第３３卷第５期 ２０１１年１Ｏ月 甘肃冶金 Ｖ０１．３３ Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．，２０１１ ＧＡＮＳＵ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＹ 文章编号：１６７２－４４６１（２０１ １）０５－００１２－０３ 中厚板边部横裂纹产生机理研究 苏伯辉，张全通，张晓军，邓杭州 （河南省安阳钢铁集团公司第二炼轧厂，河南安阳４５５００４） 摘要：边部横裂是中厚板裂纹缺陷之一，其形成机理较为复杂。通过大量生产数据采集，把理论研究与当前热轧 工艺特点、设备状况、操作模式等相结合，分析产生板材边部横裂纹的具体原因，并最终形成综合性的解决方案，取 得了较好的效果。 关键词：边部横裂纹；冷却水；控轧工艺；延伸不均 中图分类号：ＴＧ３３５．５ １ 文献标识码：Ａ Ｔｈｅ Ｐｌａｔｅ Ｃｒａｃｋｉｎｇ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｆｏｒ Ｅｄｇｅ ＳＵ Ｂｏ－ｈｕｉ，ＺＨＡＮＧ Ｑｕａｎ—ｔｏｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｏ－ｊｕｎ，ＤＥＮＧ Ｈａｎｇ—ｚｈｏｕ （Ｓｅｃｏｎｄ Ｓｔｅｅ１．ｍａｋｉｎｇ ａｎｄ Ｒｏｌｌｉｎｇ Ｍｉｌｌ ｏｆ Ａｎｙａｎｇ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｌ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ａｎｙａｎｇ ４５５００４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｄｇｅ ｃｒａｃｋｓ ｉｓ ｔｈｅ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｄｅｆｅｃｔｓ ｐｌａｔｅ ｉｎ ｍｉｄｄｌｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｐｌａｔｅｓ，ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｓ ｃｏｍｐｌｉｅａｔｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｈ ｔｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｈｏｔ ｒｏｌｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｍｏｄｅ，ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｉｆｃ ｒｅａｓｏｎ ｆｏｒ ｐｌａｔｅ ｅｄｇｅ ｃｒａｃｋｉｎｇ Ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ａｎｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｗａｓ ｆｏｒｍｅｄ，ａｎｄ ｇｏｏｄ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｅｄｇｅ ｃｒａｃｋ；ｃｏｏｌｉｎｇ ｗａｔｅｒ；ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｒｏｌｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ；ｅｘｔｅｎｓｉｏｎｓ ｉｎｅｑｕａｌｉｔｙ １ 引言 热轧中厚板表面质量缺陷主要有裂纹、压痕、划 裂和皮下气泡，经过加热和轧制变形，这些缺陷不断 扩展破裂，最终在边部形成横裂。 （２）铸坯弯曲和矫直时边部形成横裂纹。 （３）铸坯边角区存在成分偏析和夹杂物，轧制过 程中边角区热应力、机械应力、相变应力较弱，同时， 铸坯存在过多的边角区裂纹、表面边部横裂纹，这些 裂纹在加热和轧制过程不断扩展。 伤、麻点、夹杂等。其中裂纹又可以分为星状裂纹、 纵向裂纹和横向横裂。与其它表面缺陷相比，裂纹 缺陷形成机理相对复杂，修复难度大，严重影响经济 指标和交货期。边部横裂是中厚板裂纹缺陷之一， 对中厚板边部横裂形成机理进行研究，并采取有效 （４）如果加热速度或加热温度不合适，钢坯加热 过程中有局部过热或过烧现象，在钢板边缘存在晶 粒粗大现象及密集析出夹杂物，这些夹杂物分布于 奥氏体晶界，降低了晶界强度，诱发裂纹。 （５）在热轧过程中，因为边角部冷却更快（轧制 时咬人速度慢，头尾部相对冷却水多）或有局部漏 水点，造成板材局部过冷，在轧制过程中，板带边部 延伸性能下降速度明显大于中心区，导致钢板边缘 撕裂形成横裂纹。 措施，对提高产品质量及成材率具有重要意义。 ２存在问题 安钢二炼轧（炉卷）的产品质量一直很稳定， ２０１０年初以来，随着品种、规格的拓宽，出现了大量 边部横裂纹缺陷产品，缺陷集中在上表面边部。这 些缺陷产品只能采取让宽或火切边处理，造成了很 大的经济损失。 ３边部横裂纹成因分析 裂纹缺陷形成机理比较复杂，一般认为其形成 机理主要包括： （６）轧件温度过低或轧制张力设定过大。 从以上分析可以看出，边部横裂纹产生的机理 不尽相同，因此我们要根据实际缺陷情况排查，找出 具体原因，才能够制定出能够解决问题的方案和措 施。 （１）铸坯边部表面或皮下存在缺陷，主要是横微 ，ｉｒ ｌ ｒｍ．瓣￣．ｄ ｒｒｒｔ ．．．． 第５期 苏伯辉，等：中厚板边部横裂纹产生机理研究 １３ ４原因排查 ４．１加热稳定性 ． 偏长的现象。过烧可导致边裂，但从加热温度及缺 陷板的金相检验看，未发现过烧现象或特征。因此 基本可以排除加热是形成边部裂纹缺陷的影响因 素。 ４．２金属流动不均 加热和轧制工序都会不同程度地促进板坯角部 表面（皮下）横微裂纹的发展。如果加热炉结构不 合理，控制手段差，煤气热值波动大，就会诱发微裂 纹的发展，而且下表面普遍比上表面突出。而我厂 近期出现的边裂缺陷都集中在上表面。另外通过对 ５９块有边裂缺陷钢的加热工艺进行了调查，没有找 厚板经过轧制后，一般上下面宽度并不相同。 钢板的大小面源于轧制时边部的不均匀变形，坯料 在展宽时，轧件表面的横向展宽明显大于中心区；且 上下表面受多种因素影响，宽展也不一致。因此轧 到加热温度与该缺陷间的对应关系，未发现加热温 件经多道次展宽轧制后，会形成不同形状的鼓形。 度偏高的现象。只有个别炉数存在待轧时在炉时间 １／３投ｒ斑 ｌ／．３馘 轧 瞄ｌｊ 阳 图１ 热轧厚板边部主要形状示意 通过调查统计后发现，我厂边裂较多的发生在 ３Ｏ。，造成钢板端部表面温度下降速度快，特别是在 侧面形状为非均匀双鼓和非均匀单鼓两种板材上， 钢板待温后道次翘头的情况下则更为严重，直观表 其数量约占到总缺陷的９０％以上，说明上下表面宽 现为端边部被冷却水浇成局部（翘头部分）黑面。 展的不同对边裂的最终形成起到关键性的影响。 