连铸连轧薄板边裂原因分析

3
边裂原因分析及预防措施
由图 3 和图 4 分析结果可以看出, 薄板坯边缘
的裂纹主要起源于层带状组织、 混晶组织、 魏氏组织 的界面处以及含有大量夹杂( 渣) 的部位。 边裂是热轧 板生产中比较容 易出现的一种 缺 陷, 因为轧坯边部在展宽时 , 受附加的拉应力 , 而中 间部分 , 受附加的压应力 , 金属的展宽越大, 这种应 力也越大。如果冶金质量很好 , 加热和轧制条件正
的热轧薄板出现边裂的原因进行了分析 。结果表明: 裂纹以发散的形状由薄板的边缘向板内延伸, 薄板坯边缘的裂纹主要起源于层带状组织、 混晶和魏氏组织的界面处以及含有大量夹杂 ( 渣 ) 的部 位; 裂纹产生的主要原因是拉速过快及浇铸时工艺参数控制不当等。
关键词 :
热轧薄板; 缺陷; 裂纹
文献标识码 : A 文章编号 : 1001 4012( 2008) 10 0567 04
Abstract: T he micro sco pe, SEM , EDS and so o n ar e used to analy sis the reasons o f the edg e cr acks of the hot
ro lled sheet. T he results show t hat edg e crack is at the edge of t he sheet and ex tended to inside of the plate with div erg ence shape; T he crack is der ived fr om the str ip micr ostr ucture and the mix ed cr ystal and widmanstatten st ructur e and the mo lten slag. T he high dr awing speed and the mismatching of the pro cessing parameters are the main reasons t hat lead to the cr ack.
图 4 裂纹周边氧化物 SEM 形貌和 EDS 谱
注意保护渣的干燥 , 保持结晶器液面稳定 , 防止 保护渣卷入钢液中; 根据钢种特性 , 正确设定一 次冷却水水量及流速; 对补炉、 中间包和水口等 应选用优质耐火材料及对其有严格的工艺制度。
参考文献 :
[ 1] [ 2] [ 3] [ 4] [ 5] 王 晓敏 . 工 程 材料 学 [ M ] . 北京 : 机 械 工业 出版 社 , 1999: 150. 任 颂 . 钢铁金相 图谱 [ M ] . 上 海 : 上海科 技文 献出版 社 , 2003: 368. 王 正樵 , 于 幼 林 . 不锈 钢 [ M ] . 北京 : 化 学 工业 出版 社 , 1991: 109. 冈毅民 . 不锈钢 腐蚀手 册 [ M ] . 北京 : 冶 金工 业出版 社 , 1982: 228. 孙 智, 江 利, 应 鹏 展. 失 效 分 析 基础与应用 [ M ] . 北京 : 机械工业出版社 , 2005: 128.
[ 1, 2]
为: 0. 039% C, 0. 031% Si, 0. 189% M n, 0. 106% Ni, 0. 018% Cr, 0. 037% Cu 和 0. 031% Al。用普 通光学显微镜观察薄板试样中裂纹部位的形貌, 及 裂纹附近显微组织, 用 XL 30T MP 扫描电镜观察显 微组织, 用 PH OENIX 能谱分析仪对裂纹周围进行 成分分析。
567
1
试验材料及试验方法
取 有边裂的热轧薄板 , 其化学成分 ( 质量分数 )
收稿日期 : 2007 09 20 作者简介 : 宋新利 ( 1973- ) , 女 , 讲师 , 硕士。
