分享：低碳钢异物缺陷分析

在热轧生产中钢板边部附近出现了数量较多的异物缺陷，严重影响了热轧产品质量。本文对用作冷轧原料的热轧低碳钢钢板表面异物缺陷的产生原因进行了多组对照实验和微观组织分析，初步确认异物缺陷来源于铸坯。推断异物缺陷产生过程为：异物落在铸坯表面，被轧制压入铸坯基体；受除鳞水的影响，异物迅速降温，在热轧过程中形成了纤维状组织及碳化物；钢板母材与异物的接触处的组织受异物低温和铸坯高温的影响，提前转变为铁素体，并在铸坯基体温度的缓慢下降过程中不断长大，形成了异常粗大的铁素体。

热轧钢板表面出现的结疤或异物缺陷一般都具有与钢板母材不一样的组织，其中结疤缺陷一般来源于铸坯缺陷，而异物缺陷的来源有多种。黄其义研究了3种异物压入缺陷[1]：精轧入口侧导板衬板上有“积瘤”、结疤等脱落导致；机架入口隔热板、机架间冷却水集管等设备上附着氧化物灰脱落导致；卷取前侧导板与带钢刮蹭产生“火花”黏在带钢表面导致。彭凯等[2]研究了钢板撞击精轧机组侧导板形成的结疤缺陷。热轧钢板异物缺陷严重影响钢板的质量，导致缺陷产品等待切除异物缺陷而延迟生产进度，甚至出现缺陷严重的产品判废情况。本文对用作冷轧原料的热轧低碳钢钢板表面异物缺陷的产生原因进行了分析。

热轧钢板异物缺陷及位置

某热轧厂热轧生产低碳钢、超低碳冷轧原料的过程中，发现了出现在钢板轧制边附近的异物缺陷，每卷钢出现1~3处，且在钢板长度方向异物缺陷出现的位置并不固定。异物没有沿轧制方向的较大变形且深深硌入钢板中，如图1所示。某热轧厂实际生产数据统计显示，异物缺陷在钢板宽度方向上表现为：多数出现在轧制边附近，少量出现在钢板板面中部。操作侧、传动侧、板面中部出现异物缺陷的钢卷数量统计见表1。根据统计结果初步推断，可能是热轧前期有异物落在铸坯边部导致的。

不同生产工序的对比实验

根据异物缺陷出现位置统计结果，钢板表面异物缺陷产生的原因有两种可能：(1)铸坯自身携带异物如毛刺等在热轧过程中脱落而被压入钢板表面；(2)热轧导尺与铸坯边部滑擦，造成铸坯“掉肉”，并被压入钢板表面。为了进一步判别是在哪个生产工序出现了异物问题，对铸坯进行不同预处理工序组合，进行对比生产实验。

实验选取42块铸坯(1#铸机26块铸坯，7#铸机16块铸坯)进行掉头、翻面、热轧产线等生产工序的多种组合，见表2。掉头用于确认是否有铸坯尾部毛刺影响，翻面用于确认是否有上表面的毛刺影响，使用不同的热轧生产线用于确认是否有热轧刮划“掉肉”影响。

表2可以看出：(1)掉头与否的铸坯均存在异物缺陷，比率相当。7块掉头铸坯中3块有异物缺陷，占比42.86%；35块未掉头铸坯中16块有异物缺陷，占比45.71%。(2)翻面与否的铸坯均存在异物缺陷，比率相近。22块翻面铸坯中9块有异物缺陷，占比40.91%；20块未翻面铸坯中10块有异物缺陷，占比50%。(3)热轧产线中三热缺陷比率是一热缺陷比率的两倍。一热生产12块铸坯中，3块铸坯有异物缺陷，占比25%；三热生产30块铸坯中，16块铸坯有异物缺陷，占比53.33%。

异物缺陷微观组织分析

沿钢板横向将异物切开取试样，观察横断面微观组织，见图2(a)。异物压入钢板基体并镶嵌其中，有明显纤维状组织，说明异物在压入钢基体的过程中有一定的变形；异物附近为异常粗晶区，母材组织为细晶区。

光学显微镜

对异物微观组织进行金相观察发现，异物组织为铁素体+碳化物，碳化物呈圆球状，图2(b)。异常粗晶区微观组织如图2(c)所示，铁素体晶粒异常粗大，直径达到了几百微米，推断异常粗大的晶粒是不断吞噬周围的铁素体长大的结果。母材细晶区微观组织如图2(d)所示，母材组织为铁素体，平均晶粒尺寸约为15μm。

扫描电镜

采用扫描电镜分析异物的化学成分主要为Fe、O、C元素，如图3所示。异物上多个位置(位置1、2、4、5、6)的化学成分相同，仅位置6含有极少量的Mn元素。异物化学成分组成与母材(位置3)的成分相近，因而推断异物极有可能是母材的一部分。

分析和讨论

扫描电镜能谱分析可以看出，异物化学成分与母材的化学成分相近，推断异物为母材的一部分，然而无论是来自铸坯毛刺还是来自热轧刮划“掉肉”的异物均为铸坯的一部分，因此暂时无法明确区分异物来自于哪个部位。金相组织分析显示，在异物和母材之间有一层异常粗大的铁素体晶粒。异常粗大的铁素体晶粒推测可能是在热轧期间由奥氏体提前转变而成，并在一定温度下不断吞噬周围的铁素体，进而长大到几百微米。

因此，推测热轧生产中异物产生过程为：在铸坯经过高压除鳞水进入粗轧机时，铸坯上的一小块毛刺或“掉肉”脱离铸坯，飞落到铸坯表面，并迅速被粗轧机压入铸坯表面，形成异物；由于异物与除鳞水的接触非常充分，异物冷却至800℃以下，组织由奥氏体转变为铁素体，且温度持续降低；铸坯基体与异物接触处由于受较低温度的异物影响而温度降低，且随着铸坯整体温度的降低，接触处的温度降低至组织转变点以下，提前出现了铁素体，并且随着整体铸坯温度的缓慢下降，铁素体不断长大；异物经过热轧，被深深压入铸坯基体中，受粗轧和精轧的大压下的铸坯变形影响，异物的组织呈现纤维状，并出现了碳化物，但是由于异物的强度大于铸坯基体，异物的形变相对较小，铸坯基体与异物的接触处的铁素体晶粒在铸坯基体温度缓慢下降过程中持续长大；经过层流冷却后，钢板母材组织快速形成细小的铁素体组织。由于异物在粗轧压入铸坯前飞落的位置具有不确定性，因此并不是每个钢卷都存在异物缺陷。

结束语

(1)热轧生产低碳钢、超低碳冷轧原料时产生的异物缺陷为铸坯的一部分。(2)要确定异物是如何形成的，需要增加实验，以区分异物是来自于铸坯毛刺还是铸坯热轧时刮划“掉肉”。(3)在温度较低的异物和温度较高的铸坯共同作用下，两者的接触处形成了异常粗大的铁素体晶粒。

文章来源——金属世界