SPHC镀锌板边部缺陷的成因分析及改进2.doc
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1、摘要本文对迁安轧一钢铁有限公司产生的质量异议进行了详细的分析,通过相关工艺调查分析、金相检验和跟踪试验等方法,研究了迁安轧一钢铁集团有限公司的SPHC热轧卷板在冷轧镀锌后,镀锌板边部缺陷的产生原因,认为是由板坯边缘存在皮下气泡、夹杂引起的,并提出合适的成分结构,适度的氩气保护,合理的更换水口周期和操作水口手法,强化结晶器冷却,提高冷却速度,适当调整窄面铜板锥度和降低铸坯拉速,能够将铸坯边部缺陷出现的几率降至很低。关键词:边裂, 成分偏析,气泡, 夹杂目录摘要1目录2引言31文献综述41.1边裂41.2黑线51.3迁安轧一钢铁集团有限公司的铸坯边部缺陷52 SPHC材质铸坯边部挂锌的成因分析62
2、.1 实际生产数据62.1.1 化学成分要求62.1.2 生产线工艺流程62.2 观察及实验研究62.2.1对冷轧镀锌板的现场进行的跟踪情况62.2.1金相、电镜和能谱分析82.2.3铸坯及热轧中间坯质量检查82.2.4分析与结论93工艺改进措施及效果113.1改进措施113.2效果114 结论135 参考文献14结束语15引言随着经济的发展,镀锌板和彩涂板的用途日益广泛,需求量在逐步的增大。迁安轧一钢铁集团有限公司的SPHC热轧卷板,在下游客户进行冷轧镀锌板和彩涂板的生产中却出现了一种难以解决的边部缺陷间断性锌线。由此种原因产生的不合格镀锌板比例和彩涂板比例明显增加。这种缺陷的产生原因为热轧
3、卷板原料的边部缺陷导致的,国内外许多研究结果均表明,热轧带钢边裂缺陷产生的主要原因是:板坯边缘存在角横裂、皮下气泡等缺陷;板坯边缘有夹杂;轧件边部温度过低,或轧制张力设定过大;板坯的硫、铜含量较高,轧制时钢板的热脆性大。本文将对迁安轧一钢铁有限公司产生的质量异议进行详细的分析,通过相关工艺调查分析、金相检验和跟踪试验等方法,研究SPHC镀锌板边部缺陷的产生原因,并提出相应的解决措施,为生产提供指导性的建议。1文献综述在板带材生产过程中,板带的质量问题是我们关注的主要问题,它直接影响到板带材的力学性能和工艺性能。其中,在应力集中和温度变化剧烈的板带边部,更易在轧制过程中产生各种缺陷,从而影响板带
4、的整体质量,降低产品的成材率,进而降低了生产效益。因此,对于板带材边部缺陷问题,国内学者进行了众多的研究与讨论。热轧带钢常见的边部缺陷有以下几种:边裂、单边浪、边部夹层以及黑线等。缺陷的产生原因众多,可以说生产中的每一个环节都可能影响到板带的边部质量。例如,钢坯的微裂纹,对钢坯加热不均和夹杂物的不均匀分布等原因都会在轧制过程中促使边部缺陷的产生。1.1边裂热轧带钢边裂缺陷是指钢板边缘沿长度方向的一侧或两侧出现破裂,其裂口处有氧化色或夹杂的缺陷,严重者钢板边部全长呈锯齿,图1为边裂缺陷。带钢边裂是热连轧过程中常出现的缺陷,其产生的原因相当复杂,国内外都进行过许多研究,不同轧机、不同材质和不同生产
5、工艺对其产生的原因均不同。但许多研究结果均表明,热轧带钢边裂缺陷产生的主要原因是:板坯边缘存在角横裂、皮下气泡以及边部有夹杂;轧件边部温度过低或轧制张力设定过大;板坯的硫、铜含量较高;轧制时钢板的热脆性大。图1 边裂缺陷刘波通过相关工艺调查分析、金相检验和跟踪试验等方法,研究了热轧带钢边裂缺陷的产生原因,主要是由于铸坯表层气泡密集,加热过程中表层金属氧化,气泡暴露以及铸坯本身存在角横裂缺陷,在轧制过程中都不能焊合而产生的。黄海玲等通过光学显微镜观察,对带钢边部裂纹产生的原因进行了分析。带钢产生边部裂纹的原因是多方面的,但主要原因是夹杂物及三次渗碳体的析出增加了钢的脆性,另外就是组织偏析、脱碳严
