汪先虎，姜洪剛，蔣艷菊

（本溪鋼鐵集團(tuán)有限公司棒線材研發(fā)所，遼寧本溪117017）

熱軋盤條表面結(jié)疤原因及對(duì)策

汪先虎，姜洪剛，蔣艷菊

（本溪鋼鐵集團(tuán)有限公司棒線材研發(fā)所，遼寧本溪117017）

熱軋盤條表面結(jié)疤是盤條表面缺陷的主要組成部分，直接影響到盤條在下游工序加工的生產(chǎn)效率和成材率。對(duì)熱軋盤條常見的不同類型表面結(jié)疤進(jìn)行了歸類與分析，從連鑄和軋制工藝的角度，追溯了盤條表面結(jié)疤產(chǎn)生的原因，提出了相應(yīng)解決對(duì)策。

熱軋盤條；表面結(jié)疤；角部裂紋；振痕；皮下氣泡

本鋼集團(tuán)北營(yíng)公司自加大線材產(chǎn)品開發(fā)力度以來，熱軋盤條表面結(jié)疤就成為困擾北營(yíng)公司產(chǎn)品質(zhì)量的主要問題，以2013年為例，各類結(jié)疤判廢量占盤條總判廢量的29.8%，因盤條結(jié)疤造成下游客戶拉拔斷絲而產(chǎn)生的質(zhì)量異議超過盤條總異議量的50%以上。因此，有效解決盤條表面結(jié)疤是提高北營(yíng)公司產(chǎn)品合格率、降低盤條質(zhì)量異議數(shù)量和比例的關(guān)鍵所在。

本文介紹了北營(yíng)公司熱軋盤條表面結(jié)疤常見的各類宏觀形貌及微觀形態(tài)，對(duì)其產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，同時(shí)提出了具體預(yù)防措施。

1　結(jié)疤的宏觀形貌與微觀形態(tài)

熱軋盤條表面結(jié)疤都是在軋制過程中直接產(chǎn)生的，盤條軋制完畢后，需經(jīng)過水冷箱來控制其吐絲溫度，由于冷卻水易在盤條表面有缺陷的部位殘留和盤條存在缺陷部位的抗銹蝕能力較弱，因此，缺陷部位一般均伴隨著不同程度的銹蝕現(xiàn)象［1］，體現(xiàn)在宏觀上，則在盤條缺陷部位，一般都有不同程度的紅銹存在。

表面結(jié)疤宏觀形狀復(fù)雜多樣，但從微觀形態(tài)來看，一般可分為有根結(jié)疤和無根結(jié)疤兩種類型。

1.1有根結(jié)疤

有根結(jié)疤一般集中在盤條中局部一圈或幾圈中出現(xiàn)，但也會(huì)單個(gè)出現(xiàn)，結(jié)疤大小不一，形態(tài)各異，常見的如圖1（a）所示，進(jìn)行高倍金相檢驗(yàn)時(shí)，結(jié)疤有根延伸至盤條基體，如盤條的碳含量較高，則伴有明顯的局部脫碳現(xiàn)象。從微觀組織形態(tài)來看，此類結(jié)疤裂紋可分為兩種：

第一種為單一的裂紋向基體延伸，形狀較為規(guī)則，裂紋兩側(cè)的組織基本一致，這是因?yàn)閮蓚?cè)鋼的基體在軋制及后續(xù)的冷卻環(huán)境一致，典型的微觀脫碳形態(tài)見圖1（b）所示。

第二種則為結(jié)疤本體向基體延伸，深淺不一，時(shí)而連續(xù)分布，時(shí)而單獨(dú)出現(xiàn)，結(jié)疤本體相對(duì)基體脫碳明顯，結(jié)疤本體形狀不規(guī)則，與基體連接處混亂不堪，見圖1（c）所示，常見的宏觀形貌見圖1（d）所示。對(duì)此類結(jié)疤取縱向樣，可以看出結(jié)疤部位相對(duì)于盤條基體的脫碳明顯或組織區(qū)別較大，這是因?yàn)榇祟惤Y(jié)疤與盤條基體相對(duì)獨(dú)立，在軋制冷卻過程中，冷卻速度與基體差別較大，導(dǎo)致顯微組織不同，見圖1（e）、（f）所示。

1.2無根結(jié)疤

無根結(jié)疤一般隨機(jī)地在盤條局部連續(xù)出現(xiàn)，形貌見圖2（a）所示。做高倍金相檢驗(yàn)時(shí)，盤條有明顯的壓入痕跡，且結(jié)疤一般無根，裂紋端部一般較為圓鈍，盤條基體未有明顯的脫碳現(xiàn)象，仔細(xì)觀察，結(jié)疤裂紋兩側(cè)的組織大小有細(xì)微的差別，見圖2（b）所示。

