質(zhì)。能譜分析如圖6，裂紋處的顆粒狀物質(zhì)為含Ca、K、O、Na、Al、Si、Mg、Cl等元素，其主要來源于保護渣或者鋼渣帶來的雜質(zhì)，可以推斷，此類裂紋在結(jié)晶器中形成，在軋制過程中進一步擴展。

2.   原因分析

（1）較小的爛邊主要是由鋼水脫氧不良、二冷水冷卻不均和角部局部冷卻過強等引起的近表面缺陷在加熱爐中被氧化，再經(jīng)多道次軋制缺陷被暴露和擴展而形成的。

（2）較大的爛邊主要是由于卷渣、原材料水分偏大、結(jié)晶器冷卻條件不良和鋼水中[S]、[O]含量高，[Mn]/[S]比較低等原因造成的。

3.   控制措施

（1）優(yōu)化二冷區(qū)配水，使其在不同拉速和不同斷面連鑄坯下的冷卻強度均勻合理，強化連鑄設(shè)備維護，減少鑄坯局部冷卻不均。

（2）保證結(jié)晶器的倒錐度，嚴格二冷區(qū)的對弧。

（3）提高轉(zhuǎn)爐冶煉終點控制，減少因拉碳溫度不合適或化渣不透造成的點吹。

（4）嚴格執(zhí)行補加脫氧劑制度，并適當延長吹氬時間，促進生成的夾雜物、氣體等從鋼液中充分上浮，達到鋼水脫氧效果良好。

（5）使鐵水在混鐵爐中充分混合均勻，保證鐵水硫含量控制在0.030%以下。

（6）降低鋼中S含量，提高錳硫比，確保錳硫比不小于15。

（7）強化對原材料的烘烤效果，盡量減少鋼中由水分帶來的氣體含量。

4.   結(jié)束語

（1）較小的爛邊主要是由鋼水脫氧不良、二冷水冷卻不均和角部局部冷卻過強等引起的近表面缺陷在加熱爐中被氧化,再經(jīng)多道次軋制缺陷被暴露和擴展而形成。較大的爛邊主要是由于卷渣、原材料水分偏大、結(jié)晶器冷卻條件不良和鋼水中[S]、[O]含量高，[Mn]/[S]比較低等原因造成的。

（2）通過優(yōu)化二冷區(qū)配水、改善連鑄坯冷卻效果、強化轉(zhuǎn)爐冶煉工藝操作、降低鋼水[S]含量等措施，鑄坯和鋼水質(zhì)量得到提高，熱軋圓鋼軋制爛邊缺陷大量減少，經(jīng)濟效益十分明顯。

文章來源——金屬世界