生產(chǎn)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(zhì)量異議中表觀質(zhì)量缺陷占到80%以上, 廠內(nèi)渦流探傷檢驗(yàn)中, 一次合格率不足75%, 不合格料需要反復(fù)修磨、探傷、組坯, 給生產(chǎn)帶來極大困擾。因冶煉、加工兩個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的缺陷各有其特點(diǎn)[1], 本文結(jié)合加工生產(chǎn)中出現(xiàn)的缺陷形貌及理論分析, 對棒材表面加工缺陷的產(chǎn)生進(jìn)行歸類總結(jié)。
1 生產(chǎn)工藝
撫順特殊鋼股份有限公司連軋廠熱軋棒材生產(chǎn)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(chǎn)線主要設(shè)備:60tUHP電弧爐、LF爐、VD爐、四流弧形連鑄機(jī)、端進(jìn)側(cè)出步進(jìn)梁式加熱爐、24架連軋機(jī)組。
在渦流探傷不合料中隨機(jī)抽取30~90 mm圓鋼進(jìn)行酸洗、角向局部修磨等, 對渦流探傷不合的噴油標(biāo)記并進(jìn)行記錄統(tǒng)計(jì)。
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(chǎn)生的, 圖1為表面折疊缺陷引起裂紋的典型形態(tài), 裂紋多與鋼材表面成15°~75°角, 尾部圓鈍, 兩側(cè)輕微脫碳或無脫碳, 內(nèi)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(chǎn)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?yàn)榻?jīng)過高溫加熱, 高倍下裂紋兩側(cè)脫碳往往較嚴(yán)重, 如圖2所示。
產(chǎn)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(gè)道次所產(chǎn)生的飛邊、嚴(yán)重的刮傷, 以及輥環(huán)破壞、輥槽嚴(yán)重磨損等情況, 都可以使成品表面產(chǎn)生折疊;另外, 如坯料存在嚴(yán)重缺陷, 清理不當(dāng)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(shè)計(jì)孔型, 準(zhǔn)確估計(jì)寬展, 精確調(diào)整輥槽和導(dǎo)衛(wèi)位置, 減輕或消除成品前軋件的耳子、飛邊、刮傷等缺陷, 仔細(xì)清理坯料表面的嚴(yán)重缺陷。
棒材結(jié)疤缺陷的產(chǎn)生與鑄坯原始表面質(zhì)量、軋制操作、軋后頭尾剪切及設(shè)備狀態(tài)等密切相關(guān)。結(jié)疤缺陷雖然形態(tài)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(chǎn)生環(huán)節(jié)。
圖3所示的小結(jié)疤缺陷是在渦流探傷后發(fā)現(xiàn)的, 回查當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)條件發(fā)現(xiàn):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(xiàn)不連續(xù)的小結(jié)疤[2];此外, 還會(huì)造成大量的麻坑缺陷。因此, 保證除鱗水水質(zhì)、定期清理和維護(hù)噴嘴可減少該類缺陷。
圖4所示結(jié)疤缺陷多產(chǎn)生在鋼坯頭尾部, 是連鑄坯火焰切割產(chǎn)生的火切殘余物在軋制過程中粘附在鋼材頭尾部位, 進(jìn)行頭尾剪切時(shí)未完全切凈產(chǎn)生的。因此, 連鑄坯分定尺切割時(shí)需保證切割質(zhì)量, 盡量減少殘留物。使用助燃劑等補(bǔ)充火焰切割槍的熔斷能力、軋后適當(dāng)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(chǎn)生于連軋廠加熱爐內(nèi)。連軋廠加熱爐為端進(jìn)側(cè)出步進(jìn)梁式加熱爐, 出爐采用固定于爐墻探入爐內(nèi)的懸臂輥方式出爐, 出爐操作步驟為動(dòng)梁帶料抬起、向前運(yùn)動(dòng)、動(dòng)梁下降 (鋼坯放置在懸臂輥上) 、轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhuǎn)動(dòng)懸臂輥出爐前一支鋼坯時(shí), 后一支鋼坯的下表面也被懸臂輥輥沿反復(fù)摩擦, 出現(xiàn)如圖5所示的坯料損傷, 后續(xù)軋制即出現(xiàn)大片結(jié)疤缺陷。
圖6所示的壓入型單點(diǎn)深坑, 也可歸為結(jié)疤類缺陷, 這種缺陷多產(chǎn)生于鋼材近頭部位置。連軋廠軋機(jī)的前6架粗軋機(jī)為平立交替箱方型孔型系統(tǒng), 入口采用滑動(dòng)導(dǎo)衛(wèi), 軋件順利咬入和穩(wěn)定軋制而不發(fā)生扭轉(zhuǎn)依賴于入口導(dǎo)衛(wèi)和上輥環(huán)之間的夾持力, 因此入口導(dǎo)衛(wèi)與上輥環(huán)間距應(yīng)與前架次軋件尺寸一致。軋件出平軋機(jī)后頭部上揚(yáng)、平立軋機(jī)軋制線對中不好、入口導(dǎo)衛(wèi)過高都會(huì)導(dǎo)致在咬入瞬間坯料頭部被軋機(jī)輥環(huán)輾起鐵角子, 粘附在軋件表面, 在后續(xù)生產(chǎn)中繼續(xù)軋制、脫落后即會(huì)造成這種缺陷。在生產(chǎn)中, 尤其是變換鋼種和坯型時(shí), 適當(dāng)調(diào)整滑動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)的高度、規(guī)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(shí)危害更大, 往往造成批量性廢品。