2　結(jié)疤產(chǎn)生的原因與解決方案

第一類有根結(jié)疤主要是由于鋼坯在連鑄過程中產(chǎn)生的缺陷造成的，其主要類型可分為三種：渣坑、氣孔和裂紋；無根結(jié)疤一般是因?yàn)殇撆鞅砻嬖谲堉魄按嬖诓羵蛎桃鸬摹?/p>

2.1渣坑

鋼坯表面凹凸不平，直接觀察鋼坯表面，可發(fā)現(xiàn)表層渣坑，但由于鋼坯表面存在一層厚厚的氧化鐵皮，部分渣坑較難發(fā)現(xiàn)，經(jīng)火焰清理后，較易發(fā)現(xiàn)的明顯渣坑如圖3（a）所示；此類渣坑也可能為皮下渣坑，有時(shí)可在低倍檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，如圖3（b）所示。表層渣坑較深，經(jīng)加熱爐未得到有效的燒除，或皮下渣坑經(jīng)加熱爐加熱后在軋制過程中暴露，即會(huì)在盤條表面形成1.1節(jié)中的第二種結(jié)疤，渣坑大小與深度直接決定盤條表面結(jié)疤的大小與分布狀態(tài)，如對(duì)此類結(jié)疤中的異物成分進(jìn)行進(jìn)一步的電鏡檢驗(yàn)，也會(huì)發(fā)現(xiàn)有連鑄保護(hù)渣的成分存在。

2.1.1產(chǎn)生原因分析

此類渣坑形成的原因?yàn)檫B鑄拉速、液面波動(dòng)較大，出現(xiàn)卷渣現(xiàn)象，或結(jié)團(tuán)的渣塊、渣條未及時(shí)挑出，偶爾帶入鋼坯形成的；不合適的浸入式水口深度、角度和保護(hù)渣都會(huì)形成鑄坯渣坑或夾渣。

2.1.2解決方案

保持連鑄過程恒拉速，減少液面波動(dòng)，保護(hù)渣渣塊或渣條應(yīng)及時(shí)挑出，另外，浸入式水口的深度要合適，角度要垂直，位置要對(duì)中，并選用適合本鋼種的保護(hù)渣。

2.2鋼坯裂紋

鋼坯裂紋種類較多，本文主要列舉橫向裂紋和縱向裂紋，這兩類裂紋均可能出現(xiàn)在方坯表面或皮下，如得不到有效清除，就會(huì)在盤條表面形成各種不同類型的結(jié)疤，嚴(yán)重的會(huì)使盤條在軋制過程中開裂，造成堆鋼等工藝事故。此類原因形成的結(jié)疤表現(xiàn)形式常為1.1節(jié)中的第一種結(jié)疤。

2.2.1橫向裂紋

此類鋼坯缺陷在各類鋼種中均有可能產(chǎn)生，常在方坯的角部位置出現(xiàn)，高碳鋼出現(xiàn)的概率要高一些。因鋼坯表面存在氧化鐵皮，表面裂紋不易發(fā)現(xiàn)。在對(duì)鋼坯表面清理后，可見明顯的角部橫裂紋，此類角部橫裂紋易產(chǎn)生在振痕較嚴(yán)重的部位，如圖4（a）所示；嚴(yán)重振痕下面極有可能存在圖4（b）所示的角部橫向裂紋［2］；此類橫向裂紋較易產(chǎn)生單個(gè)的大塊翹皮狀結(jié)疤，如圖4（c）所示；在軋制過程中也可以在中間坯軋件表面發(fā)現(xiàn)明顯的裂紋缺陷暴露，如圖4（d）所示。

（1）產(chǎn)生原因

保護(hù)渣粘度過低、較強(qiáng)的鋼坯一冷水冷卻速度或拉速不合理，鑄機(jī)振幅過大或振動(dòng)異常，均可使鑄坯表面的振痕加深，且在振痕下面出現(xiàn)橫向裂紋。

另外，由于中高碳鋼中的碳含量較高，鋼坯在二冷及后續(xù)的冷卻過程中，對(duì)冷卻速度較為敏感，當(dāng)鋼坯冷卻不均或冷卻過快時(shí)，會(huì)使鋼坯表層產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，在較大內(nèi)應(yīng)力的作用下，鋼坯較脆弱的晶界部位會(huì)產(chǎn)生開裂，表現(xiàn)在鋼坯表面、角部或皮下產(chǎn)生的各類橫向裂紋。

