武钢冷轧板表面_黑线_缺陷分析

󰀁

中国冶金ChinaMetallurgy

󰀁Vol.20,No.1January󰀁2010

武钢冷轧板表面󰀁黑线󰀁缺陷分析

彭其春1,󰀁赵金涛1,󰀁田󰀁俊1,󰀁陈永金1,󰀁张学辉2,󰀁彭胜堂2

(1.武汉科技大学钢铁冶金及资源利用省部共建教育部重点实验室,湖北武汉430081;

2.武汉钢铁(集团)公司技术中心,湖北武汉430080)

摘󰀁要:线状缺陷是冷轧板常见的表面缺陷之一,严重影响冷轧板的质量和性能。而󰀁黑线󰀁缺陷又是两大线状缺陷之一。通过对从武钢现场采集的试样进行模拟轧制试验,对模拟轧制产生的󰀁黑线󰀁缺陷进行数码拍照,观察其形貌,并用能谱仪分析缺陷及四周的夹杂物的成分,然后与正常工艺下冷轧板上的󰀁黑线󰀁缺陷做比较,据此探讨了󰀁黑线󰀁缺陷的形成机理,并提出了减少冷轧板󰀁黑线󰀁缺陷的控制措施。关键词:冷轧板;󰀁黑线󰀁缺陷;纯净度;控制措施

中图分类号:TG335.5󰀁󰀁文献标志码:A󰀁󰀁文章编号:1006󰀁9356(2010)01󰀁0021󰀁05

AnalysisofSurface\"BlackLine\"DefectinCold󰀁Rolled

SheetatWISCO

PENGQi󰀁chun,󰀁ZHAOJin󰀁tao,󰀁TIANJun,󰀁CHENYong󰀁jin,

󰀁ZHANGXue󰀁hui,󰀁PENGSheng󰀁tang

2

2

1

1

1

1

(1.KeyLaboratoryforFerrousMetallurgyandResourcesUtilizationofMinistryofEducation,WuhanUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430081,Hubei,China;2.TechnicalCenter,WuhanIronandSteelCorp.,

Wuhan430080,Hubei,China)

Abstract:Lineardefectsisoneofthecommonsurfacedefectsofcold󰀁rolledsheet.Itinfluencescold󰀁rolledsheetqualityandfunctionseriously,while󰀁blackline󰀁defectisoneofthetwolineardefects.Thesimulatingrollingex󰀁perimentwasdonethroughthesimpleswhicharecollectedonsite,The󰀁blackline󰀁defectproductedinthesimula󰀁tingrollingexperimentisphotographed.Byobservingsurfacequality,andanalyzingcompositionofthedefectandinclusionsaroundwiththeEDS,themeasurestoreduce󰀁blackline󰀁defectwereputforwardandtheformationmechanismwasdiscussedonthebasisofacomparisonwiththedefectundernormalcraft.Keywords:cold󰀁rolledsheet;\"blackline\"defect;cleanliness;controlmeasures

󰀁󰀁随着汽车工业的发展,对冷轧板的需求越来越大,对其质量的要求也越来越高。武钢为了提高冷轧板在市场上的竞争力,一直在努力提高冷轧板的质量和性能。因此,减少冷轧板表面缺陷显得尤为重要。

冷轧板表面󰀁黑线󰀁缺陷是一种出现在冷轧板表面的沿轧向分布,呈线状、带状或长条状的宏观缺陷。宽度通常在0󰀁5mm到5mm之间,长短不一,有着良好的延展性。本文主要通过对武钢三炼钢所采集的试样进行模拟轧制试验,然后对试样轧制产生的󰀁黑线󰀁缺陷进行分析,探讨󰀁黑线󰀁缺陷的形成原因,及其缺陷在从热轧到冷轧工序过程中的演变规律,最后提出了减少󰀁黑线󰀁缺陷的控制措施。

[1]

