CN102323388A - 一种卷板边部直裂纹产生原因的判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种卷板边部直裂纹产生原因的判断方法，属于热轧卷板生产技术领域。技术方案是通过在卷板、精轧坯、粗轧坯、定宽坯、连铸坯中间产品取样，进行酸洗、金相常规检测，判断其不同环节工艺参数是否合理，进而判断其边部直型裂纹产生原因。通过改善铸坯三角区质量，卷板边部直裂纹得到极大改善。本发明通过总结判断卷板边部直裂纹的产生原因，提高产品质量，增加经济效益。

Description

一种卷板边部直裂纹产生原因的判断方法

技术领域

本发明涉及一种卷板边部直裂纹产生原因的判断方法，属于热轧卷板生产技术领域。

背景技术

由于热轧卷板生产工艺限制，常规卷板钢种不能像中厚板一样进行切边操作，其边部质量直接决定着整体产品质量，卷板边部质量的控制成为质量控制的重点。热轧卷板由于其边部工艺条件不稳定等工艺问题，造成其边部质量控制较难，在生产过程中会造成不同种类的边部缺陷：锯齿裂纹、边部横裂、边部折叠等，这些卷板边部缺陷大多由于铸坯带来，一般通过铸坯四切边措施可以消除对成品的危害。但是，卷板边部直型缺陷通过铸坯切边却难以去除，并且还会出现随着铸坯切边增大边部直裂纹越发严重的情况发生，因此总结判断卷板边部直裂纹的产生原因，对改善卷板质量具有十分重要的意义。

发明内容

本发明目的是提供一种卷板边部直裂纹产生原因的判断方法，总结判断卷板边部直裂纹的产生原因，提高产品质量，增加经济效益，解决背景技术中存在的上述问题。

本发明的技术方案是：

一种卷板边部直裂纹产生原因的判断方法，通过在卷板、精轧坯、粗轧坯、定宽坯、连铸坯中间产品取样，进行酸洗、金相常规检测，判断其不同环节工艺参数是否合理，进而判断其边部直型裂纹产生原因。

根据金相常规检测，得出皮下闭合或焊合形貌的裂纹、铸坯与中间坯内部三角区的原始裂纹，可以判断其卷板边部直型裂纹产生于连铸环节；主要源于铸坯三角区裂纹在连铸环节精整过程中大切边量情况下，在轧制过程中未被焊合或轧制流变铸坯角部上翘导致缺陷暴露在钢板表面上所致。

本发明更具体的实施方式：

在卷板、精轧坯、粗轧坯、定宽坯、连铸坯取样后，分别进行以下操作骤：1、卷板取样原始缺陷形貌观察；2、试样金相观测；3、连铸坯及中间坯表面热酸洗后形貌观察；4、连铸坯及中间坯皮下热酸洗后形貌观察。其典型的特征就是金相观察到铸坯及卷板内部存在闭合或局部焊合的形貌，且铸坯内弧缺陷多于外弧（对应卷板为外表面多于内表面），由此判断铸坯连铸环节出现质量问题，最终通过铸坯切片法进行热酸洗进行内部检测发现三角区裂纹的存在，据此判断为卷板边部直裂纹产生的原因是：铸坯三角区裂纹在连铸环节精整过程中大切边量情况下，在轧制过程中未被焊合而暴露在钢板表面上所致。

本发明通过常规检测技术的创新性组合应用，判断卷板边部直裂纹的演变规律及根源，最终控制了该种缺陷的发生。

本发明在取样结束后金相的检测是常规技术，制样环节无特殊要求。

本发明的有益效果：本发明所要判断的就是卷板直裂纹是由铸坯三角区缺陷引起的，也就是说寻求一种可以证明铸坯三角区缺陷导致卷板直裂纹的证据，所以“问题出在铸坯内部质量环节上”，本发明在实践中得到了证实，通过改善铸坯三角区质量，卷板边部直裂纹得到极大改善。本发明通过总结判断卷板边部直裂纹的产生原因，提高产品质量，增加经济效益。

附图说明

附图1是本发明判断卷板边部直裂纹产生原因示意图；

附图2是本发明实施例中间坯及铸坯形貌示意图；

附图3是本发明实施例铸坯断面侧边不规则变形形貌示意图；

附图4是本发明实施例X60中间坯取样示意图；

附图5是本发明实施例铸坯内部三角区中心处缺陷形貌示意图；

附图6是本发明实施例铸坯角部微裂纹与近表气泡形貌（伴随着夹渣）示意图；

附图7是本发明实施例卷板45°检测情况示意图；

附图8是本发明实施例缺陷处金相组织（根部有闭合区域）示意图；

附图9是本发明实施例卷板内部封闭区域与焊合区域示意图；

附图10是本发明实施例铸坯外部急冷层与三角区缺陷示意图；

附图11是本发明实施例不同的切边量对卷板边部质量的影响示意图；

附图12是本发明实施例内部裂纹演变示意图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明作进一步说明。

