荫罩框架钢冷轧薄板边部线状缺陷研究

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talongtheedgesofthestripisoneofthesurfacedefectsthataffectthequalityofthecoldrolledstripformakingshadowmaskandchassisofTVsets.Baseduponacomprehensiveinvestigationintotheoperationprocessesandproductionfacili—tiesanin—depthstudyonthemacroandmicrocharacteristicsofthedefectaswellasontheformingmechanismoftheroundoxidepointinthesliver,Resultsindicatethatasliverdefectalongtheshadowmaskandchassissteelstripcomesintobeingstepbystepasfollows=roughhotrollingofthehightemperatureslabgoingthroughtheedgercausesscratchesonthesur—faceoftheslab.Somescalesaresubsequentlyrolledintothescratchesduringthefollowedcoldrolling.Thepercentageofthecoilwithdefectsdropssharplydownfromtheoriginal85%tobelow7%assoonassoonassomeeffectivemeasuresaretaken.Keywordsshadowmaskan dchassissteelcoldrolledstripsiverdefect1前言边部线状缺陷是影响荫罩框架钢冷轧成品质量的表面缺陷之一.该缺陷主要分布在板材宽面两侧距边部501Tlrn以内,长短不一,贯穿于整卷板长,缺陷卷比例高达85%以上,导致产品无法正常交货.由于要采取加大切边量的办法完成定货合同,不仅给生产组织带来很大困难,同时成材率明显下降,直接影响了产品的市场竞争力.为了防止荫罩框架钢冷轧板边部的线状缺陷发生.本研究对荫罩框架钢生产工艺,设备进行了全面调研,对缺陷宏,微观特征以及缺陷中氧化圆点形成机理做了深入的分析研究,弄清了缺陷成因.在此基础上,通过采取有效措施,不仅使荫罩框架钢冷轧板边部的线状缺陷下降92%以上.同时,其他钢种的同类缺陷也大幅降低.使板材产品的实物质量明显提高,综合经济效益和社会效益显着.此外,关于缺陷形成机理的研究,对钢板表面缺陷成因分析具有指导意义.2缺陷成因荫罩框架钢冷轧板边部线状缺陷的宏观特征是:在冷轧成品板宽面两边,距边部501Tim以内有1条或多条宽约11Tim左右,长度不等且沿轧向贯穿整卷板长的线状缺陷(主要在下表面).缺陷在钢板表面的分布情况(见图1).该缺陷在自联系人:高文芳,教授级高工,湖北省武汉市(430080)武钢技术中心工艺所-32?炼钢第19卷然光下观察呈发亮状态.所以,也称之为”亮线”.其主要微观特征是板面观察呈折叠状,有裸露的氧化铁(被还原).磨制后,缺陷处有凹坑和碎块状氧化铁(见图2).在有些试样中还观察到少量氧化物夹杂和氧化圆点.可见,从缺陷的宏,微观特征看,既有轧钢缺陷特征(氧化铁压入),又有炼钢缺陷特征(氧化物夹杂),而关于氧化圆点,长期以来,一直是炼钢工序和轧钢工序在缺陷成因判断中的争论焦点.因此,要准确判断荫罩框架钢冷轧板边部线状缺陷成因,首先应弄清缺陷部位氧化圆点的形成机理.:/zm左右.主要由FeO组成,经常有MnO,Si02伴随存在_1J.由于氧化圆点是在较高温度下形成.所以,在钢板表面缺陷成因分析中,通常把缺陷部位是否存在氧化圆点,作为判别缺陷是在炼钢还是轧钢工序形成的依据之一.即在缺陷部位发现氧化圆点,则认为缺陷产生于炼钢工序.这一观点是否对所有钢种都适用?