1󰀁工艺流程及试验方法

1.1󰀁工艺流程

武钢三炼钢厂生产冷轧板主要采用的工艺流程为:铁水预处理󰀁300t顶底复合吹炼转炉󰀁钢包吹氩󰀁RH真空处理󰀁LF处理󰀁连铸󰀁热轧󰀁冷轧。入炉铁水经过铁水预处理后w[S]<0󰀁0050%;转炉顶底复合吹炼后,挡渣出钢并加入炉渣改质剂,平均精炼时间为38~40min;吹氩的平均处理时间为17󰀁5min;RH真空处理脱氢并净化钢液,RH平均处理37min;LF进行升温、造渣脱硫和钙处理,LF炉的平均处理时间为40min;精炼结束后,钢包经60t大容量中间包进行浇注;连铸机是双流弧形板坯连铸机,连铸坯断面(230~250)mm󰀁(1300~

作者简介:彭其春(1964-),男,博士,副教授;󰀁󰀁E󰀁mail:pengqichun1964@163󰀁com;󰀁󰀁收稿日期:2009󰀁04󰀁16

22中国冶金第20卷

1500)mm,拉速在1󰀁0~1󰀁2m/min。

1.2󰀁试验方法

铸坯的切头处夹杂物比较集中,轧制过程容易产生缺陷。因此,选取武钢三炼钢铸坯的切头进行模拟轧制试验,可以将冷轧板部分表面缺陷集中地显现出来。模拟轧制的试验过程与取样方案如图1所示。铸坯试样加热温度为1250󰀁,初

轧温度为1100󰀁,终轧温度为930󰀁。第1次热轧后,热轧板厚度约为6mm,第2次热轧后,热轧板厚度约为2󰀁3mm。冷轧板厚度约为0󰀁5mm。每轧一道对其进行数码拍照,观察其宏观形貌,并根据实际需要对其进行取样,将试样抛光,然后用XL30TMP扫描电镜和PHOENIX能谱仪进行分析。

图1󰀁模拟轧制试验过程Fig.1󰀁Simulatingrollingexperiment

2󰀁模拟轧制试验结果与分析

2.1󰀁󰀂黑线󰀁缺陷的形貌与位置

图2为热轧酸洗板上缺陷形貌,由图2(a)可以看出热轧板表面粗糙,存在氧化铁压入现象,距板下边缘约10mm处有一沟槽。图2(b)为沟槽局部形貌,沟槽中有黑色的氧化铁压入。图3为该热轧板对应的冷轧板表面󰀁黑线󰀁形貌,该缺陷出现在距冷轧板下边缘约10mm处,长条状,黑色,宽约3mm。

(a)宏观形貌;󰀁(b)局部形貌。

图3󰀁冷轧板表面󰀁黑线󰀁缺陷形貌

Fig.3󰀁Morphologyofblacklineoncold󰀁rolledstrip

好的对应关系,其位置基本不发生变化[2],冷轧板上的󰀁黑线󰀁缺陷则是由热轧板上缺陷演变而来。

(a)宏观形貌;󰀁(b)局部形貌。

图2󰀁热轧板表面󰀁黑线󰀁缺陷形貌

Fig.2󰀁Morphologyofblacklineonhot󰀁rolledstrip

󰀁󰀁内陆钢铁公司对冷轧板的󰀁黑线󰀁在冷轧板上的分布位置进行了统计,如图4所示,认为󰀁黑线󰀁缺陷

主要出现在冷轧板卷边侧。此次模拟轧制试验的结果也表明󰀁黑线󰀁缺陷主要出现在冷轧板的边部。从图2、图3可以看出,缺陷在热轧板和冷轧板上有良图4󰀁冷轧板上󰀁黑线󰀁缺陷的分布

Fig.4󰀁Distributionofblacklineoncold󰀁rolledstrip第1期彭其春等:武钢冷轧板表面󰀁黑线󰀁缺陷分析23

2.2󰀁󰀂黑线󰀁的微观形貌与成分

在󰀁黑线󰀁缺陷处取样,经打磨、抛光后在电镜下观察(放大倍数为500倍),缺陷中间和缺陷边缘形貌如图5所示,缺陷中间夹杂物的呈明暗两种颜色,亮色形状不规则,成岛状分布,被暗色包裹于其中。缺陷边缘有大量的颗粒状残留物,主要是󰀁亮色󰀁和󰀁暗色󰀁两种颗粒,亮色成星罗棋布状镶嵌于暗色夹杂物中间。