本发明方法包括以下几步骤：1、卷板取样原始缺陷形貌观察；2、试样金相观测；3、连铸坯及中间坯表面热酸洗后形貌观察；4、连铸坯及中间坯皮下热酸洗后形貌观察。

结合附图1，具体描述：

1、卷板取样原始缺陷形貌观察：卷板边部直裂纹一般距边部在10mm-50mm的范围，在卷板两边的边部取60mm宽120mm长的局部试样进行观察，取样间隔为100cm分别取3块，通过原始形貌的观察，描述裂纹产生的位置（尤其是距离边线的距离）、宽度长度。卷板边部直裂纹形貌为：距离卷板边部0mm~30mm，裂纹宽度0.5mm以下，裂纹长度在0mm~100mm范围。因为铸坯裂纹的长度一般在0~10mm范围，卷板的压缩比一般在10~20左右，裂纹的演变应该符合材料流变计算。如果出现长度超过100mm以上的直裂纹形貌则可以判断该种缺陷可能会是轧钢过程中折叠造成。

2、试样金相观测：在原始试样的缺陷处取金相试样进行观察，试样大小为20mm×20mm，通过卷板试样裂纹截面观测，裂纹一般满足以下演变过程：裂纹起源、裂纹发展、裂纹扩张。对应裂纹的演变过程容易找到其对应时期的形貌：裂纹源（应力集中部位），该部位典型形貌为原始起点有夹杂物或沟状区域的鸡爪状微裂纹扩张；裂纹撕裂处，该部位典型形貌为裂纹沿线部位存在片状撕裂区（如果是暴露裂纹的话以上两处存在明显的边缘氧化现象）；裂纹扩张区，该部位存在典型的应力释放区域，表现为较明显的树枝状向内延伸扩散，裂纹最终逐渐变细分散消失。根据现有试样观察一般裂纹符合以下三种形貌：根部圆滑状、根部尖锐状、根部闭合状。根据金相试样的根部观测可以进行产生原因的基本判断。对应三种裂纹根部形貌，总结如下：1）、根部圆滑状表明此种缺陷没有裂纹源，同时不存在裂纹扩散区，那么该种缺陷属于产于表层而后生演变的缺陷，一般对应于轧制过程中折叠或划伤，严格来说不属于裂纹范畴，属于伪裂纹一类；2）、根部尖锐的暴露裂纹属于铸坯表面裂纹，可以在连铸环节矫直、回温、气泡夹渣等环节考虑；3）、根部闭合状裂纹符合裂纹的长生过程及形貌，一般属皮下裂纹或铸坯内部裂纹范畴，可以进行三角区、矫直、回温等环节的考虑。边部直裂纹在金相观测的形貌为：铸坯及卷板内部存在闭合或局部焊合的形貌，通过金相检测表明铸坯内部有闭合区域，内部无氧化层，局部明显的轧制焊合现象。说明在轧制之前裂纹已经形成，这种形貌是铸坯遗传裂纹的重点典型特征，且铸坯内弧缺陷多于外弧（对应卷板为外表面多于内表面），由此判断铸坯连铸环节出现质量问题。

3、试样外观热酸洗观测：试样的热酸洗更能较好的辅证前期金相判断的结果。在铸坯角部进行乙炔火焰割枪取样，试样大小为40mm×40mm长100mm，分别在铸坯的两端的四条棱线处取样，每块铸坯可取8块试样，每炉次可以取头中尾三个阶段，一般铸坯酸洗后外观出现以下几种边部缺陷：1）、出现圆形小点，直径在0.05mm~1mm之间，呈小范围片状分布或弥散状分布，与其他裂纹伴生。该种情况主要为氩气气泡或卷渣所致；2）、出现龟裂，呈云状分布，位于铸坯侧边距边线10mm~50mm范围，该种缺陷主要为连铸过程中铸坯边线部反复回温所致；3）、出现沿振痕裂纹，该种裂纹规则性出现在侧面振痕波谷，长度在10mm~50mm范围，严重的可以贯穿铸坯角部至大面处距边线10mm~30mm范围内。该种缺陷主要为连铸过程铸坯处于低塑性区域时，两次振动衔接处局部微观偏析点在矫直力的作用下开裂所致。

