热轧带钢孔洞缺陷的形成原因与控制措施

热轧带钢孔洞缺陷的形成原因与控制措
施
摘要:随着国内粗钢产能日益过剩，各大钢铁企业都在关注高品质、高附加值产品，这使得连铸坯洁净度受到高度重视。

连铸坯中的大型夹杂物会引起后序热轧、冷轧过程引起孔洞、起皮、线形缺陷等带钢表面缺陷，进而降低成品收得率，增加钢铁企业的生产成本。

本文针对孔洞缺陷进行分析，并提出了优化改进的措施。

关键词：热轧带钢；孔洞；缺陷
引言
由于热轧带钢优异的性能，在建筑结构、机械加工、航空航天等领域具有广阔的应用前景。

热轧带钢过程中或经历长期使用后，受自身材料特性、加工工艺和环境条件等因素影响可能会导致热轧带钢产生孔洞等缺陷，孔洞缺陷的出现会降低钢结构强度、刚度、稳定性以及耐腐蚀等性能，对整个钢结构使用性能和寿命产生严重影响，造成巨大安全隐患。

因此研究热轧带钢孔洞缺陷的形成原因与控制措施，对促进热轧带钢的发展具有重要意义。

1热轧带钢孔洞缺陷的形成原因
某厂生产的热轧带钢在灭火器、空调压缩机罐体、钢桶、焊丝及轮毂的应用上，频繁出现孔洞类质量缺陷，带来较大的损失。

根据夹杂孔洞的成分特征，可能来源于内壁结瘤物的脱落、钢包精炼渣、中包覆盖剂、结晶器保护渣的卷入以及钢水的二次氧化等。

根据钢水夹杂物成分分布特征，对可能卷入钢包精炼渣、中包渣、结晶器保护渣的成分分布特征做对比分析。

钢包精炼渣的主要成分是CaO和Al2O3,以及少量的SiO2､MgO，其中碱度控制在24~28,CaO/Al2O3为1.65~1.93。

可见，其主要成
分分布与成品钢卷缺陷处检测到的主要成分明显不同。

中间包下层覆盖剂主要成分是CaO､Al2O3和少量MgO､SiO2，碱度达到10，上层酸性覆盖剂基本为SiO2,其次是Al2O3,此外还有少量的MgO和CaO，基本呈酸性。

两者均含有少量的Na2O，可见Na并不是结晶器保护渣的特征元素，成品中的含Na的夹杂物也有可能是中包渣卷入导致的。

整体来看，成品孔洞处缺陷成分与中包覆盖剂成分差异较大。

结晶器保护渣的主要成分是CaO和SiO2，另外还有相当含量的MgO和Al2O3,Na2O 的含量也将近10%。

此成分组成也与孔洞处夹杂物成分差异较大。

出现夹杂类孔洞炉次连铸过程Als损失平均为30ppm，控制在60ppm以内的过程能力指数Cpk为1.06，孔洞处夹杂物成分未发现纯的Al2O3，保护浇注基本正常。

因此，连铸二次氧化不是导致成品钢卷出现大型夹杂的主要原因。

由以上分析可知，成品钢卷上的孔洞类缺陷处夹杂物成分分布特征与钢包精炼渣、中包覆盖剂、结晶器保护渣相比存在显著差异，排除其直接卷入可能。

连铸过程Als 损失均小于50ppm，处于正常范围内，孔洞夹杂也没有发现单纯的Al2O3夹杂，可排除连铸过程直接二次氧化导致的可能。

从与内壁附着物成分的对比来看，二者基本组成非常相似。

因此，可以看出，成品带钢上孔洞处的夹杂主要来源于内壁附着物在浇注过程中的脱落钢水在浇注过程中，非金属夹杂逐渐在内壁的吸附、长大、脱落，如在结晶器中未上浮而被凝固坯壳捕获则铸坯中形成大型夹杂物，进而在成品钢卷中出现孔洞缺陷。

2热轧带钢孔洞缺陷控制措施
在这些孔洞夹杂的检测中，除了钙铝酸盐，还发现了引流砂成分Cr，保护渣成分F､Na，以及较高含量的MgO，这说明结瘤物部分混合了保护渣、钢包渣、中包渣等杂质。