宋新莉等: 连铸连轧薄板边裂原因分析 常, 则这些应力的存在并不能影响轧坯件边缘的完 整性。否则, 轧坯边部受的应力会超过材料承受的 强度引起破裂。 文献 [ 6, 7] 认为, 导致热轧板边裂的原因有两方 面: ( 1) 冶炼质量, 如 板坯边缘出现角裂、 气泡; 由于板坯的硫和铜含 量高, 使轧 制时热脆性大 ; 冶炼和浇注异常; ( 2) 轧制工 艺, 如 在加热炉内 时间长或加热温度高, 导致板坯边部过热或过烧 ; 轧件边部温度过低或张力设定过大; 轧辊调整不 好或辊型与板型配合不好, 使钢带边部延伸不均 ; 立辊侧压量太小或精轧、 卷取的侧导板开口度小 ; 冷却水或除鳞水使用不当。 检验结果表明 , 有些裂纹在轧制前就已存在 , 主 要是由于在铸造过程中由于板坯拉速过快 , 导致板 面边缘出现空隙使氧从破裂处渗入并与基体铁发生 作用产生氧化铁夹杂物。同时浇铸钢坯时工艺参数 不当也会使裂纹内及周围存在夹渣 , 如水口插入深 度、 保护渣层结构及厚度和结 晶器结构及热 流等。 而检验出裂纹区域的硅、 钙和铝的氧化物可能是这 些参数控制不当将保护渣流入板坯边缘的 , 在轧制 过程中板坯边部受到张应力形成裂纹并扩展, 从而 导致钢板报废。 硫和氧等元素与钢中的金属元素铝、 钙、 硅和铁 等形成化合物 , 导致钢中夹杂物含量大大增加。钢 材常会因为这些夹杂物的存在而引起裂纹 , 如硫化 铁或氧化亚铁形成的的共晶体的熔点都很低, 而一 般钢均在 800 ~ 1 200 区间进行压力加工, 尤其 在高温下夹杂物呈熔融状态, 破坏了钢基体的连续 性, 降低了钢晶粒之间的结合力及热塑性, 轧制变形 时首先在夹杂物处产生裂纹。此外 , A l2 O3 是影响 保护渣粘度的主要成分 , 当钢液注入结晶器后, 钢中 Al2 O 3 上浮到结晶器内液面上方, 被液态保护渣吸 收, 促成保护渣粘度迅速增加, 是极不利的。一般要 求保 护 渣 液 渣 层 厚 度 控 制 在 10 m m 左 右, 如 < 5 m m 很容易导致薄板坯出现裂纹。可见, 夹杂物 和保护渣集中分布导致钢板在轧制时边缘出现分层 现象 , 如图 1 所示 ; 同时 , 在热加工时低熔点夹杂物 的熔融及高温熔渣的存在导致其周围出现组织异常 现象 , 如图 3 所示。 通过上述分析, 提 出如下防止裂 纹的措施 : 薄板坯连铸连轧过程中要注意拉速与注温的配合; 采用中间包隔墙、 保护渣、 浸入式长水口和保护 浇 铸等新技术 , 防止钢液二次氧化 , 减少钢中夹杂;
图 3( a) 2 处 EDS 谱
( 2) 有些裂纹在轧铸坯制前就已经存在, 主要 是由于铸造时板坯拉速过快 , 板面边缘出现空隙 , 导 致氧沿破裂处渗入并与基体铁反应生成氧化铁。这 也是产生薄板边裂的原因之一。 参考文献 :
[ 1] ( a) 裂纹周边氧化物的 SEM 形貌 [ 2] [ 3] [ 4] [ 5] [ 6] [ 7] 夏天济 , 路存勇 . 薄 板坯 连铸 连轧 发展 概况 [ J] . 河北 冶金 , 1999, 109( 1) : 1- 2. 毛 新 平 , 薄 板 坯 连 铸连 轧 技 术 综 述 [ J] . 冶 金 丛 刊 , 2004( 2) : 36- 40. 唐 荻 , 蔡庆伍 , 米振莉 . 薄板坯连铸连轧的产品质量控 制 [ J] . 钢铁 , 1998, 33( 7) : 65- 69. 王中丙 , 谢利群 , 柴毅中 . CSP 生产 的热轧薄板边裂的 影响因素 与控制[ J] . 钢铁 , 2002, 37( 9) : 31- 34. 王彦锋 , 许中波 . CSP 工艺 生产 的薄板 坯连 铸表 面纵 裂缺陷研 究[ J] . 钢铁 , 2002, 37( 12) : 21- 23. 潘秀兰 . 连铸板坯裂纹的成因 及防止措 施 [ J] . 鞍钢技 术 , 1997( 2) : 15- 22. ( b) F ig . 4 裂纹周边氧化物的 EDS 谱 T he SEM and EDS analysis of the ox ide beside the crack ( 上接 第 566 页 ) 周德光 , 傅 杰 . CSP 薄板表面 裂纹的 形成机理 与预防 措施 [ J] . 北京科技大学学报 , 2002, 24( 4) : 403- 406.