4、试样内部热酸洗观测：试样的热酸洗也能较好的辅证前期金相判断的结果。铸坯内部质量情况波动较小，浇次在线硫印情况可以代表整体情况，该环节可以使用在线硫印的试样进行机加工后进行酸洗，每块硫印可以在铸坯的四个角部取铸坯厚度一半（D/2）的试样进行热酸洗检验，一般铸坯酸洗后内部出现以下几种边部缺陷：1）、出现三角区裂纹，该种裂纹典型的特点开始局部闭合性。通过裂纹的微观形貌观测可以较好观测到裂纹的三个典型特点。该种裂纹主要是铸坯冷却过程中两侧大面与侧面的冷却不均或侧导辊对中偏斜导致集中应力的出现，在铸坯冷却经过低塑性区时开裂造成；2）、皮下表层裂纹，分布在皮下20mm~50mm范围内，呈短小数量较多状分布伴有丛生，长度在5mm~30mm，该种缺陷主要为连铸过程中铸坯边线部反复回温导致应力集中所致；2）、皮下深层裂纹，分布在皮下50mm~100mm范围内，长度较表层裂纹有所增加，长度在20mm~50mm，呈长度较长、分布数量较少，比较难以捕捉。该种缺陷主要为连铸过程中铸坯经历矫直时，矫直应力在表层未释放完毕导致内部开裂或扇形段辊系不均所致。边部直裂纹在铸坯内部质量检测酸洗的形貌为：在铸坯三角区出现沿45°的三角区裂纹。表现在原始铸坯上出现微的裂纹（与水平呈90度角）或枝晶间的薄弱区域，定宽与粗轧后原始裂纹被扩大或撕裂，在中间坯上裂纹走向发生偏斜（与水平呈45度角），同时裂纹被墩开变短变粗；精轧后裂纹继续偏斜（与水平小于45度角），同时部分没有暴露的裂纹被焊合变细变长，暴露的裂纹将撕裂拉长；在精轧结束后随着厚度变薄部分裂纹在轧制材料流变过程中被暴露与表面，形成了边部沿轧向的边部直裂纹。由此判断铸坯连铸环节出现的三角区质量问题是卷板边部直裂纹的最终原因。

综上，边部直裂纹的判断主要经历1卷板取样原始缺陷形貌观察2试样金相观测3试样外观酸洗观测4试样内部酸洗观测共四个过程。其典型的特征就是金相观察到铸坯及卷板内部存在闭合或局部焊合的形貌，且铸坯内弧缺陷多于外弧（对应卷板为外表面多于内表面），由此判断铸坯连铸环节出现质量问题，最终通过铸坯切片法进行热酸洗进行内部检测发现三角区裂纹的存在，据此判断为卷板边部直裂纹产生的原因是：铸坯三角区裂纹在连铸环节精整过程中大切边量情况下，在轧制过程中未被焊合而暴露在钢板表面上所致。

在实施例中，本发明实际应用情况：某公司生产X60期间出现4千余吨的产品缺陷问题，造成严重质量损失，边部短直形缺陷占缺陷总量90%。通过卷板、中间坯、铸坯多环节的检测发现铸坯三角区的多种缺陷在铸坯大切角量情况下被轧制放大是本次缺陷造成的主要原因，通过针对性的改善铸坯三角区质量与优化切边量，最终消除边部直形缺陷的发生。

X60生产工艺：

铁水预处理—转炉初炼—LF精炼—RH精炼—连铸—落地清边—加热—定宽—粗轧—精轧—层冷—卷曲—入库。

首先在板材上取样对其进行金相、电镜与能谱分析，同时对轧甩中间坯进行形貌观测与酸洗检测。

参照附图2：粗轧后的中间坯的棱线处出现有规律的间歇性裂口缺陷，粗轧后裂口已经发生沿轧制方向的倾斜，裂口宽约0.5mm，长度在10mm-25mm之间，将中间坯进行垂直拉坯方向切割后发现内部缺陷，在皮下30mm-50mm处出现45°的三角区裂纹，此种形貌可以判断在原始铸坯上出现了三角区裂纹，在经过粗轧后薄弱的三角区裂纹在强大的应力下被撕裂。

参照附图5：将原始铸坯进行垂直拉坯方向切片进行热酸洗检测，在铸坯内部发现三角区沿45°方向的出现的微裂纹与缩孔，该种形貌直接说明原始铸坯出现了三角区的质量缺陷，该种缺陷在不切边的情况下往往被轧制过程中焊合，有少数会出现卷板暴露的质量问题。但是在铸坯大切边量的情况下，往往被暴露在卷板表面。