因此，要控制好低碳钢成品钢卷的夹杂类缺陷，首先要控制好钢包Al脱氧产物的变性和去除，防止其在内壁的富集，还要控制好中间包、结晶器的卷渣。

孔洞处检测出的夹杂物中的Cr2O3应来源于引流砂，高含量的MgO应来源于中间包耐火材料的侵蚀，二者均应在中间内上浮去除，但钢卷中存在此类物质表明存在引流砂、中包耐火材料的卷入。

连铸中间包物理模拟的流场特征显示中间包内存在短路流现象。

钢水从钢包长水口浇注到冲击区后，沿中包底部直接流向
浸入式水口，这种流动将导致钢水中卷入的中间包耐火材料、引流砂等上浮时间不足而直接进入结晶器。

比向减小方向移动；另一方面钢水吸氧，钢水增加，就可使反应向着生成液相区边界移动，生成大量高熔点的xCaO·yAl2O3夹杂物。

因此，连铸工序需进一步做好二次氧化的控制。

检测结果表明结晶器保护渣直接卷入导致大型夹杂的可能性不大，但检测出的部分含有Na､Zr的氧化物成分表明，仍有少量保护渣被卷入结晶器中。

目前连铸过程存在两个主要频率的波动，一种是鼓肚导致的，频率为0.4~0.5Hz，结合拉速计算波长为200mm左右，为扇形段的辊间距，需要强化扇形段的二次冷却；另一种是钢水流动导致的，频率为1.2~1.6Hz，波长约为70mm，与结晶器内钢水自由流动相关，可通过优化塞棒动作控制程序、塞棒抗鼓肚模型进行控制。

连铸过程保护浇注、优化覆盖剂的成分性能减少二次氧化，采取满包操作、优化中间包的流场，降低结晶器内的钢水流动强度、降低结晶器的液面波动等措施，
综合判定业务是系统对尺表观、成分、性能及过程分类检验项目进行再次集成，并辅助强制性尺寸最大值及最小值、尺寸公称差异项目的检验，对带钢所有生产过程状态进行直观监控，并集合所有检验分流程结果对带钢做出综合判定结果，赋予带钢实时质量状态，指定后续流向。

综合判定界面在信息化系统中的集成主要由带钢信息列表、检验特征值、家族质量日志、综合判定结果等组成。

带钢信息列表包含了生产时间、带钢号、板坯号、产出工序、生产步骤类型、评审状态、上工序判定钢种、计划出口钢种及标准、公称厚度及宽度、性能取样个数、进线卷标志、表面质量等级、表面判定结果、成分判定状态、性能判定状态、过程判定状态、备注信息、返工信息、订单主要信息等列项目，可对各分过程判定状态、对订单特殊要求信息进行获取。

检验特征值是对尺表观、成分、性能、过程工艺监控状态的整体集成，进一步加强检验的直观性及可靠性。

家族质量日志包含了带钢从铸坯产出到带钢发货过程中上下工序全流程的判定内容，可实现工序间重要信息的传递，进一步加强综合质量的判定。

如何保证实际质量与新订单要求匹配恰当进而实现效益的最大化，已成为企业质量管理工作中的重点。

开发余材换单及改降判产品重新挂单后的再次质量检查模块，把一次判定流程与再换单流程进行重新整合，对再换单质量检
验再次形成全流程的管控，保证出厂质量，有效减少不合格产品的流出及提高实际质量与订单质量要求的匹配程度。

结束语
炼钢厂生产技术人员对于生产用原料，除了要控制夹杂物的形态和大小外，还应该研究夹杂物的分布，避免夹杂物的集中和聚集。

为改善日钢热轧带钢大尺寸夹杂导致的孔洞缺陷，通过提高Ca处理深度以减少钙铝酸盐夹杂在内壁的聚集，优化中间包流场以促进夹杂物的碰撞、长大及上浮去除，优化中间包覆盖剂的成分及操作以减少二次氧化。

针对不同原因导致结晶器液面波动，制定相应的控制措施以防止保护渣的卷入。

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