冷轧基板翘皮缺陷成因分析

２０１８年第２期　柳钢科技　冷轧基板翘皮缺陷成因分析　陈胜潮，谷新新，万秀娟，梁进健　（质量管理部）　摘要：通过金相显微镜、扫描电镜和ＥＤＳ能谱仪分析冷轧基板翘皮缺陷微观形貌特征，并结　合大量生产数据、工业对比试验分析认为，翘皮缺陷主要成因是热轧过程边部温度低、边角部上翻过　程流变不均匀导致。　关键词：冷轧基板；热轧薄板；边部翘皮；氧化质点　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｕｐｗａｒｐｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｈｏｔ－ｒｏｌｌｅｄ　Ｓｔｒｉｐ　ｆｏｒ　Ｃｏｌｄ　Ｒｏｌｌｉｎｇ　ＣＨＥＮ　Ｓｈｅｎｇｃｈａｏ，ＧＵ　Ｘｉｎｘｉｎ，ＷＡＮ　Ｘｉｕｊｕａｎ，ＬＩＡＮＧ　Ｊｉｎｊｉａｎ　（Ｑｕａｌｉｔｙ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｐｗａｒｐｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｈｏｌｄ－ｒｏｌｌｅｄ　ｓｔｉｒｐ　ｆｏｒ　ｃｏｌｄ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｗｅｒｅ　ｎａａｌｙｚｅｄ　ｗｉｔｈ　ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ（ＳＥＭ）ａｎｄ　ＥＤＳ（ｅｎｅｒｇｙ　ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ　Ｘ－ｒａｙ　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ），ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｈｓ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ａ　ｌａｒｇｅ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　ｉｎｄｕｓｔｉｒａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｄａｔａ，ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　ｃｏｍ－　ｐａｒａｔｉｖｅ　ｔｅｓｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｃａｕｓｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｐｗａｒｐｉｎｇ　ｗｅｒｅ　ｔｈｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｔ　ｔｈｅ　ｅｄｇｅ　ｄｕｒｉｎｇ　ｈｏｔ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｗａｓ　ｌｏｗ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｌｆｏｗ　ｗａｓ　ｎｏｔ　ｕｎｉｆｏｒｍ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｅｒｉｏｄ　