陳連生１,李 躍１,宋進(jìn)英１,鄭小平１,田亞強(qiáng)１,李廣林２
(１．華北理工大學(xué),教育部現(xiàn)代冶金技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,唐山 ０６３００９;２．北京首鋼股份公司,遷安 ０６４４００)
摘 要:采用光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡及能譜儀等分析了５５Mn冷軋帶鋼邊裂缺陷的形成原因,提出了優(yōu)化的冷軋控制措施并進(jìn)行了驗(yàn)證.結(jié)果表明:因鑄坯本身有微小裂紋,致使其在熱軋加熱過程中產(chǎn)生局部脫碳是造成冷軋帶鋼邊裂的直接原因;通過將拉矯機(jī)的延伸率參數(shù)設(shè)定為正常時(shí)的５０％,酸洗液質(zhì)量濃度較正常的增大５％~１０％,酸洗速度降至正常時(shí)的７０％,前兩個(gè)機(jī)架的負(fù)荷分配設(shè)定為總壓下量的７０％以上,機(jī)架間的微拉應(yīng)力控制在正常時(shí)的７０％以內(nèi),能夠有效控制此邊裂現(xiàn)象的出現(xiàn).
關(guān)鍵詞:５５Mn鋼;邊裂;局部脫碳;冷軋;改進(jìn)措施
中圖分類號(hào):TG３３５．３ 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):１０００Ｇ３７３８(２０１７)０８Ｇ００３１Ｇ０４
０ 引 言
邊裂是冷軋帶鋼生產(chǎn)中較為常見的邊部缺陷,常批量出現(xiàn).邊裂的存在不僅會(huì)影響帶鋼產(chǎn)品的質(zhì)量,而且由于冷軋速度快、張力大,而帶鋼較薄,因此還會(huì)導(dǎo)致斷帶、產(chǎn)品報(bào)廢及停產(chǎn)等事故,連帶地會(huì)損壞生產(chǎn)設(shè)備,嚴(yán)重影響生產(chǎn)的順利進(jìn)行,給生產(chǎn)企業(yè)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失[１].邊裂的控制一直是冷軋帶鋼生產(chǎn)企業(yè)比較關(guān)注的問題[２Ｇ７].
某公司生產(chǎn)的５５Mn冷軋帶鋼在其邊部出現(xiàn)大范圍的開裂現(xiàn)象,有的裂紋貫穿整個(gè)截面.由圖１可以看出:帶鋼的邊裂缺陷呈斷續(xù)的犬齒狀,嚴(yán)重處有開裂掉塊現(xiàn)象;邊部有明顯的重疊、分層、翹皮等缺陷,較小的裂紋呈月牙形.為了減少缺陷的出現(xiàn)幾率,作者以該邊裂５５Mn冷軋帶鋼為研究對(duì)象,通過理化檢測(cè)分析了邊裂原因;在此基礎(chǔ)上,在不增加任何設(shè)備及生產(chǎn)成本,又能保證生產(chǎn)順利穩(wěn)定進(jìn)行的前提下,對(duì)冷軋生產(chǎn)工藝進(jìn)行了優(yōu)化[８Ｇ１１],為冷軋帶鋼實(shí)際生產(chǎn)工藝的改進(jìn)提供參考和借鑒.
１ 試樣制備與試驗(yàn)方法
試驗(yàn)材料取自存在邊裂缺陷的５５Mn冷軋帶鋼,該鋼厚０．８ mm,寬１２００ mm,其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/％)為０．５４C,０．２９Si,０．９５Mn,０．０２１S,０．０３２P.在５５Mn冷軋帶鋼的邊裂部位及正常部位切取表面尺寸為１０mm×１０mm 的試樣,經(jīng) KQＧ５０型超聲波清洗 器 清 洗 后,使 用 DMI５０００M 型 光 學(xué) 顯 微 鏡(OM)及SＧ４８００型掃描電鏡(SEM)觀察顯微組織及斷口形貌,用SEM 附帶的 Noran７型 X射線能譜儀(EDS)分析其元素組成.
２ 試驗(yàn)結(jié)果與討論
２．１ 邊裂部位斷口形貌及元素分布
由圖２可發(fā)現(xiàn),該冷軋帶鋼邊裂部位斷口表面均勻,斷口主要含鐵元素,未發(fā)現(xiàn)明顯的夾雜元素或是氧化鐵皮壓入現(xiàn)象.因此,夾雜物或高溫氧化物不是引起邊裂的主要原因[１２].