如鋼坯的表面橫向裂紋較深，在加熱爐加熱過程中未完全燒損去除，或皮下橫向裂紋如在加熱過程中暴露，最終也會(huì)形成各類表面結(jié)疤［3］。

（2）解決方案

對(duì)不同鋼種采用合適的保護(hù)渣、合理的拉速和鑄機(jī)振動(dòng)頻率、合理的冷卻制度等都是減少鋼坯表面裂紋產(chǎn)生的有效措施。另外，鋼坯在冷床冷卻過程中，避免激冷，坯垛堆放時(shí)，要緩冷，特別是在冬天生產(chǎn)期間，一定要做好廠房的保溫和坯垛的緩冷。

2.2.2縱向裂紋

通常低倍檢驗(yàn)中常發(fā)現(xiàn)皮下縱向裂紋，如圖5所示。此類皮下縱向裂紋如在加熱過程中暴露，就會(huì)產(chǎn)生盤條表面結(jié)疤，且常在盤條的局部位置，以連續(xù)成串的或單個(gè)方式存在，如對(duì)盤條進(jìn)行軸向方向連續(xù)取樣，可發(fā)現(xiàn)裂紋連續(xù)存在，見圖6所示。

（1）產(chǎn)生原因分析

由于結(jié)晶器使用時(shí)間過長(zhǎng)，銅管四角磨損嚴(yán)重，造成凹凸不平以及坯殼冷卻不均，結(jié)晶器保護(hù)渣的黏度及結(jié)晶器冷卻水不合理，或鋼液注流對(duì)鑄坯殼產(chǎn)生較嚴(yán)重的沖涮等原因，會(huì)使鋼坯在結(jié)晶器內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。

（2）解決方案

優(yōu)化結(jié)晶器結(jié)構(gòu)，結(jié)晶器銅管磨損后應(yīng)及時(shí)更換；結(jié)晶器、足輥、零段要準(zhǔn)確對(duì)?。贿x用性能良好的保護(hù)渣，保護(hù)渣的黏度要合適；浸入式水口要垂直、對(duì)中，深度合適；合理的澆注溫度與拉速等措施，可以防止此類裂紋產(chǎn)生。

2.3鋼坯皮下氣泡或針孔在加熱過程中暴露

此類缺陷較易在H08A、H08C、H08E及部分SAE等低碳、低硅含量鋼種中產(chǎn)生，表現(xiàn)在熱軋盤條上主要以塊狀的有根結(jié)疤出現(xiàn)，嚴(yán)重的會(huì)使盤條表面凹凸不平，甚至鋼坯從加熱爐出來經(jīng)除鱗后，即可發(fā)現(xiàn)紅坯表面有明顯的氣孔,見圖7（a）所示；粗軋后，中間坯暴露各類氣孔或裂紋，鋼坯低倍檢驗(yàn)結(jié)果表明，其皮下氣泡級(jí)別較高，見圖7（b）所示。經(jīng)氧氮分析，鋼中的氧含量也較高，在120× 10-6以上［4］。

此類原因造成的結(jié)疤常表現(xiàn)為有根結(jié)疤，和渣坑造成的結(jié)疤區(qū)別為，在結(jié)疤根部一般很難發(fā)現(xiàn)有保護(hù)渣成分存在，常以1.1節(jié)中第二種結(jié)疤的形式出現(xiàn)。

2.3.1產(chǎn)生原因分析

因H08A、H08C、H08E及低硅準(zhǔn)沸騰鋼生產(chǎn)過程中，為了保證化學(xué)成分，一般采用留氧操作，LF精煉鋼中活度氧目標(biāo)值在0.002 0%～0.003 5%之間，從而導(dǎo)致最終鋼中的全氧含量較高，一般在0.01%左右，如工藝控制不當(dāng)，鋼水脫氧不充分或在連鑄過程中保護(hù)澆鑄做的不到位，均易使鑄坯產(chǎn)生皮下氣泡，當(dāng)此類皮下氣泡離鑄坯表面較近時(shí)，鋼坯在加熱過程中致使氣泡暴露而氧化，最終使盤條表面產(chǎn)生上述結(jié)疤［5］。

另外，鋼中氫含量較高也能導(dǎo)致鋼坯皮下氣泡或針孔產(chǎn)生。

2.3.2解決方案

采取的措施如下：

強(qiáng)化脫氧手段，嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)爐下渣量，準(zhǔn)確控制鋼中的活度氧，LF精煉過程中，目標(biāo)活度氧不得超過上限值，且做好連鑄過程中的保護(hù)澆注，盡量降低鋼中的全氧含量。同時(shí)對(duì)硅含量有范圍控制要求的鋼種，鋼液中硅含量按中上限值控制。另外，采用干燥的入爐物料及耐材，可減少氫的來源。