参照附图8、图9：通过金相检测表明铸坯内部有闭合区域，内部无氧化层，局部明显的轧制焊合现象。该现象可以判断在原始铸坯上出现了微裂纹，通过大压缩比的轧制可以进行焊合，但是一部分经过材质流变后暴露在卷板表面。

按照铸坯凝固过程与质量优劣可以将铸坯三角区沿45°线人为分为以下4个区域：区域1，初期凝固形成致密的急冷层，表层易形成矫直裂纹、皮下气泡等缺陷；区域2，初期凝固后期形成，急冷层与柱状晶的过渡区域，在铸坯大面与侧面的交汇处易形成柱状晶搭桥，此处铸坯缺陷容易产生；区域3，柱状晶的生长区，一般少见严重缺陷，铸坯质量优于区域2；区域4，铸坯两侧大面与侧面的交汇处易形成柱状晶搭桥，此处属于铸坯最薄弱区域，质量较差。

参照附图10中所示A切角25mm，此状态下基本可以保证急冷层的存在，同时可以将铸坯角部棱线处的表层裂纹去除掉；B切角50mm，此状态下铸坯外圈的急冷层被切断，同时三角区皮下内部缺陷未被切掉，在轧制过程中被暴露于卷板表层形成缺陷；B切角80mm，此状态下铸坯外圈的急冷层被切断，但是三角区皮下内部缺陷部分被切除，虽然在轧制过程有部分未切除部分被暴露于卷板表层形成缺陷，但是数量相对较小。

通过原始铸坯与中间坯及卷板的裂纹形貌对应可以归纳出裂纹的演变过程：在原始铸坯上出现微的裂纹（与水平呈90度角）或枝晶间的薄弱区域，定宽与粗轧后原始裂纹被扩大或撕裂，在中间坯上裂纹走向发生偏斜（与水平呈45度角），同时裂纹被墩开变短变粗；精轧后裂纹继续偏斜（与水平小于45度角），同时部分没有暴露的裂纹被焊合变细变长，暴露的裂纹将撕裂拉长；在精轧结束后随着厚度变薄部分裂纹在轧制材料流变过程中被暴露与表面，形成了边部沿轧向的边部直裂纹。

从以上分析，铸坯三角区的多种缺陷在铸坯大切角量情况下被轧制放大是本次缺陷造成的主要原因。

厚板连铸坯三角区裂纹形基本上以下几种类型:一、钢中的杂质元素含量：一种出现在板坯厚度中心[FeS]，分布在晶间，引起晶间脆性，成为裂纹优先扩展的途径；二、冷却情况：研究表明当二冷水分配不合理或者局部冷却不均匀，均会导致三角区裂纹的发生。但对一台新建连铸机而言，二冷水总量以及在各区域的分配，需要在生产中逐步完善。X80系列管线钢采多用微合金处理，板坯在600~1000℃的第三脆性温度区间应避开矫直段，因此需在二冷的足辊( foot roll)和零段(segmentzero)保持相对较弱的冷却。从铸坯侧面凹陷和裂纹形成位置看，板坯三角区裂纹形成的主要原因是由于在结晶器足辊和零段冷却段内铸坯冷却不良造成的。结晶器锥度过大，侧面过冷，引起铸坯侧面收缩，出现凹陷，在三角区弧面铸坯受拉应力，从而使柱状晶晶间开裂，形成三角区裂纹。三、设备状态和精度：厚板连铸坯内部质量和铸机状态紧密相关，连铸机支撑辊的对中和辊子开口度精度是影响内部裂纹的重要因素^[5]。厚板连铸机在设备维修对弧时发现个别扇形段之间辊子错位达1~2mm，这就增加了板坯通过时的应变，增加裂纹发生的机会，并加重轻微裂纹。厚板连铸机采用液压控制开口度精度，对传感器精度要求很高。如果在浇注过程中信号漂移，开口度会发生改变，后面炉次的三角区裂纹趋于恶化。生产中发现，当辊子开口度超过标准值2.0mm，板坯极易发生鼓肚，导致三角区裂纹和其他内部裂纹大量产生。因此，保证设备的常态管理，控制开口度的精度在0.5mm以内，对减少三角区裂纹是非常重要的。同时，在浇铸过程中，为了防止由于结晶器“跑”锥度，而出现锥度过小、甚至正锥度的现象，引起板坯侧面鼓肚和漏钢，一般单位采用两方面的措施，一方面设定结晶器侧面初始锥度较大；另一方面加大二冷侧面配水，增加铸坯侧面冷却强度。这两种措施均容易造成板坯侧面凹陷，引起板坯三角区裂纹。

