生產的黑皮鋼材常常存在一些表面缺陷, 對于直接下料鐓鍛的用戶, 其質量異議中表觀質量缺陷占到80%以上, 廠內渦流探傷檢驗中, 一次合格率不足75%, 不合格料需要反復修磨、探傷、組坯, 給生產帶來極大困擾。因冶煉、加工兩個環節產生的缺陷各有其特點[1], 本文結合加工生產中出現的缺陷形貌及理論分析, 對棒材表面加工缺陷的產生進行歸類總結。
1 生產工藝
撫順特殊鋼股份有限公司連軋廠熱軋棒材生產主要的工藝路線為:電爐→精煉→連鑄 (200 mm×200mm或240mm×240mm方坯) →軋制 (13~90mm圓鋼) 。該生產線主要設備:60tUHP電弧爐、LF爐、VD爐、四流弧形連鑄機、端進側出步進梁式加熱爐、24架連軋機組。
在渦流探傷不合料中隨機抽取30~90 mm圓鋼進行酸洗、角向局部修磨等, 對渦流探傷不合的噴油標記并進行記錄統計。
2 缺陷分析及控制措施
2.1 折疊
折疊缺陷是在軋制過程中產生的, 圖1為表面折疊缺陷引起裂紋的典型形態, 裂紋多與鋼材表面成15°~75°角, 尾部圓鈍, 兩側輕微脫碳或無脫碳, 內有氧化鐵皮, 開口度較寬。典型折疊缺陷酸洗后表面多呈雙道平行線狀, 在整支鋼材上通分布。生產中也存在單道的折疊缺陷, 往往與鑄坯原始裂紋混淆, 但鑄坯原始裂紋因為經過高溫加熱, 高倍下裂紋兩側脫碳往往較嚴重, 如圖2所示。
產生折疊的主要原因是成品之前的軋件有耳子, 其次, 在軋制過程中各個道次所產生的飛邊、嚴重的刮傷, 以及輥環破壞、輥槽嚴重磨損等情況, 都可以使成品表面產生折疊;另外, 如坯料存在嚴重缺陷, 清理不當也可能造成折疊。因此, 減少或避免折疊的主要措施有:合理設計孔型, 準確估計寬展, 精確調整輥槽和導衛位置, 減輕或消除成品前軋件的耳子、飛邊、刮傷等缺陷, 仔細清理坯料表面的嚴重缺陷。
棒材結疤缺陷的產生與鑄坯原始表面質量、軋制操作、軋后頭尾剪切及設備狀態等密切相關。結疤缺陷雖然形態各異, 但相對于裂紋、折疊等隱性缺陷, 屬于較為直觀的缺陷, 易于分析和定位其產生環節。
圖3所示的小結疤缺陷是在渦流探傷后發現的, 回查當時的生產條件發現:該批鋼材因除鱗水堿度過高, 造成除鱗噴嘴堵塞, 除鱗效果不佳, 表面氧化鐵皮殘留較多, 一些粘連在鋼坯表面的氧化鐵皮軋后即在鋼材表面出現不連續的小結疤[2];此外, 還會造成大量的麻坑缺陷。因此, 保證除鱗水水質、定期清理和維護噴嘴可減少該類缺陷。
圖4所示結疤缺陷多產生在鋼坯頭尾部, 是連鑄坯火焰切割產生的火切殘余物在軋制過程中粘附在鋼材頭尾部位, 進行頭尾剪切時未完全切凈產生的。因此, 連鑄坯分定尺切割時需保證切割質量, 盡量減少殘留物。使用助燃劑等補充火焰切割槍的熔斷能力、軋后適當增加切頭尾長度是控制此類缺陷的有效措施。
圖5所示坯料的角部磨損產生于連軋廠加熱爐內。連軋廠加熱爐為端進側出步進梁式加熱爐, 出爐采用固定于爐墻探入爐內的懸臂輥方式出爐, 出爐操作步驟為動梁帶料抬起、向前運動、動梁下降 (鋼坯放置在懸臂輥上) 、轉動懸臂輥出爐。定梁高度與懸臂輥上輥沿平齊, 如裝料過密或者鋼坯偏斜, 則轉動懸臂輥出爐前一支鋼坯時, 后一支鋼坯的下表面也被懸臂輥輥沿反復摩擦, 出現如圖5所示的坯料損傷, 后續軋制即出現大片結疤缺陷。