荫罩框架钢氧化圆点形成机理如何?尚无资料报道.对框架钢冷轧板边部线状缺陷的金相和电子探针分析结果表明,在有些试样中观察到少量细小氧化圆点.因此,对框架钢氧化圆点的形成机理进行了专门研究.目的是为框架钢边部线状缺陷成因分析寻找理论支持.用线切割法在框架钢试样上预制宽0.3mm,深1ITIITI,3mm裂纹,在一定加热温度和保温时间(大气气氛)条件下进行实验室研究,观察倍数500倍.初步结果见表1.距板边距离/ram图1冷轧板表面”亮线”缺陷在板面分布规律表1氧化圆点实验室研究结果a板面形态b板面磨制,抛光后的形态(低倍)C板面磨制,抛光后的形态(高倍)(氧化铁)图2试样缺陷部位的形态和成分板面存在不连续折叠并有裸露的氧化铁(已被还原)2.1氧化圆点形成机理氧化圆点是高温下缺陷中氧化铁前沿氧扩散,析出的结果.这些析出物呈固态,典型尺寸1温度PC保温时间/min氧化圆点形成情况由表1可知,框架钢氧化圆点的形成温度大约在900℃以上.经实测热轧厂轧制框架钢时,在热轧厂粗轧机第四机架出口的钢板中心温度为950℃左右,钢板边部温度为900℃ 左右.所以,在热轧厂粗轧机第四机架之前形成的缺陷均具有形成氧化圆点的可能性.这一结果与美国8个钢铁公司关于”FeO型条片缺陷研究”报告中指出的氧化圆点可推迟在热轧厂粗轧机第一机架产生的在WCP钢上却未发现同类缺陷.从两种钢的生产工艺看:WYK一1和WCP钢的化学成分相近,冶炼工艺基本相同.所不同的是冷轧前WCP钢要进行切边处理,而WYK一1钢则不切边.因此,框架钢边部缺陷与钢液洁净度水平无直接关系.2.2.2连铸坯质量对连铸坯的凝固组织和表面质量分别进行低倍检验和磁粉探伤检测.旨在了解铸坯上是否存在与钢板边部线状缺陷有对应关系的组织缺陷.表3是铸坯低倍检验结果.表3铸坯低倍检验结果由表3可知,连铸坯上没有发现与钢板边部线状缺陷有对应关系的铸坯缺陷.此外,连铸坯表面的磁粉探伤检验,也未发现与钢板边部线状缺陷有关的表面及次表面裂纹缺陷.然而,在后续工序的跟踪过程中,热轧原板和冷轧成品上,却均存在不同程度的线状缺陷.说明连铸坯质量与钢板边部”亮线”也无直接关系.2.3热轧工艺与线状缺陷的关系在排除了连铸坯质量与冷轧板边部线状缺陷有直接关系后.对热轧工艺及设备进行系统分析,调研后认为:分布规律极强且具有明显高温氧化特征的冷轧板表面线状缺陷可能与热轧过程中客观存在的某种系统因素有关.如热轧粗轧工序采用的是带侧压轧制工艺.那么,在轧制过程中,钢坯边部两侧形成的”狗骨头”形状是否会在随后的轧制过程中形成线状缺陷而遗传到冷轧板表面?为此,在热轧厂进行了带侧压轧制和自由轧制对比试验.此外,为了进一步考察连铸坯表面质量与冷轧板表面线状缺陷的关系,对送带侧压轧制的连铸坯进行剥皮处理(上下表面对称边部100rnin宽,3～4mm厚).试验过程中,分别在粗轧机出口,冷轧酸洗前取样.观察统计其表面质量情况,并对有关缺陷的微观特征进行分析检验.2.3.1粗轧板表面质量缺陷在钢板表面的发生规律及分布见图3,4.采用电子探针,能谱仪以及特征X射线与扫描等方法对缺陷表面,截面形貌进行定性(量)分析,分析结果见图5,6.结果表明:(1)在粗轧板表面(下表面)距边部50rllin以内(两侧)均发现一条或多条与轧向一致的线状缺陷;(2)采用自由轧制后粗轧板表面线状缺陷少于正常轧制;(3)连铸坯剥皮,翻面后,线状缺陷的发生并未减少;上表面下表面工作侧传动侧头部尾部正常轧制自由轧制部位及工艺图3粗轧板表面”线状”缺陷发生规律?34?炼钢第19卷353025瓣20享15越1050一_..I.10～1011～2021～3031～4041～5051～距边部距离/ram图4粗轧板”线状”缺陷在板面上的分布a酸洗前的形态(划伤痕迹)b酸洗后低倍的形态(沟槽)c酸洗后高倍的形态(沟槽)d截面形态及成分(沟槽中存在氧化铁)e截面腐蚀后的形态(无晶界氧化)图5缺陷的形态(划伤及扩展裂纹)(4)缺陷的主要微观特征呈沟槽状,有明显的机械损伤痕迹,沟槽内有氧化铁.少数截面试样的沟槽延伸前沿可观察到少量氧化圆点.