ｏｆ　ｔｕｒｎｉｎｇ　ｏｖｅｒ　ｔｈｅ　ｅｄｇｅ　ａｎｇｌｅ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：Ｈｏｔ－ｒｏｌｌｅｄ　Ｓｔｒｉｐ　ｆｏｒ　Ｃｏｌｄ　Ｒｏｌｌｉｎｇ；Ｈｏｔ－ｒｏｌｌｅｄ　Ｓｈｅｅｔ；Ｅｄｇｅ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｕｐｗａｒｐｉｎｇ；Ｏｘｉｄｅ　Ｐａｒｔｊｃｌｅ　１前言　面边尾部时常出现翘皮缺陷，严重困扰新品种　翘皮缺陷是热轧钢带时常出现的缺陷之一，　开发和试制工作。该缺陷距边部最大距离达３０　是造成热轧质量损失的主要原因，对热轧钢带　ｍｍ，同一卷钢同类缺陷位置相对固定，冷轧切　表面质量和品种开发带来很大的影响【　２】。带钢　边不能完全切除，容易在成品冷轧卷板面遗留　翘皮缺陷的成因有很多种，一般研究认为有表　翘皮、磕坑缺陷，问题亟待解决。本文根据日　面氧化铁皮的轧入、铸坯中的气泡、铸坯表面　常质量检验结果分析冷轧基板翘皮缺陷成因，　或边部开裂、侧压定宽机参数的调整不当、结　可望进行质量改进。　晶器保护渣的混入［３１、轧制加热制度和调宽量不　２检验及其结果　当［４１。另有研究表明，ＩＦ钢板坯边角部与芯部温　２．１试验方法和内容　差过大，在热轧过程中发生不均匀变形也会形　成翘皮缺陷［５】。近年来，柳钢热轧厂生产冷轧基　收集柳钢冷轧基板典型的边部翘皮缺陷试　板系列热轧钢带，如ＳＰＨＣ、ＤＣ０１、ＤＣ０３，板　样，观察翘皮缺陷宏观形貌特征，拍照记录；　截取典型缺陷的横截面试样，制备金相试样，　作者：陈胜潮，大学学历，工程师，现主要从事　对试样的横截面侵蚀后采用金相显微镜观察缺　炼钢质量技术管理工作。　陷及缺陷附近的组织形貌，再利用扫描电镜观　２６　柳钢科技　２０１８年第２期　察缺陷微观特征，对典　区域进行ＥＤＳ能谱分　析；结合全年翘皮工艺参数统计分析、工业对　比试验，分析翘皮缺陷形成的成因，确定形成　翘皮缺陷的主要影响因素。　２．２边部翘皮缺陷宏观特征　５０　１１１＂，有一定深度，翘皮一侧于基体相连，严　重翘起部分折叠于表面形成宏观的划沟状（见　图３ａ）。黑色的夹杂检测为氧化铁．存在压缩磁　碎的特征。微观组织存在混品，翘皮部位品　较小日．存在明显的伸长变形。　翘皮缺陷在冷轧基板带钢距边部ｌ５～２５　ｍｍ的区域，呈连续或断续的直线分布，可以观　察到缺陷表面明显的翘皮分层的现象（见图１）。　图１ａ为ＳＰＣＣ热轧带钢边部翘皮，距边部２０　ｍｍ，呈断续细直线状翘皮，较轻微。图ｌｈ为　ＤＣ０１热轧带钢边部翘皮，距边部２５　ｍｍ，呈连　续长直线划沟状，较严重。　罔３　ＤＣ０１边部翘皮缺陷组织形貌　对翘皮处裂纹处进行能谱成分分析，结罘　见图４，其成分仅有Ｏ、Ｆｅ，证明翘皮裂纹下夹　杂物仅为铁的氧化物。　ａ　ＳＰＣＣ钢带　ｈ　ＤＣＯＩ钢带　图１　冷轧基板边部翘皮宏观形貌特征　２－３边部翘皮缺陷微观特征　ａ截面形貌　ｂ能谐成分分析　ＳＰＣＣ试样缺陷典型部位横截面的金相微观　图４冷轧基板翘皮处夹杂物ＥＤＳ　裂纹附近区域呈现出点状的氧化质点特征，　见图５，经能谱尺寸比对，ＳＰＣＣ氧化质点尺　寸＜１　ｍ，ＤＣＯＩ氧化质点尺寸在１～２　ｍ。　形貌见图２，直线状的翘皮逐步从表层的基体演　变为平行于表面的裂纹，严重翘起部位折叠于　钢卷表面，翘皮部位一侧始终与基体相连。