２．２ 邊裂部位組織及邊裂產(chǎn)生原因
從圖３可以看出:該冷軋帶鋼的正常組織為鐵素體和片狀珠光體,片狀珠光體(灰色)較多,鐵素體(白色)較少;邊裂缺陷處的珠光體(灰色)較少,鐵素體(白色)較多.初步推斷缺陷位置嚴(yán)重脫碳.
由圖４可知:正常無開裂處組織中浮凸的片狀珠光體較多,鐵素體較少,符合典型的高碳鋼組織形貌;邊裂缺陷位置的組織中珠光體含量較少,鐵素體含量較多.５５Mn鋼中珠光體和鐵素體的理論體積 比約為７∶３,缺陷部位的鐵素體明顯多于珠光體,故 可判斷該帶鋼邊裂部位脫碳嚴(yán)重[１３Ｇ１４].結(jié)合缺陷 宏觀特征,可以認(rèn)為裂紋在熱軋加熱前已產(chǎn)生,即鑄 坯本身存在較多的微小裂紋,并在熱軋加熱過程中 在微小裂紋處發(fā)生局部脫碳[１５].在熱軋過程中部 分裂紋不能完全焊合,成為邊裂產(chǎn)生的裂紋源;經(jīng)過 冷軋工序的多道次軋制,微裂紋依舊不能被壓合,裂 紋擴(kuò)展形成邊裂缺陷.此外,局部組織氧化脫碳會(huì) 引起軋制帶鋼嚴(yán)重的不均勻變形,且脫碳缺陷在金 屬內(nèi)部分布不均勻.脫碳缺陷體積越大,脫碳分布 越不均勻,則帶鋼的變形也越不均勻.在缺陷處帶 鋼的不均勻變形易引起應(yīng)力集中,也會(huì)產(chǎn)生裂紋源, 軋制時(shí)進(jìn)而擴(kuò)展導(dǎo)致邊裂.
３ 邊裂控制措施
對(duì)于因鑄坯存在微小裂紋導(dǎo)致局部脫碳的熱軋鋼,如采用常規(guī)的冷軋軋制工藝,具有脫碳缺陷的邊部會(huì)因變形不均勻而導(dǎo)致邊裂缺陷,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致斷帶事故.作者依據(jù)邊裂在大拉應(yīng)力作用下擴(kuò)展及大壓應(yīng)力下充分壓合分層的機(jī)理,對(duì)帶鋼通過拉矯破鱗機(jī)時(shí)的張力、酸洗液濃度和酸洗速度、前兩個(gè)機(jī)架的負(fù)荷分配和機(jī)架間的張力進(jìn)行優(yōu)化,控制邊裂在冷軋工序產(chǎn)生的幾率及嚴(yán)重程度.
３．１ 拉矯及酸洗
在帶鋼的帶頭運(yùn)行至酸洗段的拉矯機(jī)入口焊縫檢測(cè)位置前,手動(dòng)在一級(jí)基礎(chǔ)自動(dòng)控制界面將帶鋼通過拉矯機(jī)的延伸率參數(shù) 設(shè) 定 為 正 常 時(shí) 的 ５０％.例如,正常時(shí)的延伸率設(shè)定為３％,那么具有局部脫
碳缺陷的帶鋼通過拉矯機(jī)的延伸率就設(shè)定為１．５％.
此種拉矯策略,能夠減小具有局部脫碳缺陷的帶鋼通過拉矯機(jī)時(shí)受到的拉應(yīng)力,從而防止或降低帶鋼局部脫碳缺陷處的分層,以及微裂紋因受大的張力而發(fā)生的擴(kuò)展.
在帶頭運(yùn)行至酸洗段的酸洗槽入口前,通過酸洗液濃度控制系統(tǒng)將 HCl質(zhì)量濃度在正常質(zhì)量濃度的基礎(chǔ)上增大５％至１０％;并將酸洗速度降至正常時(shí)的７０％.例如,正常酸洗液質(zhì)量濃度為１５０g??L－１,酸洗速度為１５０m??min－１,則具有脫碳缺陷的帶鋼的酸洗 液 質(zhì) 量 濃 度 需 要 調(diào) 整 至 １５８~１６５g??L－１,酸洗速度調(diào)整至１０５ m??min－１.其目的是在降低拉矯機(jī)延伸率的條件下,提升酸洗效果,確保帶鋼表面氧化鐵皮酸洗干凈.這是對(duì)因延伸率降低而導(dǎo)致的破鱗不足的補(bǔ)償.
