重钢热轧光圆钢筋表面结疤缺陷成因探讨
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重钢热轧光圆钢筋表面结疤缺陷成因探讨
刘晓峰1汤兴隆1田甜2
(1重庆钢铁股份公司二炼钢厂2重庆钢铁股份公司钢铁研究所重庆401258)
摘要:针对重钢二炼钢厂投产以来,5号小方坯连铸机生产的铸坯在轧制光圆钢筋时钢材表面时常出现结疤缺,通过对结疤缺陷的宏观形貌和微观形态进行分析并结合现场工艺调研,按照“遗传性”和“非遗传性”分类探讨结疤缺陷成因,提出相应改进措施。
关键词:热轧光圆钢筋表面结疤遗传性非遗传性改进措施
Chongqing steel hot rolled round reinforced
surface defects cause study
LIU Xiao-feng1TANG Xing-long1TIAN Tian2
(1Second Steel Plant of Chongqing Iron and Steel Co.Ltd.,
2Iron and Steel Research Institute of Chongqing Iron and Steel Co.Ltd.Chongqing
401258)
Abstract:For since the operation of heavy steel two steel mills,No.5billet production of billet continuous casting machine in rolling round steel bar steel surface often appear when scarring missing,combined with field technology research and through the macro morphology of the defects and the micro morphology analysis, according to the"genetic"and"non hereditary"classification genesis of scar defects, put forward the corresponding improvement measures.
Key words:Hot rolled round steel bar Surface scar Hereditary Non genetic Improvement measures
1前言
重庆钢铁股份有限公司二炼钢厂5号小方坯连铸机自投产以来,生产的热轧光圆钢钢坯在型棒线厂高速线材轧机制中,钢筋表面结疤缺陷率较高,产品判废量较大,给公司造成了较大的经济损失。
在现实生产中,热轧盘条出现的结疤缺陷形貌各异,复杂多样,有时很难比较直观、准确地找到对应原因,分清相应责
作者简介:刘晓峰(1983-),男,重庆钢铁股份有限公司二炼钢厂,工程师,在职研究生,从事炼钢工艺技术研究。
任,指导炼钢、轧钢工序提出改进措施,使得损失扩大或风险延长。
虽然有学者[1-5]根据结疤宏观形貌和微观金相形态,提出了按照有根结疤和无根结疤分类界定为钢坯原因或轧钢原因,但是笔者尝试按照“遗传性”和“非遗传性”分类可能更能清晰地划分职责,提出改进措施。
2结疤缺陷统计情况
2013年7月至10月,重钢5号150mm×150mm小方坯连铸机纳入统计的热轧光圆钢出现结疤缺陷铸坯情况,见表1。
表1热轧光圆钢出现结疤缺陷铸坯情况
项目轧制铸坯支数/
支
出现结疤缺陷铸
坯支数/支
出现结疤缺陷铸
坯量/吨
结疤缺陷率/%
7月1192254360.3221.31
8月1192335475.2328.10
9月873212821818.6514.68
10月9173272385.86 2.97
合计2028921443041.4810.57
从表1可见,结疤缺陷量最少7月份的360.32吨,结疤缺陷率为21.31%;最大量为9月份的1818.65吨,结疤缺陷率为14.68%;结疤缺陷率最高为8月份的28.10%,最低为10月份的2.97%。
虽然4个月的结疤缺陷率呈下降趋势,但合计发生缺陷的钢坯量达到了3041.48吨,结疤缺陷率达到了10.57%,造成的经济损失较大。
3典型结疤缺陷形貌
结合重钢型棒线厂取样的热轧光圆钢筋结疤缺陷形貌,探讨分类为“遗传性”和“非遗传性”。
3.1遗传性形貌
遗传性:又称继承性,指抽象的、较大的对象所具有的包括静态属性及动态操作的性质自然地成为其子类的性质,即类与子类之间属性的传递。
根据定义,热轧光圆钢筋表面遗传性缺陷部位从金相分析上应表现为含有非金属夹杂物和明显脱碳现象。
从图1-3可见,图1(a)是明显的断裂缺陷,对应的金相分析图1(b)缺陷处存在明显的硅酸盐夹杂物;图2(a)结疤形貌呈飞皮状,有脱落和与机体连接现象,对应的金相分析图2(b)缺陷处无异常夹杂,有明显氧化脱碳;图3