裂　纹深度约２０～３０　ｍ，裂纹处填充有灰色的夹　杂物，经能谱成分分析灰色夹杂物为氧化铁，　裂纹处块状的氧化铁破碎特征明显。　５　冷轧基板翘皮缺陷附近氧化质点形　貌及尺寸　图２　ＳＰＣＣ边部翘皮缺陷组织形貌　ＤＣ０１试样缺陷典型部位横截面的金相微观　组织形貌见图３，翘皮缺陷裂纹深度４０～　３　冷轧基板边部翘皮成因分析　３．１概述　本文中的翘皮缺陷均发生在钢带边尾部，　２０１８年第２期　陈胜潮，等：冷轧基板翘皮缺陷成因分析　２７　且距离边部的距离基本上保持固定，缺陷微观　率。柳钢的减宽、等宽和小宽展展宽轧制翘皮　比例较低可能受减宽量规律的影响大，但三者　只占厂内翘皮缺陷量总比１．９％，而一般的减宽　量下，厂内翘皮比例未展示出正态分布的高值　趋势，以上表明减宽量对柳钢冷轧基板边部翘　特征显示翘皮一侧与基体相连接，整个钢带多　个同类翘皮缺陷在整个轧制方向呈不连续直线　状，与氧化铁皮压入特征有较大差异，可见由　氧化铁皮连续压人造成的可能性较小『３１。当含有　较多“气孔”缺陷的连铸坯，在轧制变形过程　中未被消除，随中间坯侧边“上翻”到带钢边　部，导致表皮翘皮缺５台【　，该类缺陷宏观形貌　皮产生了直接或间接的影响，但不是主要的影　响因素。　呈多条流星状微观裂纹呈“八”字形【　，不具　备本文连续直线状分布的特征。热轧生产过程　的划伤，产生时温度较高往往发生二次氧化，　微观金相分析裂纹处氧化铁皮不会出现严重的　破碎【　，热轧粗轧立辊划伤缺陷造成边部“亮　线”有１条或多条贯穿整卷的长度不等线状缺　陷，部分裂纹处的组织有氧化质点　，划伤和氧　化铁皮分布和缺陷形貌与本文中翘皮特征有区　别。可以推断以上原因均不是本文中研究的翘　皮缺陷的主要成因。　３．２减宽量的影响　将热轧轧控制宽度与坯料计划尺寸的宽度　差由负值到正值，分别定义为减宽、等宽和展　宽轧制，由于铸坯实际尺寸均按计划尺寸正偏　差控制，３种控宽方式轧制过程均可能存在“减　宽量”，在坯料尺寸相对稳定的前提下，减宽量　逐级递减。通过大量的生产数据统计分析，确　定了冷轧基板控宽模式与翘皮比例的关系曲线　（见图６）。热轧展宽模式生产冷轧基板钢带翘皮　比例最高（见图６ａ），统计结果显示，柳钢　９８．３％的翘皮出现在展宽模式中。展宽量较小时　（对应减宽量较大）翘皮比例低（见图６ｂ），但　随着展宽量的增加，翘皮比例呈不规律波动。　研究［４１表明，减宽量很小或很大时，翘皮缺　陷发生几率较低，而在中间值时发生几率较高，　分析原因为立辊大减宽量能在一定程度上缓解　立辊控宽“狗骨”形的产生，降低翘皮缺陷出　现几率，一般减宽量轧制时“狗骨”突起部位　尖锐且冷却快，在轧制时易发生局部撕裂，很　小的减宽量不易发生局部撕裂降低缺陷出现几　兽　＿　曩　麓一　ｌ¨　§６　］　｜｜｜　誊　　｜董曩　量　　，　：Ｌ　羹ｇ　。　／　薯善毒　肇　　。ｌ｜　　减宽　等宽　展宽　热轧展宽量／ａｒｍ　ａ热轧控宽模式　ｂ热轧展宽量　图６热轧控宽与翘皮比例的关系曲线　３．３轧制温度的影响　对２０１７年１～１０月冷轧基板的轧制温度进　行统计分析，结果显示，翘皮缺陷卷与正常卷　的较大差异在精轧入口平均温度，缺陷卷较正　常卷均值低　１７℃。通过大量数据统计分析，　柳钢的精轧入口温度控制均低于二线，而翘皮　比例高于二线（见图７）。带钢边尾部降温较中　心部位降温快，轧制中心主体温度低，容易导　致带钢边尾部温度低。　Ｅ至　—＝　＼　丑　鼎　日期　图７　２０１７年１～ｌ０月热轧产线翘皮比例　使用热卷箱能改善带钢的温度分布的均匀　性，降低带钢头尾的温差。