陳連生１,李 躍１,宋進英１,鄭小平１,田亞強１,李廣林２

(１．華北理工大學,教育部現(xiàn)代冶金技術重點實驗室,唐山 ０６３００９;２．北京首鋼股份公司,遷安 ０６４４００)

摘 要:采用光學顯微鏡、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行了驗證.結果表明: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;通過將拉矯機的延伸率參數(shù)設定為正常時的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的７０％,前兩個機架的負荷分配設定為總壓下量的７０％以上,機架間的微拉應力控制在正常時的７０％以內(nèi),能夠有效控制此邊裂現(xiàn)象的出現(xiàn).

關鍵詞:５５Mn鋼;邊裂;局部脫碳;冷軋;改進措施

中圖分類號:TG３３５．３ 文獻標志碼:A 文章編號: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,因此還會導致斷帶、產(chǎn)品報廢及停產(chǎn)等事故,連帶地會損壞生產(chǎn)設備,嚴重影響生產(chǎn)的順利進行,給生產(chǎn)企業(yè)造成較大的經(jīng)濟損失[１].邊裂的控制一直是冷軋帶鋼生產(chǎn)企業(yè)比較關注的問題[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冷軋帶鋼為研究對象,通過理化檢測分析了邊裂原因;在此基礎上,在不增加任何設備及生產(chǎn)成本,又能保證生產(chǎn)順利穩(wěn)定進行的前提下,對冷軋生產(chǎn)工藝進行了優(yōu)化[８Ｇ１１],為冷軋帶鋼實際生產(chǎn)工藝的改進提供參考和借鑒.

１ 試樣制備與試驗方法

試驗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,其化學成分(質(zhì)量分數(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 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 試驗結果與討論

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重[１３Ｇ１４].結合缺陷 宏觀特征,可以認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 紋擴展形成邊裂缺陷.此外,局部組織氧化脫碳會 引起軋制帶鋼嚴重的不均勻變形,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力集中,也會產(chǎn)生裂紋源, 軋制時進而擴展導致邊裂.

３ 邊裂控制措施

對于因鑄坯存在微小裂紋導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因變形不均勻而導致邊裂缺陷,嚴重時會導致斷帶事故.作者依據(jù)邊裂在大拉應力作用下擴展及大壓應力下充分壓合分層的機理,對帶鋼通過拉矯破鱗機時的張力、酸洗液濃度和酸洗速度、前兩個機架的負荷分配和機架間的張力進行優(yōu)化,控制邊裂在冷軋工序產(chǎn)生的幾率及嚴重程度.

３．１ 拉矯及酸洗

在帶鋼的帶頭運行至酸洗段的拉矯機入口焊縫檢測位置前,手動在一級基礎自動控制界面將帶鋼通過拉矯機的延伸率參數(shù) 設 定 為 正 常 時 的 ５０％.例如,正常時的延伸率設定為３％,那么具有局部脫

碳缺陷的帶鋼通過拉矯機的延伸率就設定為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時受到的拉應力,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)生的擴展.

在帶頭運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)量濃度的基礎上增大５％至１０％;并將酸洗速度降至正常時的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.這是對因延伸率降低而導致的破鱗不足的補償.

３．２ 負荷分配軋制

局部脫碳位置處的金屬塑性相對較好,使得此處的金屬因延伸不均而易產(chǎn)生分層缺陷,并在較大拉應力下容易產(chǎn)生邊裂缺陷.采用大軋制力及大壓下量實現(xiàn)充分壓合分層的負荷分配軋制策略,將前兩個機 架 的 壓 下 量 負 荷 分 配 設 定 為 總 壓 下 量 的７０％以上,即將第一機架負荷分配由原來的總壓下量的３０％左右增大至４０％以上,利用第一機架的軋

制壓力使帶鋼中因脫碳導致的分層缺陷盡可能壓合,進而降低邊裂產(chǎn)生的幾率和嚴重程度;將第二機架的負荷分配由原來的總壓下量的２５％左右增大至３０％以上,利用第二機架的軋制壓力鞏固壓合效果;將后三機架的負荷分配依據(jù)計算機負荷分配模型自行設定,確保成品帶鋼的板形和厚度精度.

３．３ 張力設定

采用前機架間微拉應力的張力設定策略,減小前兩機架之間帶鋼所受到的拉應力,確保前兩機架間的帶鋼不會因受到較大的拉應力而在具有脫碳缺陷的位置產(chǎn)生邊裂缺陷;在后續(xù)機架間采用常規(guī)張力設定,確保后續(xù)機架間較薄的帶鋼不會出現(xiàn)跑偏現(xiàn)象.例如,二級過程計算機軋制模型自動設定的張力分別為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第一機架入口檢測前,在二級過程控制界面中將前兩機架間的張力手動修正為９０MPa,即降低約３０％,其他機架則保持不變.

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)控部門測得２０１５年３－７月因局部脫碳缺陷引起的平均斷帶率高達１．２６％.通過采取上述軋制措施,在不增加任何設備和成本的基礎上,有效避免了因局部脫碳導致的斷帶現(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 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)生應力集中導致裂紋擴展,形成邊裂缺陷.

(２)通過將拉矯機的延伸率參數(shù)設定為正常時的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的７０％,前兩個機架的負荷分配設定為總壓下量的７０％以上,機架間的微拉應力控制在正常時的７０％以內(nèi)時,能夠有效控制冷軋帶鋼邊裂現(xiàn)象;經(jīng)過４個月的生產(chǎn)驗證,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％。

（文章來源：材料與測試網(wǎng)-  首頁 > 期刊論文 > 機械工程材料 > 41卷 > 8期）