其主要產(chǎn)生于鋼材軋后的輸送輥道及通道側(cè)壁部位。由于輥道軸承抱死、鐵皮等異物卡死導(dǎo)致輥道停止轉(zhuǎn)動(dòng), 通道側(cè)壁立輥調(diào)整不當(dāng)或連接處突出, 這些不動(dòng)的硬點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)著的紅熱鋼材相接觸即產(chǎn)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(yán)重的劃傷, 是產(chǎn)生于軋機(jī)入口導(dǎo)衛(wèi)夾板及出口導(dǎo)管處, 由于導(dǎo)衛(wèi)導(dǎo)管安裝或?qū)χ胁划?dāng), 鋼材經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生劃傷。要杜絕劃傷需要從設(shè)備定檢維護(hù)、報(bào)警裝置使用、軋鋼工定期對軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)巡檢等方面入手。
輥傷產(chǎn)生于有缺陷的旋轉(zhuǎn)部件處, 可能是軋機(jī)軋輥、滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥、通道地輥、通道側(cè)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(guī)律性分布, 缺陷以固定的長度周期出現(xiàn), 圖8為典型的矯直輥傷。
發(fā)生堆鋼事故后要對軋輥和導(dǎo)衛(wèi)輥表面進(jìn)行確認(rèn), 查看是否粘附著鐵皮;對于變形抗力較大的高合金品種應(yīng)切除頭部, 避免頭部冷卻快產(chǎn)生的硬點(diǎn)損傷軋輥, 軋后應(yīng)檢查軋輥表面是否存在硬傷凹坑;軋后勤取小樣, 小規(guī)格材取小樣的長度應(yīng)適當(dāng)加長, 酸洗后勤檢查可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)輥傷, 根據(jù)輥傷分布規(guī)律及時(shí)找出產(chǎn)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(xiàn)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(yīng), 褶皺與孔型的使用狀況及孔型結(jié)構(gòu)與軋制變形有關(guān), 輕微的褶皺不會(huì)對鋼材的使用產(chǎn)生不良影響, 嚴(yán)重的褶皺缺陷同裂紋等一樣深入鋼材表面, 形成嚴(yán)重缺陷, 漏檢后會(huì)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(shè)計(jì)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(chǎn)環(huán)節(jié)中, 連鑄坯加熱工藝制度對軋材表面質(zhì)量有重要的影響;生產(chǎn)過程發(fā)現(xiàn)的另外一種較為典型的缺陷如圖10~圖12所示, 缺陷的產(chǎn)生與加熱工藝相關(guān)。加熱時(shí)預(yù)熱段溫度與鋼坯熱狀態(tài)不匹配, 易使原始晶粒粗大塑性差的鋼坯產(chǎn)生裂紋。
對于冷坯加熱的情形, 因?yàn)榇嬖阼F素體/滲碳體→奧氏體轉(zhuǎn)變, 該轉(zhuǎn)變將導(dǎo)致鑄坯表面產(chǎn)生拉應(yīng)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(chǎn)生表面裂紋。對于鑄坯熱送熱裝的情形, 由于在表面和內(nèi)部可能同時(shí)存在兩個(gè)相反的相變過程 (鐵素體/滲碳體奧氏體轉(zhuǎn)變) , 這使得鑄坯表面的應(yīng)力狀態(tài)更為復(fù)雜, 因而更易產(chǎn)生表面裂紋。只有當(dāng)入爐溫度遠(yuǎn)離相變溫度范圍, 才能有效避免表面裂紋的產(chǎn)生。對于熱送鋼種, 應(yīng)避開裂紋敏感溫度區(qū)間進(jìn)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(xiàn)過燒裂紋, 鋼材表面表現(xiàn)為橫向裂口, 裂口邊緣粗大、有氧化色, 見圖13、圖14。嚴(yán)重者甚至在軋制中即斷為幾節(jié), 嚴(yán)格來講應(yīng)屬于一種軋制質(zhì)量事故。通過制定合理加熱工藝制度、軋機(jī)主線出現(xiàn)故障時(shí)候及時(shí)調(diào)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(jié)上述生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的缺陷, 撫順特鋼連軋廠針對不同缺陷及時(shí)采取糾正預(yù)防措施, 大大提高了軋材表面質(zhì)量, 渦流探傷一次合格率提升10%以上。
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