热轧厂投用热卷箱　和不投用热卷箱工业比对试验表明，冷轧基板　投用热卷箱能有效降低带钢边尾部出现概率。　２８　柳钢４翘皮缺陷形成机制分析　（１）从翘皮缺陷宏观形貌观察，冷轧基板　边部翘皮缺陷多发生在边尾部，距离边部位置　固定，约在３０　ｍｍ内，缺陷部位是带钢生产过　程降温最快温度最低的位置，结合工艺参数状　况分析，２０１７年柳钢边部翘皮卷精轧人口温度　控制在１　０２２　ｏＣ，缺陷卷精轧人口平均温度较正　常卷均值低ｌ７℃，Ｔｉ—ＩＦ钢板的轧制主体温度　一般应在９１５℃以上，由于其边尾部温降大温　降速率快，温度降至Ｔｉ—ＩＦ钢的Ａｒ　温度以下的　几率增大，在两相区发生轧制变形，产生不同　的微观组织翻。生产试验验证热卷箱均匀带钢尤　其是边尾部温度的作用显著，能有效降低该类　缺陷出现的几率验证了轧制温度的影响。　（２）从翘皮缺陷微观形貌观察，冷轧基板　边部翘皮缺陷从表层向基体延伸形成裂纹，裂　纹有一定深度，大量的氧化铁皮严重压破碎，　裂纹前沿小范围弥散分布氧化质点，以上表明　裂纹由于带钢边部金属非均匀流变导致。平轧　道次的厚度压下使轧件向前形成延伸，向侧形　成宽展，而表面金属因与轧辊接触而产生摩擦　力，表面和内部金属的变形差最终导致角部金　属上翻，平轧时角部金属成拉应力状态，在生　产中可能诱发轧制缺陷嗍。冷轧基板中间坯边角　部温降大，高温塑性急剧下降，加上立辊减宽　板型易形成“狗骨”，　“狗骨”凸起部位冷却速　度较平轧面更快，使得角部金属上翻部位变形　抗力急剧增大，上翻过程金属不均匀流变形成　延轧制方向的翘皮。　图８立辊定宽“狗骨形”网格分布　（３）翘皮缺陷分析中，发现裂纹前沿均弥　散分布有氧化质点。氧化质点是高温缺陷中氧　化铁前沿氧扩散、析出的结果　。氧化质点生产　的工序范围始终存在争议，长期认为裂纹附近　科技　２０１８年第２期　的氧化质点仅在连续结晶器和加热炉工序才可　产生，热轧阶段不可能产生氧化质点，美国钢　铁协会（ＡＬＳＩ）曾联合美国八大钢公司花费两　年对氧化质点形成机制进行研究１９　”，结果表　明，氧化质点可以推迟到热轧粗轧道次产生，　单纯金相检验不足以指出缺陷发生的缘由。武　钢　在实验室条件下测定荫罩框架冷轧薄板带钢　裂纹周围产生氧化质点的温度为９００℃左右保　温时间３　ｍｉｎ，而武钢热轧厂粗轧钢板出口中心　温度为９５０　ｃＩ＝，说明在热轧粗轧及之前阶段缺　陷具有形成氧化质点的条件。这一观点与美国　八大钢铁公司对“ＦｅＯ型条片状缺陷研究”报告　观点一致。国内研究【ｌ１］表明，通过氧化质点的尺　寸及形貌比较，可以判断其产生的工序，铸坯　源发裂纹加热炉保温模拟试验中，氧化氧化质　点尺寸可达１０　ｍ，而热轧加热轧制裂纹模拟　试验中，氧化质点在１　ＩＸ　ｍ左右，氧化质点尺　寸、层厚相差近一个数量级。本文翘皮缺陷微　观检测均在裂纹前沿部分发现氧化质点，氧化　质点分布层窄，大小较均匀，其中ＳＰＣＣ的尺　寸＜１　ｍ，ＤＣ０１在１～２　ＩＸ　ｍ，可见本文缺陷　的氧化质点从尺寸可以确定为热轧粗轧过程产　生，符合热轧工序粗轧过程产生的氧化质点保　温时间短、扩散不均匀的特点。　（４）从缺陷微观形貌观察，部分翘皮缺陷　处晶粒存在轻微的混晶，缺陷处晶粒度小于中　心，这是边角部表面金属出现两相区变形的特　征，两相区变形过程不同相晶界结合力不同，　不同相变形抗力不同，进一步导致侧面金属上　翻过程的变形不均匀。　通过缺陷宏观和微观特征分析，结合工艺　参数、工业试验分析，上诉原因不是单独作用　于冷轧基板带钢，而是多个原因夹揉相互影响，　最终导致文中翘皮缺陷的出现。