圖6所示的壓入型單點深坑, 也可歸為結疤類缺陷, 這種缺陷多產生于鋼材近頭部位置。連軋廠軋機的前6架粗軋機為平立交替箱方型孔型系統, 入口采用滑動導衛, 軋件順利咬入和穩定軋制而不發生扭轉依賴于入口導衛和上輥環之間的夾持力, 因此入口導衛與上輥環間距應與前架次軋件尺寸一致。軋件出平軋機后頭部上揚、平立軋機軋制線對中不好、入口導衛過高都會導致在咬入瞬間坯料頭部被軋機輥環輾起鐵角子, 粘附在軋件表面, 在后續生產中繼續軋制、脫落后即會造成這種缺陷。在生產中, 尤其是變換鋼種和坯型時, 適當調整滑動導衛的高度、規范粗軋道次軋件尺寸可以減少這種缺陷。
鋼材表面劃傷完全是一種加工缺陷, 劃傷漏檢可能造成用戶使用過程中的表面開裂, 尤其是用戶冷鐓使用時危害更大, 往往造成批量性廢品。
其主要產生于鋼材軋后的輸送輥道及通道側壁部位。由于輥道軸承抱死、鐵皮等異物卡死導致輥道停止轉動, 通道側壁立輥調整不當或連接處突出, 這些不動的硬點與運動著的紅熱鋼材相接觸即產生劃傷, 這種劃傷往往較淺, 如圖7所示;另外還有一種較為嚴重的劃傷, 是產生于軋機入口導衛夾板及出口導管處, 由于導衛導管安裝或對中不當, 鋼材經過時產生劃傷。要杜絕劃傷需要從設備定檢維護、報警裝置使用、軋鋼工定期對軋機導衛巡檢等方面入手。
輥傷產生于有缺陷的旋轉部件處, 可能是軋機軋輥、滾動導衛輥、通道地輥、通道側立輥、矯直輥等處。輥傷的最主要特征是在棒材的長度方向上呈規律性分布, 缺陷以固定的長度周期出現, 圖8為典型的矯直輥傷。
發生堆鋼事故后要對軋輥和導衛輥表面進行確認, 查看是否粘附著鐵皮;對于變形抗力較大的高合金品種應切除頭部, 避免頭部冷卻快產生的硬點損傷軋輥, 軋后應檢查軋輥表面是否存在硬傷凹坑;軋后勤取小樣, 小規格材取小樣的長度應適當加長, 酸洗后勤檢查可以及時發現輥傷, 根據輥傷分布規律及時找出產生的位置, 可以減少輥傷廢品量。
2.5 其他表面缺陷
2.5.1 褶皺
褶皺缺陷表現為鋼材表面縱向多條堆積狀缺陷, 深度不等, 見圖9。在成品鋼材上多與成品孔型的輥縫位置相對應, 褶皺與孔型的使用狀況及孔型結構與軋制變形有關, 輕微的褶皺不會對鋼材的使用產生不良影響, 嚴重的褶皺缺陷同裂紋等一樣深入鋼材表面, 形成嚴重缺陷, 漏檢后會影響客戶使用。
因此控制孔型的使用壽命、過鋼量、合理的孔型設計是解決熱軋棒材表面褶皺缺陷的主要手段。
2.5.2 中間坯料角裂
在連軋生產環節中, 連鑄坯加熱工藝制度對軋材表面質量有重要的影響;生產過程發現的另外一種較為典型的缺陷如圖10~圖12所示, 缺陷的產生與加熱工藝相關。加熱時預熱段溫度與鋼坯熱狀態不匹配, 易使原始晶粒粗大塑性差的鋼坯產生裂紋。
對于冷坯加熱的情形, 因為存在鐵素體/滲碳體→奧氏體轉變, 該轉變將導致鑄坯表面產生拉應力, 故在該相變溫度附近不能過快加熱 (加熱速率不高于4℃/min) , 否則就容易產生表面裂紋。對于鑄坯熱送熱裝的情形, 由于在表面和內部可能同時存在兩個相反的相變過程 (鐵素體/滲碳體奧氏體轉變) , 這使得鑄坯表面的應力狀態更為復雜, 因而更易產生表面裂紋。只有當入爐溫度遠離相變溫度范圍, 才能有效避免表面裂紋的產生。對于熱送鋼種, 應避開裂紋敏感溫度區間進行裝爐, 即不高于600℃裝爐。
2.5.3 過燒、拉裂
高合金工具鋼、高碳鋼對加熱溫度較為敏感, 易出現過燒裂紋, 鋼材表面表現為橫向裂口, 裂口邊緣粗大、有氧化色, 見圖13、圖14。嚴重者甚至在軋制中即斷為幾節, 嚴格來講應屬于一種軋制質量事故。通過制定合理加熱工藝制度、軋機主線出現故障時候及時調整加熱溫度可以減少過燒及低溫拉裂事故。
通過分析和總結上述生產過程中出現的缺陷, 撫順特鋼連軋廠針對不同缺陷及時采取糾正預防措施, 大大提高了軋材表面質量, 渦流探傷一次合格率提升10%以上。