同时，圆孔形水喷嘴最大喷水区域集中在铸坯侧面中部，边部喷水量较小，这样容易造成铸坯侧面中心部位过冷，引起侧面凹陷，出现三角区裂纹。

喷嘴布置方式容易使铸坯角部和侧面过冷或冷却不良，在板坯侧面配水较大条件下，加剧板坯侧面凹陷，导致足辊区三角区裂纹发生。

控制三角区裂纹的措施和实施的效果：

1、钢水成分和质量的控制：在冶炼和浇注整个过程中，应对钢水夹杂物含量进行控制。必要时增加钙处理，对夹杂物变性。在浇注前保持一定镇静时间，使夹杂物充分上浮。

考虑C含量对三角区裂纹和厚板焊接性能的影响，在内控的范围内， C应向下限控制，以减少偏析对裂纹的不利影响，同时降低钢板的焊接裂纹敏感性。

从厚板韧性角度考虑，对于有害元素S的控制越低越好。但是，过分降低S含量会造成工序增加、成本上升。可以通过控制[Mn] /[S]来提高产生裂纹的临界应变，从而减少内部裂纹的发生。综合考虑Mn和S含量对厚板连铸坯三角区裂纹的影响，[Mn] /[S]大于150时，三角区裂纹合格率达到95%左右。所以，可以按内控设计范围的上限控制Mn的含量，以利于提高[Mn]/[S]值。

2、冷却系统优化：通过对喷嘴设备的调整，板坯边部喷水更加均匀；同时降低足辊和零段的冷却强度，适当增加窄面喷水强度。这些措施的实施，使角部冷却更加均衡，同时在矫直点避开脆性温度，明显减少三角区裂纹缺陷发生比例，通过后期的轧制跟踪发现卷板边部直裂纹得到有效控制。

3、铸机精度和状态管理：加强扇形段的离线对中精度，对铸机的辊列进行定期全线对弧，提高弧度的精度。对液压传感器精度加强校验，避免浇注过程中开口度突变。运用辊缝仪对连铸辊开口度进行测量，使开口度保持稳定水平，精度控制在0.5mm以内。

4、切边量的优化：通过优化铸坯切边量，将原有的切边量由50mm改为25mm。彻底改变了铸坯三角区的多种缺陷在铸坯大切角量情况下被轧制放大是本次缺陷造成的卷板边部缺陷的问题。

X60系列管线钢出现不同于常规发纹的短直形边部缺陷，通过使用本方法判断卷板裂纹主要原因为铸坯三角区质量缺陷引起，同时铸坯三角区的多种缺陷在铸坯大切角量情况下被轧制放大是本次缺陷造成的主要原因。通过对连铸生产对应给出工艺指导参数，包括结晶器水量分配、二冷区总水量的确定、二次冷却区水量的分配等，最终改善三角区内部质量，卷板边部直裂纹得到有效控制，边部缺陷率大幅降低。

Claims (4)

1.一种卷板边部直裂纹产生原因的判断方法，其特征是：通过在卷板、精轧坯、粗轧坯、定宽坯、连铸坯中间产品取样，进行酸洗、金相常规检测，判断其不同环节工艺参数是否合理，进而判断其边部直型裂纹产生原因。

2.根据权利要求1所述之卷板边部直裂纹产生原因的判断方法，其特征在于根据金相常规检测，得出皮下闭合或焊合形貌的裂纹、铸坯与中间坯内部三角区的原始裂纹，可以判断其卷板边部直型裂纹产生于连铸环节。

3.根据权利要求1或2所述之卷板边部直裂纹产生原因的判断方法，其特征在于在卷板、精轧坯、粗轧坯、定宽坯、连铸坯取样后，分别进行以下操作骤：①卷板取样原始缺陷形貌观察；②试样金相观测；③连铸坯及中间坯表面热酸洗后形貌观察；④连铸坯及中间坯皮下热酸洗后形貌观察。

4.根据权利要求3所述之卷板边部直裂纹产生原因的判断方法，其特征在于通过金相观察到铸坯及卷板内部存在闭合或局部焊合的形貌，且铸坯内弧缺陷多于外弧，对应卷板为外表面多于内表面，由此判断铸坯连铸环节出现质量问题，最终通过铸坯切片法进行热酸洗进行内部检测发现三角区裂纹的存在，据此判断为卷板边部直裂纹产生的原因是：铸坯三角区裂纹在连铸环节精整过程中大切边量情况下，在轧制过程中未被焊合而暴露在钢板表面上所致。

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