此时钢板厚度方向上的温差很大，继续轧制时表面 理论上，轧件边部在展宽时，是受附加的拉应 展宽量大，延伸量小，心部展宽较小，延伸量较大，形 力，而中间部分，是受附加的压应力，金属的展宽越 成边裂。 大，这种应力也愈大。一般情况下，这些应力的存在 另外如果粗轧后待温时间较长，精轧开始温度 并不能影响轧件边缘的完整性。但当边部受的应力 过低，且又有局部漏水点时，就会加剧温度场的不均 超过金属的抗拉强度，就会产生横向裂纹。 匀，此时在漏水点区域温度差进一步加大，温度应力 ４．３冷却不均匀 加剧，此时中间坯表面层温度又在９００—９５０ ｏＣ，表 该缺陷的主要特点是裂纹附近组织的晶粒度差 面组织塑性处于较差温度区间，钢板因异常漏水而 异大，并且裂纹靠近钢板表面一侧的铁素体粗大。 严重过冷时，温度应力大于晶界引力，微裂纹就沿温 从理论上分析该特点产生的主要原因是钢板在精轧 差断面产生。因此，我们判断冷却不均是缺陷产生 人口处大约为８７０—９００℃左右，如果遇到异常漏水 的关键因素。 点，漏水点处温度降至珠光体转变温度以下，较正常 部位提前进入两相区，析出铁素体。当正常部位进 ５解决方案 入两相区，刚刚析出铁素体时，异常漏水点提前析出 （１）通过优化板坯加热工艺，使板坯加热均匀，尽 的铁素体已在慢慢长大，最后经过层流冷却的快速 可能减小出炉板坯上下面温差，可有效降低轧件上 冷却后，正常部位保留的是刚析出铁素体的细小晶 下面的变形抗力差别，缩小轧件上下面变形程度的 粒，而异常部位铁素体则保留已经长大的铁素体晶 差别，减小轧件边部的不均匀变形。 粒。加热温度愈高，则钢板不容易在异常漏水点处 （２）减小横轧展宽量，这就需要确定合适的立辊 进入两相区，在一定程度上平衡局部过冷程度，则缺 压下量，控制好展宽比，改善边部形状，使金属均匀 陷发生率变低。 流动。 目前我厂热轧工艺特点：易发生边裂缺陷的３Ｏ （３）轧件轧制时，由于道次压下率偏小，使变形主 ～６０ ｒａｍ厚度钢板，一般采用控制轧制，待温时间较 要集中在轧件表面而使轧件产生不均匀变形。适当 长，二次氧化较严重，需要在精轧道次增加除鳞来改 增加轧制时的道次压下量，可有效提高轧制变形的 善钢板的表面质量。由于精除鳞集管与轧制方向成 深透程度，降低轧制过程的不均匀变形程度。 ０ｍ １４ 甘肃冶金 第３３卷 （４）优化轧机配辊，通过改变轧机配辊方案，采用 上下轧辊等辊径配辊的办法，改变轧制变形区条件， 是消除轧制过程中引起边部不均匀变形的主要影响 因素。 决，降本成效显著。 参考文献： ［１］彭胜堂，刘昆华，喻承欢，等．中厚板表面裂纹的控制 ［Ｊ］．连铸，２００１，４（１）：３７－３８． ［２］卢盛意．连铸坯质量［Ｍ］．北京：冶金工业出版杜， １９９４． （５）优化控制轧制工艺，合理设定二开轧温度区 间。研究发现，如果二轧程温度过低，使得金属延伸 率下降，对边裂的形成也很关键。 （６）因为大部分边裂出现在头尾，说明头尾以及 边部温降更快甚至出现局部过冷的情况比较多，因 此，采用改善头尾形状以及精除鳞避开头尾相结合 的方法可有效降低缺陷的发生。 （７）对生产线水冷系统进行排查、整改。如：粗轧 ［３］Ｆｕｊｉｗａｒａ Ａ，Ｉｓｏｄａ Ｔ，Ｎｉｓｈｉｋａｗａ Ｈ，ｅｔ ａ１．Ｒａｔｉｎｇ ｕｐ ｏｆｆ－ｌｏｔ Ｃｈａｒｇｉｎｇ ｏｆ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｃａｓｔ Ｓｌａｂ ｆｏｒ Ｈｅａｖｙ Ｐｌａｔｅ［Ｊ］．Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇ，１９８５（１３）：２８７－３０３． ［４］ 高峰．连铸板坯皮下裂纹的产生原因分析［Ｊ］．物理 莉，等．连铸板坯角裂和边裂漏 测试，２００２，２０（６）：１１－１４． ［５］王三忠，刘国林，张钢原因的分析［Ｊ］．炼钢，２００１，１７（５）：１４－１６． ［６］Ｓｈｉｎｚｏ Ｈａｒａｄａ，Ｓｈｉｇｅｎｏｒｉ Ｔａｎａｋａ，Ｈｉｄｅｙｕｋｉ Ｍｉｓｕｍｉ，ｅｔ ａ１． Ａ Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｃｒａｃｋｓ ｏｎＣＣ Ｓ１ａｂ Ｓｕｒｆａｃｅ 立辊冷却水由原来一直冷却改为减宽过程中停止冷 却；在二轧程轧制过程中，如果板头部有翘头状况， 关闭精除鳞水；调整精除鳞喷嘴角度，减少水溅落在 板坯表面和冷却水量；对轧辊冷却水密封加以维护， 减少落到钢板上的水量。 ［Ｊ］．ＩＳＩＪ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，１９９０，３０（４）：３１０．３１６． ［７］刘毅．金属学与热处理［Ｍ］．北京：冶金工业出版 社，１９９６．８． ［８］Ｌｅｄｅｍｒ Ａ．．Ｔｈｅｍｘ：一ｍｎｉｅａｔ Ｒｏ］ｌｋ～ｏｆ Ｐｌａｔｅ Ｂａｅｎｄｅｒ Ｂｌｅｄ—Ｐ．ｏｈｒｅ，１９ｆ；２，２３（６），４９． ６ 结语 轧制过程中，综合利用以上措施，很好的解决了 钢板局部过冷对轧件不同区域轧制变形的影响，大 幅度降低了边部裂纹发生的几率。自２０１０年１Ｏ月 份以来，因边裂缺陷改判非计划产品吨位已经由之 前的平均每月３００ ｔ降低至５０ ｔ以内，边裂降低率达 到７５％以上。２０１１年以来该缺陷已经彻底得到解 （上接第１１页） ［９］ 陈健就，贺选伦．现代化宽厚板厂控制轧制和控制冷 却技术［Ｊ］．宝钢技术，１９９９（２）：１０－１６． 收稿日期：２０１１ ６ＪＤ５ 作者简介：苏伯辉（１９８１一），男，河北衡水市，毕业于河北理工大学金 属材料工程专业（本科学历），北京科技大学在职研究生（工程硕 士），轧钢工程师。现从事中厚板工艺开发研究工作。 ３ 降低固耗的效果 通过以上措施的实施，２０１０年３＃机降低固耗与 ４ 结语 （１）生石灰消化器和双层送料器的使用为３＃烧 结机降低固耗的必要条件。 前３年相比效果明显，详见图ｌ。从图１可看出， ２０１０年３＃机固耗为５０．４３ ｋｇ／ｔ，达到了近几年来的 最好水平。 虽然３＃机２０１０年固耗达到了近几年来的最好 （２）坚持厚料层烧结是降低固体燃耗的重要因 素。 （３）目前３｝≠烧结机固耗有上升趋势，所以坚持降 低固耗仍是３＃机今后努力的方向。 参考文献： ［１］朱晓华．南钢烧结降低工序能耗生产实践［Ｊ］．金属材 料与冶金工程，２００９（１２）． 水平，但是依然存在着一些问题。比如原料分厂破 碎设备由于经费问题不能及时维护，焦粉和煤粉的 粒度经常达不到工艺要求，２０１１年１～６月固耗在 ５２．２ ｋｇ／ｔ左右，相比２０１０年有上升的迹象。 ［２］赵国梁，邱海雨．生石灰消化器在梅钢烧结生产中的 应用［Ｊ］．梅山科技，２００７（４）． ［３］周康军．梅山烧结厂使用双层松料器的效果［Ｊ］．烧结 球团，２００６（６）． 收稿日期：２０１１＿０８－２２ ２００７年 ２００８￣］－ ２００９￣１ｚ ２０１０年 作者简介：张志刚（１９８１－），男，２００６年毕业于中南大学矿物加工专 业，学士学位，助理工程师。 图１ ３＃机近几年的固耗指标变化 。！ 黧 辫０９３１ ８￣鬻Ｍ８ ６