３．２ 負(fù)荷分配軋制
局部脫碳位置處的金屬塑性相對(duì)較好,使得此處的金屬因延伸不均而易產(chǎn)生分層缺陷,并在較大拉應(yīng)力下容易產(chǎn)生邊裂缺陷.采用大軋制力及大壓下量實(shí)現(xiàn)充分壓合分層的負(fù)荷分配軋制策略,將前兩個(gè)機(jī) 架 的 壓 下 量 負(fù) 荷 分 配 設(shè) 定 為 總 壓 下 量 的７０％以上,即將第一機(jī)架負(fù)荷分配由原來的總壓下量的３０％左右增大至４０％以上,利用第一機(jī)架的軋
制壓力使帶鋼中因脫碳導(dǎo)致的分層缺陷盡可能壓合,進(jìn)而降低邊裂產(chǎn)生的幾率和嚴(yán)重程度;將第二機(jī)架的負(fù)荷分配由原來的總壓下量的２５％左右增大至３０％以上,利用第二機(jī)架的軋制壓力鞏固壓合效果;將后三機(jī)架的負(fù)荷分配依據(jù)計(jì)算機(jī)負(fù)荷分配模型自行設(shè)定,確保成品帶鋼的板形和厚度精度.
３．３ 張力設(shè)定
采用前機(jī)架間微拉應(yīng)力的張力設(shè)定策略,減小前兩機(jī)架之間帶鋼所受到的拉應(yīng)力,確保前兩機(jī)架間的帶鋼不會(huì)因受到較大的拉應(yīng)力而在具有脫碳缺陷的位置產(chǎn)生邊裂缺陷;在后續(xù)機(jī)架間采用常規(guī)張力設(shè)定,確保后續(xù)機(jī)架間較薄的帶鋼不會(huì)出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象.例如,二級(jí)過程計(jì)算機(jī)軋制模型自動(dòng)設(shè)定的張力分別為１３０,１７０,２３０,５０MPa,則在此軋制策略下,在具有局部脫碳缺陷的帶鋼帶頭到達(dá)第一機(jī)架入口檢測(cè)前,在二級(jí)過程控制界面中將前兩機(jī)架間的張力手動(dòng)修正為９０MPa,即降低約３０％,其他機(jī)架則保持不變.
４ 采取措施后的效果
在未采用這些工藝措施前,冷軋帶鋼常出現(xiàn)邊裂和斷帶現(xiàn)象,經(jīng)質(zhì)量監(jiān)控部門測(cè)得２０１５年３－７月因局部脫碳缺陷引起的平均斷帶率高達(dá)１．２６％.通過采取上述軋制措施,在不增加任何設(shè)備和成本的基礎(chǔ)上,有效避免了因局部脫碳導(dǎo)致的斷帶現(xiàn)象,２０１５年８－１２月的平均斷帶率僅為０．４８％,降低了０．７８％.工藝優(yōu)化后帶鋼邊部質(zhì)量如圖５所示,對(duì)比圖１可見,工藝優(yōu)化后的帶鋼邊部整齊,基本無可視邊裂現(xiàn)象.
５ 結(jié) 論
(１)５５Mn冷軋帶鋼出現(xiàn)邊裂缺陷的主要原因是鑄坯本身存在較多的微小裂紋,在后續(xù)熱軋加熱過程中在微小裂紋處發(fā)生局部脫碳,在冷軋過程中部分微小裂紋未能充分壓合且因脫碳產(chǎn)生應(yīng)力集中導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展,形成邊裂缺陷.
(２)通過將拉矯機(jī)的延伸率參數(shù)設(shè)定為正常時(shí)的５０％,酸洗液質(zhì)量濃度較正常的增大５％~１０％,酸洗速度降至正常時(shí)的７０％,前兩個(gè)機(jī)架的負(fù)荷分配設(shè)定為總壓下量的７０％以上,機(jī)架間的微拉應(yīng)力控制在正常時(shí)的７０％以內(nèi)時(shí),能夠有效控制冷軋帶鋼邊裂現(xiàn)象;經(jīng)過４個(gè)月的生產(chǎn)驗(yàn)證,因局部脫碳缺陷引起的平均斷帶率由原來的１．２６％降低為０．４８％。