还有少量缺陷与折叠有关.b图6粗轧板3号样磨制后沟槽中存在块状氧化铁由此可以得出以下初步结论:(1)连铸坯剥皮,翻面后,线状缺陷的发生并未减少,再次证明冷轧板表面”亮线” 与连铸坯表面质量无直接关系:(2)采用自由轧制后粗轧板表面线状缺陷少于正常轧制,说明该缺陷可能与轧制方式存在某种直接或间接关系:(3)从缺陷的分布规律和微观特征看,粗轧板表面线状缺陷与冷轧板表面”亮线”非常相似.说明冷轧板表面”亮线”很可能是由粗轧板表面线状缺陷演变而来;(4)在热轧粗轧工序存在机械损伤源.2.3.2热轧原板表面质量热轧原板(冷轧酸洗前取)线状缺陷发生及分布规律(见图7,8)与粗轧板完全一致.缺陷的微观特征(见图9,10,11)与粗轧板也一样,均为线状沟槽.所不同的是钢板在经过多道次轧制后,沟槽两边延展后形成折叠形态,折叠皮下为埋入的氧化铁和后续氧化形成的氧化铁,后续氧化形成的氧化铁其氧化程度较轻.在个别试样中观察到少量氧化圆点和氧化物夹杂.试验结果进一步证明,冷轧板表面”亮线”是由粗轧板表面线状缺陷演变而来.3缺陷形成机理沿钢板轧向分布的细线状或条片状,带状线状缺陷是当今超低碳冷轧板上比较常见的表面缺慧～獬一眦.㈨%∞如Ⅲ n0m～第1期高文芳等:荫罩框架钢冷轧薄板边部线状缺陷研究?35?嚣喜羹2-80.■.■.一l_l_一.1工作侧传动侧上表面下表面头部尾部常规轧制自由轧制部位及工艺图7酸洗前热轧板”线状”缺陷发生规律6050睡}40划3020卷100图8酸洗前热轧板”线状”缺陷在板面上的分布规律b图9板面观察,19号试样酸洗后缺陷部位的形态(深沟,双边折叠)图10截面观察,缺陷部位的形态(折叠,皮下氧化铁)陷,统称为sliverdefects.各厂因检测方法不同对缺陷的叫法亦不同[2,31.有钢板表面质量在线检测设备的厂家,在检查灯下观察,称之为”黑线”或”白亮线”的线状缺陷,在自然光下观察时,其颜色正好相反.在我国和俄罗斯等国,因大多数轧钢厂无钢板表面质量在线检测手段,通常是a板面形态b截面形态(皮下氧化铁)c截面尾端的形态(极少量氧化原点)图11缺陷部位的形态(折叠)在自然光下观察钢板表面质量.所以,国内对这些线状缺陷的叫法与美国内陆,韩国浦项等钢厂相反.目前,关于”黑线”缺陷的形成机理比较清楚,主要与连铸工艺有关l40J.而”亮线”的成因判断则难度很大.首先,缺陷在钢板表面的分布规律不同形成机理亦不同.其次,用肉眼观察时,很容易将其与冷轧工序形成的酸洗划伤和平整,剪切划伤缺陷混淆l8j.还可能与轻微”黑线”混淆.当这些因素交织在一起时,仅凭缺陷的微观分析很难准确判断缺陷主要成因.因此,必须全面了解生产工艺和设备状况.同时,应密切关注缺陷的物理特征,总的尺寸和特定的位置等因素.这对缺陷成因的准确判断至关重要.本研究框架钢冷轧板边部线状缺陷成因调研结果表明:(1)该缺陷与钢液洁净度水平和连铸坯表面质量无对应关系.至于个别试样中观察到氧化物夹杂的原因,很可能与连铸过程中,结晶器内的非正常操作有关.如在连铸结晶器液面控制的使用效果不太稳定,液面波动幅度较大,特别是水口突然全开引起的结晶器液面涨冒现象,从结晶器内流体动力学特征分析,这种流场状况极易造成连铸坯边部卷渣.(2)热轧粗轧板和热轧精轧板表面线状缺陷与冷轧板表面”亮线”在板面的分布规律完全一致.其微观形态亦具有明显的遗传特征.热轧粗轧板和热轧精轧板表面线状缺陷主要微观特征均为线状沟槽,前者机械损伤特征明显,而后者在经过多道次轧制,沟槽两边延展后形成折叠形态,折叠皮下为埋人的氧化铁和后续氧化形成的一髓一眦星?36?炼钢第19卷氧化铁,后续氧化形成的氧化铁其氧化程度较轻.冷轧板表面”亮线”在板面观察也呈折叠状,有裸露的氧化铁(被还原).磨制后,缺陷处有凹坑和碎块状氧化铁.综上所棕,框架钢冷轧板表面”亮线”缺陷的形成机理是:钢坯在热轧粗轧工序机械损伤后,将氧化铁皮压人沟槽内,在后续的轧制过程中逐渐演变而成.4整改措施及效果针对缺陷成因,在对热轧粗轧机做全面的检查分析后,认为粗轧机立辊设计不合理是造成高温钢坯在轧制过程中机械损伤的主要原因.为此,对粗轧机立辊进行了改进设计和改造.立辊改造后的轧制试验结果表明,缺陷卷比例由85%大幅下降到7%以下,下降率为92%.此外,汽车板,管线钢等其它高附加值产品的同类缺陷也得到有效控制.