(a)与图2(a)都是呈飞皮状缺陷,但图3(a)呈连续状,且与机体有较深根部连接,对应的金相分析图3(b)缺陷处无异常夹杂,有轻微氧化脱碳。
图1(a)盘条断裂形貌图1(b)盘条断裂处硅酸盐类夹杂X200
图2(a)盘条间断结疤宏观形貌图2(b)间断结疤处氧化脱碳X200
图3(a)盘条连续状结疤宏观形貌图3(b)连续状结疤处氧化脱碳X200国内学者[1、4、5]研究表明:存在铸坯的疤渣(结疤)、夹杂、气孔、凹坑、氧化铁皮、裂纹(裂缝)、耳子、折叠等缺陷成为热轧盘条表面结疤缺陷的主要成因。
3.2非遗传性形貌
非遗传性:即为“后天”所致,等同于热轧光圆钢筋的轧疤。
表征为缺陷的突发性、形貌相似性和周期性。
从图4可见,图4(a)结疤呈块状,突起在光圆钢之上,可见较清晰的结疤边缘曲线;图4(b)缺陷形貌沿长度方向,划痕沟侧有翻起的重叠边,沟侧呈明亮色,无氧化或脱碳迹象。
图4(a)盘条表面块状结疤宏观形貌
图4(b)盘条局部划伤结疤宏观形貌
4现场调研
针对5号连铸机供坯盘条出现的严重结疤缺陷,重钢组织对炼钢生产工艺过程和铸坯质量进行了跟踪调研。
4.1铸坯跟踪
对现场铸坯抽样检查发现,个别铸坯存在疤渣(渣坑)现象,未清理和清理后铸坯存在皮下气孔缺陷,见图5-7。
图5铸坯表面疤渣缺陷形貌
图6铸坯表面原始气孔缺陷图7清理后铸坯气孔缺陷
4.2工艺流程
由于重钢长材组团炼钢系统投产时间不长,所生产的钢种基本按照KR脱硫(或扒渣)→复吹转炉→LF→连铸→轨道(或平车)热送生产工艺流程进行。
从理化分析看,钢水中磷、硫、全氧(或夹杂物)均满足企业内控标准,出LF 钢水自由氧含量小于5ppm,钢水脱氧良好。
4.3氢含量测定
利用定氢装置对5号机正常生产的ADQ685中间包钢水氢含量进行了测定。
共进行了4炉次测定,氢含量分别为3.3ppm、2.7ppm、3.5ppm、3.6ppm,从跟踪数据看,中间包钢水氢含量比较稳定,处于可控水平。
4.4结晶器口皮漏水
投产以来,5号连铸机结晶器口皮漏水频率较高。
其中某10个浇次中有4个浇次浇完换结晶器,共计换10台结晶器,其中就有7台是结晶器口皮漏水,影响5个炉次,缺陷炉次2炉,对应缺陷比率25.5%。
4.5非稳态浇铸
在出现结疤缺陷炉次,发现存在钢水可浇性差、更换下水口等非稳态浇铸显
现。
5分析与探讨
5.1硅酸盐夹杂物
从热轧盘条断裂、开裂和铸坯疤渣宏观形貌,特别是微观形态来看,存在明显的硅酸盐夹杂物。
资料显示[6-7]:硅酸盐类夹杂物属于外来夹杂物,是由熔渣、耐火材料在冶炼、出钢、浇铸过程中进入钢液中的夹杂,但主要是二次氧化、卷渣、包衬侵蚀和化学反应;钢包→中间包→结晶器过程中防止下渣、卷渣和钢水二次氧化是生产洁净钢非常重要的操作。
结合炼钢实际情况,连续浇铸过程的稳态操作是关键。
主要应该从提高钢包自开率,降低烧氧开浇频率;结合中间包稳流器使用,采用长水口保护开浇措施;探索中间包头包采用中间包密封充氩操作[8-9],提高头坯洁净度;稳定中间包液面,避免中间包钢水量和钢液面降低产生漩涡下渣;强化钙处理等夹杂物改进工艺,减少由于可浇性差引起的更换下水口。
5.2铸坯表面缺陷
图2、3金相分析都发现热轧盘条缺陷处存在氧化脱碳,这类结疤缺陷多为铸坯表面缺陷带入,属铸坯“遗传”引起,本钢[6]研究认为铸坯表面缺陷主要类型可分为三种:渣坑、气孔、裂纹。
刘宁娟等[10]研究认为:连铸坯存在皮下气泡,当它设置于轧钢加热炉内时,离钢坯表面较近的皮下气泡随钢坯氧化层的深入而破裂,即被氧化或暴露,并在轧制中随轧件的延伸而被拉长,该部垃因为钢质不能焊合即在成品表面上形成结疤。
一般,结疤厚度约为0.4mm左右。
现场铸坯抽样检查,证明了重钢个别铸坯存在疤渣(渣坑)、皮下气孔等表面缺陷。
所以减少铸坯的皮下气泡可有效地防止此类结疤缺陷的产生。
5.3轧钢缺陷
图3(a、b)表明,缺陷盘条表面存在着“零”厚度的氧化铁皮和明显的划伤缺陷。
说明,除由于铸坯带来的遗传性缺陷引起盘条表面结疤,轧钢过程也亦产生轧疤。
华刚[1]研究表明:由于精轧机组辊环轧槽部分脱落或辊环轧槽横向断裂,在轧件上造成凸块,被后续轧机压入轧件表面所致。
根据辊环缺陷或断裂处机架不同,结疤的大小和深浅及边缘清晰程度也不相同。
靠近成品道次的结疤较为明显,
反之则结疤较大,压入较深,只可见边缘曲线。
如果是成品孔辊环缺陷或断裂,则在高线上只留下与缺口外貌极相似的凸块。
钱卫忠等[5]研究表明:轧件的拉丝、划伤是结疤源形成的主要原因。
拉丝主要是由于椭圆轧件过充满进而在圆孔前滚动导卫内产生;而划伤主要是在坯料与炉内出钢辊道之间以及轧件与导卫板、导辊导轮之间的过度摩擦过程中产生。
6结语
6.1重钢热轧光圆钢筋结疤缺陷形貌分析存在硅酸盐夹杂物、脱碳和划伤。
6.2炼钢的铸坯疤渣、皮下气孔和轧钢的设备故障都会引起热轧光圆钢筋结疤缺陷。
6.3减少钢材表面结疤缺陷的主要措施是:提高铸坯质量,减少钢中夹杂物;优化轧制工艺,加强轧钢设备维护。
参考文献
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冶金工业出版社,2013,10,1。