但是热轧过程　精轧温度和金相组织微观特征反馈出中间坯边　角部温度温降大、温度低规律性最明显，是造　成冷轧基板边部翘皮的主要原因。　２０１８年第２期　陈胜潮，等：冷轧基板翘皮缺陷成因分析　２９　５结语　下两相区变形时，晶界结合力下降促进了角部金　（１）本文中的冷轧基板翘皮缺陷主要分布　属上翻不均匀。气温下降的季节，铸坯边角部温　在带钢边尾部，距边部固定位置，分布范围可达　降速率提升，无保温对应设备的轧线生产冷轧基　３０　ｍｍ，延轧制方向呈长直线状或断续直线状分　板此类缺陷出现几率增大。　布。翘皮发生率受减宽量一定的影响，但最主要　（３）保持连铸坯宽度定尺的稳定，合理优　还是中间坯边部温度温降大、温度低，高温塑性　化铸机计划宽度和热轧计划宽度的匹配度，合理　差，在精轧前温度不均匀导致边角部金属上翻过　优化粗轧各道次减宽量分配，稍许提升并稳定精　程流变不均匀导致。　轧入口温度，生产过程投用热卷箱，可以有效控　（２）冷轧基板边角部位在处于Ａｒ，温度以　制这类缺陷出现的位置和发生的几率。　参考文献　１白小波，顾欣荣．带钢表面翘皮缺陷与板坯缺陷对应性关系研究．见：中国金属学会．第七届（２００９）中　国钢铁年会论文集．北京：冶金工业出版社，２００９．３～４０５　２王景林，白印军，步凯，等．邯钢热轧卷板麻面和翘皮问题的解决．轧钢，２００５（５）：６０～６２　３王国栋，朱鲁玲，张作贵，等．热轧钢板表面翘皮缺陷分析．物理测试，２００９（１）：４６～５１　４武彩虹，韩静涛，刘靖，等．热轧带钢边部“翘皮”缺陷分析．塑性工程学报，２００５（６）：２３—２５　５庞启航，唐荻，赵爱民，等．热轧钢板表面翘皮缺陷的形成机制及控制．轧钢，２０１４（６）：９～１１　６郭晓波，钟莉莉，刘跃华．冷轧板常见表面缺陷特征及成因分析．鞍钢技术，２０１１（６）：３７—４２　７高文芳．冷轧薄板表面缺陷研究．炼钢，２００６，２２（３）：２２～２５　８陈韧，刘立文，李梦炜，等．粗轧板坯侧翻变形的数值模拟．中国冶金，２００７（８）：２９～３２　９高文芳，颜正国，宋平，等．荫罩框架钢冷轧薄板边部线状缺陷研究．炼钢，２００３，１９（１）：３１～３６　１０彭凯，刘雅政，谢彬．等温条件下氧化圆点的生成行为．炼钢，２００７（６）：５５～５７　１１彭凯，刘雅政，谢彬．硅钢裂纹处氧化圆点及脱硅现象的实验研充北京科技大学学报，２００７（１１）：　】０８６～】０９０　＋一一。一‘＋一＋。一‘一‘＋　；专利信息｛　Ｌ一一＋～～一＋～．＋　转炉烧结矿整粒工艺及转炉用烧结机筛分整粒机　专利号：２０１４１０２８５３２１．０　其优点是使用６～１０　ｍｍ烧结矿做转炉吹炼冷却　专利类型：发明专利　剂，在吹炼过程中氧化时间缩短，冷却效果较理想，　发明了一种转炉烧结矿整粒工艺及转炉用烧结机　在加速石灰溶解，减轻炉渣返干程度，提高钢水收得　筛分整粒机。转炉烧结矿整粒工艺：筛分、选取粒级　率，降低氧气消耗等方面均比大颗粒烧结矿和返矿效　为５　１１　ｍｍ的成品烧结矿为吹炼冷却剂；当筛分量　果好，减少烧结矿的重复加工。该技术能改善烧结矿　小于转炉用料时，全部运送到转炉用料缓冲仓；当大　粒度组成，在为转炉提供满足其物理化学性能要求的　于转炉用料时，将多余的运送到成品系统。转炉用烧　烧结矿的同时，实现烧结矿利用的有效性和生产效益　结机筛分整粒机，采用两级筛（第一级筛筛孔为７～５　最优化。　ｍｍ，下部第二级筛筛孔为９～１１　ｍｍ）。　（柳钢科协供稿）