使板材产品的实物质量明显提高.综合经济效益和社会效益显着.5结论(1)框架钢冷轧表面”亮线”缺陷与钢液洁净度水平和连铸坯表面质量无对应关系.个别试样中观察到氧化物夹杂与连铸过程中结晶器内的非正常操作有关.(2)框架钢冷轧板表面”亮线”缺陷的形成机理是钢坯在热轧粗轧工序机械损伤后,将氧化铁皮压人沟槽内,在后续的轧制过程中逐渐演变而成.(3)热轧粗轧机立辊设计不合理是造成高温钢坯在轧制过程中机械损伤的主要原因.(4)采取整改措施后,框架钢冷轧板表面”亮线”缺陷卷比例由85%大幅下降到7%以下,下降率为92%.汽车板,管线钢等其它高附加值产品的同类缺陷也得到有效控制.使板材产品的实物质量明显提高.综合经济效益和社会效益显着.参考文献1EmlingWH.LakshminarayanaBV.AnAISI—SponsoredCol—laborativeProjectonFeO—TypeSliverDefects.I&SM.2000.52TasiHT,SanlnlonW.J,HazehonD.E.CharacterizationandCountermeasuresforSliverDefectsinColdRolldProducts.Steel—makingConferenceProcedings,1990,733ShvartsmanZM.CherkasskiiR.I.SIlkhoverkhovYu.N.AnInvestigationoftheReasonstheAppearanceof’’BrightBands”ontheSurfaceofStriponaCathodeRayTube.Stal,19864LinK.J,LuM.J,ChenCJTheRelationshipBetweentheLongitudinalCrackofSlabandtheSurfaceQualityofHotRolledStrip.Train,19945CurreyD,RasmussenP.Theeffectofsteelchemistryandpro—ceNschangesoncomercrackingandmechanica1.IronandSteelSociety,20006MarqueC.TheInclusionContentofULCProducts.SteelCleanli—nessandMouldThermalMonitoring.19937OhK.S,EffectofCCSlabDefectsonColeRolledProductsRe—searchInstituteofIndustrialScienceandTechnology(pohangCity)TechnicalResearchReport,19918中国金属学会编译.热轧,冷轧,热镀金属板带的表面缺陷图谱,2000(收稿日期:2002—06—08)采用TPCP技术开发高强度高韧性非调质棒钢在汽车和工业机械领域,为了降低成本和缩短加工时间而积极采用非调质钢.这种钢主要是把(C)=0.2%～0.5%的铁素体+珠光体钢用V(C,N)强化的钢,因其韧性低而使用受限.而贝氏体型非调质钢由于屈服比低,质量效应大而部件尺寸受到限制.为此,日本川崎制铁公司以超低贝氏体钢为基础,探讨了能克服原有的缺点并具有更高强度和韧性的非调质钢,开发出称为TPCP(then-no—mechanicalprecipitationcontrolprocess)的组织控制技术.TPCP的基本概念是选择显微组织的冷却速度极小的钢组织,用析出控制进行强度控制.用该方法得到的非调质钢,具有优良的强度一韧性匹配和切削性.用这种钢生产的M90mm大直径棒材,其屈服强度可达680MPa,抗拉强度可达810MPa;冲击值在300J/cm2以上,脆性断口转变温度为一40℃;旋转弯曲疲劳强度为450MPa,比SCM435淬火回火材还好;由于TPCP钢的显微组织中不存在硬质的渗碳体,所以其表面车削的工具寿命比SCM435轧材或经淬火回火材的都长;焊接时热影响区的温度上升.这种钢可以代替SCM435淬火回火材,在机械结构部件的生产过程中可以节能并降低成本.(刊辑)