Keywords: ho t ro lled sheet; defect; cr ack 薄板连铸连轧( CSP ) 是生产热轧板卷的一种全 新的短流程工艺 , 与传统工艺生产的热轧带钢相比 , 薄板铸坯晶粒细小, 产品的尺寸精度高 , 力学性能稳 定, 而且生产周期短、 工艺流程简化、 生产设备减少 和成材率高 。但是 , 薄板在连 铸连轧中若操 作 不当会产生一些冶金缺陷: 如铸坯中心碳或磷元素 偏析、 氧化铁皮、 夹杂、 表面及内部裂纹等。其中最 突出的缺陷是裂纹, 裂纹会影响产品表面质量 , 甚至 造成较严重的生产事故。因此 , 如何及时发现并消 除表面裂纹缺陷 , 是提高产品质量 , 保证安全生产的 关键措施之一[ 3- 5] 。笔者对有边裂的连铸连轧薄板 进行了理化检验与分析。
568
宋新莉等: 连铸连轧薄板边裂原因分析
569
宋新莉等: 连铸连轧薄板边裂原因分析
( a)
裂纹处的 SEM 形貌
பைடு நூலகம்
( b) 图3 Fig . 3
图 3( a) 1 处 EDS 谱 裂纹处 SEM 形貌和 ED S 谱 T he SEM and EDS analysis o f cr ack
( c)
中图分类号 : T G335. 5+ 5
EDGE CRACK A NAL YSIS OF SH EET BY CSP
SONG Xin li, YUAN Ze xi, WU Run
( Institute o f M aterial Science and M etallur g y T echno lo gy , Wuhan U niversit y of Science and T echnolog y, Wuhan 430081, China)
2
2. 1
试验结果与分析
低倍检验 薄板边裂形貌见图 1, 薄板边部参差不齐 , 存在
严重的裂缝和掉块 , 掉块处可见到层状形貌 , 裂纹在 边缘呈大块层状起裂 , 并以发散的撕裂形状向板内 延伸。延伸宽度大约有 50 m m, 致使板坯边部成锯 齿毛边, 裂纹尖端处呈现锈斑。 2. 2 显微组织 图 2( a) 是薄板边缘横截面的显微形貌 , 由图可
图1 Fig . 1
薄板边裂的宏观形貌
T he appear ance of sheet edg ed crack
见, 裂纹基本上都是由板坯边缘向板内延伸, 并起源 于层状组织界面, 而图 2( b) 所示裂纹沿层状组织珠 光体界面萌生和扩展。图 2( c) ~ 图 2( e) 显示裂纹 沿着混晶组织、 带状组织和粗晶组织的界面延伸, 薄 板边缘裂纹周围混晶现象和层带状组织非常严重 , 而且裂纹沿粗大的铁素体晶粒晶界继续向内延伸 ; 有些裂纹尖端和裂纹周围有许多小颗粒 , 有球形、 不 规则的方块形等 , 见图 2( f ) , 表明裂纹起源于 这些 夹杂 ( 渣) 物, 裂纹边缘存在大量的熔渣 , 还沿着夹渣 物集中处扩展, 见图 2( g ) 。图 2( h) 表示薄板边缘裂 纹有的起源于魏氏组织处, 而且在粗大的魏氏组织 界面延伸扩展见图 2( i) , 同时表明薄板边缘部位发 生了过热。 2. 3 能谱分析结果 图 3 是薄板边缘裂纹横截面的 SEM 图及能谱 分析图。裂纹表层灰色部分是氧化铁层 , 见图3( a) , 裂纹中包含的黑色大块颗粒, 主要含有铝、 氧、 硫、 钙 和铁等元素组成的夹杂物, 主要有 Al2 O3 , CaS, F eS 和 SiO 2 等, 见图 3( b) , 但没有检测到铜 , 锌及其他 有害元素 , 基体主要成分是铁, 见图 3( c) 。图 4 是 图 3( a) 裂纹周边的氧化物圆点的 SEM 图及能谱分 析图 , 可以看出氧化物圆点主要是硅和钙的氧化物 , 其为保护渣的主要组成物。
P T CA( P ART : A P H YS T EST )
2008 年
第 44 卷
10
质量控制与失效分析
连铸连轧薄板边裂原因分析
宋新莉, 袁泽喜, 吴 润
( 武汉科技大学 材料与冶金学院 , 武汉 430081) 摘 要:
采用化学成分分析、 金相检验、 扫描电镜及能谱分析等方法对连铸连轧 ( CSP ) 工艺生产