2.4鋼坯毛刺或擦傷

如鋼坯本身存在毛刺（圖8（a）所示）或較嚴(yán)重的擦傷（圖8（b）所示），經(jīng)加熱爐與除鱗箱未得到有效去除，殘留在鋼坯上，經(jīng)軋制后必然產(chǎn)生塊狀結(jié)疤，此類結(jié)疤一般在盤條的某一局部位置連續(xù)出現(xiàn)，常為1.1節(jié)所描述的無根結(jié)疤。在軋制過程中軋件與軋線的工藝件產(chǎn)生異常摩擦或刮碰，也會(huì)產(chǎn)生此類結(jié)疤。

另外，此類擦傷也有可能在鋼坯的加熱爐內(nèi)因異常摩擦而產(chǎn)生。

對(duì)于此類結(jié)疤，應(yīng)盡量避免鋼坯在冷床冷卻過程中和倒運(yùn)過程中可能出現(xiàn)的擦傷，同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)鋼坯入爐前的檢查，對(duì)存在毛刺或擦傷的鋼坯應(yīng)及時(shí)清理或挑出。軋制過程中，經(jīng)常對(duì)軋線進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)軋件與工藝件有異常接觸應(yīng)及時(shí)處理。

2.5鋼坯在加熱過程中過熱或過燒

鋼坯在加熱爐中加熱，如局部過熱或過燒，會(huì)在鋼坯的晶界部位首先出現(xiàn)嚴(yán)重氧化現(xiàn)象，氧化部位在軋制過程中得不到壓合，也會(huì)產(chǎn)生結(jié)疤。這種情況較少出現(xiàn)，可通過控制鋼坯在爐加熱溫度和加熱時(shí)間得到有效解決。

3　結(jié)語

（1）熱軋盤條表面結(jié)疤宏觀形狀復(fù)雜多樣，從微觀形態(tài)可分為有根結(jié)疤和無根結(jié)疤兩種。

（2）有根結(jié)疤可綜合考慮結(jié)疤的宏觀形貌、微觀形態(tài)、金相組織、存在的部位與所發(fā)生的鋼種等因素，判斷是否為鋼坯氣泡、裂紋或渣坑等因素所造成，并可通過控制鋼液中的氣體含量或?qū)B鑄冷卻制度的優(yōu)化、保護(hù)渣保護(hù)效果改善等加以有效清除。

（3）無根結(jié)疤一般由于鋼坯（或中間坯軋件）毛刺、擦傷等原因造成，可通過對(duì)鋼坯自身存在的毛刺進(jìn)行入爐前清理，并對(duì)軋線易堆集異物的部位進(jìn)行有效吹掃等措施；同時(shí)在軋制過程中，避免軋件與軋線工藝件之間產(chǎn)生異常摩擦或刮碰，可消除或減輕該類缺陷。

［1］胡封軒,付軍紅，周桂蘭.高速線材表面結(jié)疤成因探討［J］.金屬制品,2006（8）：25-27.

［2］田華彥,張林濤，鄧安元，等.連鑄過程中振痕缺陷的分析及對(duì)策［J］.鑄造技術(shù),2008（5）:678-681.

［3］孟祥寧,朱苗勇,程乃良.高拉速下連鑄坯振痕形成機(jī)理及振動(dòng)參數(shù)優(yōu)化［J］.金屬學(xué)報(bào)，2007（8）:839-846.

［4］汪開忠,茆勇，陶永崗.連鑄準(zhǔn)沸騰鋼盤條表面缺陷原因分析及對(duì)策［J］.鋼鐵研究，2001（5）：27-30.

［5］趙賢平,李子林，李靜宇.82B盤條常見質(zhì)量缺陷分析［J］.金屬制品，2008（12）：34-37.

（編輯 袁曉青）

Causes of Scabs Formed on the Surface of Hot Rolled Wire Rods and Countermeasures for Treating Scabs

Wang Xianhu，Jiang Honggang，Jiang Yanju
（Steel Bars and Wire Rods Research Institute of Benxi Iron&Steel Group Co.,Ltd., Benxi 117017,Liaoning,China）

The scabs formed on the surface of hot rolled wire rods are the main part of the surface defects,which directly influences the production efficiency and yield for processing these wire rods in downstream process.So different types of common surface scabs formed on the surface of hot rolled wire rods were classified and analyzed.Then the causes leading to the formation of scabs on the surface of hot rolled wire rods were traced based on checking both continuous casting process and rolling process.Finally corresponding countermeasures for treating the scabs were proposed.

hot rolled wire rods;surface scabs;corner cracks;oscillation marks;pinhole under the surface

TG335

A

1006-4613（2015）03-0047-06

汪先虎，碩士，工程師，2003年畢業(yè)于燕山大學(xué)軋鋼機(jī)械專業(yè)。

E-mail:hyacinth2000wxh@126.com

2014-08-11