(a)缺陷中间夹杂物颗粒SEM照片;󰀁(b)能谱图。

图6󰀁缺陷中间夹杂物SEM照片及能谱图Fig.6󰀁SEMmicrographandEDSofdefects

󰀁󰀁缺陷边缘处󰀁亮色󰀁颗粒尺寸在5~25󰀁m,主要是含Al2O3(49󰀁28%)、MnO(21󰀁07%)和FeO(26󰀁02%)的颗粒,见图7和表2。

(a)缺陷中间;󰀁(b)缺陷边缘。

图5󰀁缺陷微观特征

Fig.5󰀁Micrographcharacteristicofdefects

󰀁󰀁缺陷中间夹杂成分如图6所示。可以看出缺陷中间夹杂主要含Al、Ti、Mn、Fe元素及少量的Si、Ca元素。将夹杂物元素质量分数换算成对应氧化物的质量分数,如表1所示。

表1󰀁缺陷处夹杂物成分及其化合物质量分数

Table1󰀁Compositionsofdefects

元素

AlSiCaTiMnFeOwB/%7.911.280.5814.334.3340.4331.14xB/%8.621.340.428.792.3221.2857.22化合物形式Al2O3SiO2CaOTiO2MnOFeO

xc/%14.952.750.8123.905.5952.01

(a)󰀁亮色󰀁颗粒SEM照片;󰀁(b)能谱图。

图7󰀁缺陷边缘󰀁亮色󰀁颗粒SEM照片及能谱图Fig.7󰀁SEMmicrographandEDSof󰀁white󰀁grains

24

表2󰀁缺陷边缘󰀁亮色󰀁颗粒成分及化合物质量分数

Table2󰀁Compositionsof󰀁white󰀁grains

元素AlTiMnFeO

wB/%26.082.1716.3220.2335.20

xB/%24.971.177.679.3656.83

化合物形式Al2O3TiO2MnOFeO

xc/%49.283.6221.0726.02

中国冶金第20卷

󰀁黑线󰀁缺陷进行拍照处理,其宏观形貌如图9所示。整个缺陷成链状,表面粗糙,突出镀锌板表面,长短

不一,宽度约为1mm。

缺陷边缘处󰀁暗色󰀁颗粒尺寸在2~25󰀁m,主要是含TiO2(19.95%)、MnO(24.97%)、FeO(23󰀁64%)和少量的Al2O3(1󰀁06%)的颗粒,见图8和表3。

(a)宏观形貌1;󰀁(b)宏观形貌2。

图9󰀁󰀂黑线󰀁缺陷宏观形貌Fig.9󰀁Macroscopicofblacklinedefects

3.2󰀁󰀂黑线󰀁的微观形貌与成分

在正常工艺生产过程冷轧板上,酸洗掉表面镀锌层后,缺陷出现浅的沟槽,在扫描电镜下观察,󰀁黑线󰀁缺陷的微观特征如图10所示。由图可以看出,

缺陷部位与正常基板之间没有明显界限。用PHOENIX能谱分析仪检验,发现缺陷处含有大量的Fe、Al、Ti、O成分的夹杂和少量的Mg、Si、K、Mn、Ca复合成分的夹杂。

4󰀁󰀂黑线󰀁形成机理与控制措施

关于󰀁黑线󰀁的形成机理,有文献认为主要与连铸工序有关[3]。也有文献认为可能是在轧钢工序中形成的

(a)󰀁暗色󰀁颗粒SEM照片;󰀁(b)能谱图。

[4󰀁5]

。根据模拟轧制试验和实际生产过程中

图8󰀁缺陷边缘󰀁暗色󰀁颗粒SEM照片及能谱图Fig.8󰀁SEMmicrographandEDSof󰀁black󰀁grains表3󰀁缺陷边缘󰀁暗色󰀁颗粒成分及化合物质量分数

Table3󰀁Compositionof󰀁black󰀁grains

元素AlTiCrMnFeO

wB/%0.5629.950.2619.3318.3831.52

xB/%0.6318.930.1510.669.9759.66

化合物形式Al2O3TiO2Cr2O3MnOFeO

xc/%1.0649.950.3824.9723.64

产生的󰀁黑线󰀁的形貌和成分分析可知,两者产生的󰀁黑线󰀁缺陷形貌和成分基本一致,没有明显的差别。󰀁黑线󰀁缺陷处及四周都聚集了大量的FeO、Al2O3、MnO和TiO2夹杂[6]。由于Al2O3、MnO和TiO2夹杂系脆性夹杂物,硬度很高,不易发生形变,在轧制过程中这些夹杂会在钢板表面留下划痕或粗糙斑痕

[7]

,在热轧时氧化铁皮就容易压入这种划痕或斑

痕中,从而在冷轧时形成表面缺陷󰀁󰀁󰀁󰀂黑线󰀁。󰀁黑线󰀁缺陷在轧制过程中的演变主要分为3个阶段:

1)铸坯中的Al2O3、MnO和TiO2等夹杂物在轧制过程中,逐渐显露出来,有的甚至凸显在钢板的表面。

2)在热轧过程中,显露在表面的脆性夹杂物在轧制过程中破碎,并在钢板表面留下划痕或粗糙斑痕。

3)氧化铁皮压入钢板表面的这些划痕或斑痕3󰀁正常轧制的󰀁黑线󰀁缺陷

3.1󰀁󰀂黑线󰀁缺陷的形貌与位置

在现场正常工艺生产的冷轧板上,对其产生的第1期彭其春等:武钢冷轧板表面󰀁黑线󰀁缺陷分析25

能。适量加入合适的中包覆盖剂,提高吸附夹杂和使夹杂物变性的能力;控制钢水在中包的停留时间,提高夹杂物上浮的比例。

5)在浇注过程中,保持适量的Ar气吹入量和维持结晶器液面稳定;加强保护浇注,强化中间包和结晶器的密封,防止钢水的二次氧化;在生产上逐步采用铝碳质水口代替石英质水口,及时更换破损水口;采用优质耐火材料和性能相适应的保护渣,降低耐火材料被钢水冲刷的程度;进一步增加保护渣对夹杂物的吸附强度。

在轧制过程中,减少热轧板表面FeO铁皮也是去除󰀁黑线󰀁缺陷的一个重要途径。

1)改善高温除鳞设备的除鳞效果,选择合适的喷嘴和高压水的入射角,采用合适的压力,提高除鳞效果。

2)控制二次除鳞水的温度,保持合适的水温。

5󰀁结论

1)冷轧板󰀁黑线󰀁缺陷形成的直接原因是钢中的Al2O3、MnO、TiO2夹杂在热轧板上破碎后留在表面,形成划痕或斑痕,在轧制过程中,热轧板上的氧化铁皮压入其中形成。

(a)微观形貌;󰀁(b)能谱图;󰀁(c)能谱图。

2)减少钢中Al2O3、MnO、TiO2夹杂是减少冷轧板󰀁黑线󰀁缺陷最根本的方法。其次,减少热轧板表面氧化铁皮也是一个很好的控制措施。

参考文献:

图10󰀁󰀂黑线󰀁缺陷的微观形貌及能谱图Fig.10󰀁SEMmicrographandEDSofblacklinedefects

中,在冷轧的过程中形成表面󰀁黑线󰀁缺陷。

综上所述,󰀁黑线󰀁缺陷形成的直接原因就是由钢中的夹杂物引起的。因此控制钢中Al2O3、MnO、TiO2夹杂是减少󰀁黑线󰀁缺陷的主要途径。可采取以下措施提高钢水纯净度,减少钢中Al2O3、MnO、TiO2等夹杂。

1)在出钢过程中,采用挡渣球挡渣出钢,使钢包渣层厚度󰀁100mm;向钢包表面加入渣改质剂,降低渣的氧化性。

2)在钢水运输过程中,采用合适的钢包覆盖剂,减少钢水的二次氧化。

󰀁󰀁3)在精炼过程中,喂入Si󰀁Ca线,改变钢中Al2O3形态。

4)改良中包结构,充分发挥中间包的冶金功

[8]

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