6、重导致钢的整体延展性不一致,易产生边裂。这些因素并不是单独作用于带钢中,有时有几个因素同时影响导致边裂。赵琼采用低倍组织试验、化学成分分析及金相检验等方法,对出现边裂的带钢卷进行了解剖分析。结果表明:钢坯的内在缺陷、加热温度偏高及加热不均匀是产生边裂的主要原因,钢坯存在着粗大柱状晶、皮下裂纹、角裂及大量的夹杂等内在质量问题;钢坯在进加热炉之前已有微裂纹;钢坯加热温度偏高,且各处加热温度不均,造成组织异常,从而引起性能下降,造成钢坯在热轧后出现边裂。魏立国等针对该宝钢分公司厚板厂投产以来Q345B /C钢板边部裂纹一度频繁发生的问题,对厚板边部的非连续弧形裂纹缺陷取样,进行金相分析,并对连铸板坯
7、进行对比轧制试验,证实钢板边裂是由连铸板坯角部横向裂纹引起。分析了影响板坯角部横裂的结晶器保护渣、二冷水、结晶器、浇注速度等工艺因素。在此基础上,提出了改善板坯角部横裂的有效措施,即改进保护渣性能、优化二冷水水量分配、弱化结晶器冷却、稳定结晶器锥度和采用合适的浇注速度等。实施以上措施后,钢板边部裂纹大幅度减少。王宏霞等采用宏观检验、金相检验及扫描电镜能谱分析等方法,对出现边裂的带钢卷进行解剖分析,造成热轧板边裂缺陷的主要原因是连铸坯存在原始表面裂纹、表面针孔等缺陷。连铸坯料在加热和轧制过程中,轻微的角部裂纹在轧制时,随轧件延伸而被焊合,而较严重的角部裂纹在加热和轧制过程中,裂纹扩大并暴露于表面
8、形成边裂,并在轧制压力下,裂纹向纵深方向扩展。1.2黑线“黑线”是常出现在粗轧中间坯距板边缘1020mm的区域,经过对粗轧中间坯抽样调查,发现“黑线”问题具有普遍性。并且经过随后的精轧过程,其位置基本不发生变化。该缺陷影响了成品的表面质量,降低了产品的成材率。目前国内关于带钢边部出现“黑线”的问题的相关研究比较少。东北大学国家重点实验室对该缺陷的形成做了初步的理论研究。运用大型商业有限元软件ANSYS10.0 /LS-DYNA建立立平轧制三维有限元模型,结合重启动方法和显示动力学方法对多道次立平轧制过程进行模拟分析,成功的利用单道次轧制模型求解了多道次轧制问题。对“狗骨”材在随后平轧过程中的变
9、形情况进行了分析和比较,并探索了不同立辊形状对轧件边角部金属流动的影响规律,为解决“黑线”问题提供了可靠的理论依据。通过对轧件边角部金属跟踪,发现轧件的边角部金属在轧制过程中流动到轧件的上下表面,且在相同的轧制工艺条件下,孔型立辊轧制的翻平量大于平立辊轧制的翻平量;由于边角部的金属在轧制过程中始终处于低温、高应力应变状态,并且逐渐流动到轧件上下表面,每道次新生成的边界金属同样处于相同的状态,最终有可能导致轧件边部沿长度方向产生“黑线”等缺陷,因此给定合理的立辊侧压规程,是消除“黑线”缺陷的重要手段之一。1.3迁安轧一钢铁集团有限公司的SPHC热轧卷板在冷轧镀锌后的边部缺陷使用迁安轧一钢铁集团有
10、限公司的SPHC热轧卷板生产的冷轧镀锌板边部缺陷,在镀锌厂称之为“重皮”。其特征如下:(1) 出现在距离边部的距离在15150mm之间,纵向线状缺陷,而且仅在边部出现,板面的中部没有这种现象;(2) 该缺陷在镀锌板的两个边部呈现出镀锌不均匀的现象,也可以称之为线状挂锌;(3) 该缺陷断续出现,无规律性,而且长短不一,缺陷宽度约为1mm左右;(4) 镀锌板缺陷处酸洗后出现了两种不同的情况,一种是有手感但是无异色的间断线状缺陷,类似于划伤;一种是存在黑褐色无手感的线状缺陷。目前国内关于镀锌板边部出现这种间断性挂锌的研究较少。武汉科技大学利用省部共建教育部重点实验室针对冷轧板边部出现的线状缺陷进行了
11、研究。通过对热轧和冷轧的每一道次进行跟踪拍照,观察其宏观形貌,根据实际需要取样分析,将所取试样抛光,用XL30TMP扫描电镜和PHOENIX能谱仪进行分析。根据取样的形貌,将该缺陷分成了两种“黑线”和“亮线”。研究表明:(1)“黑线”缺陷在热轧板和冷轧板上有良好的对应关系。“黑线”的形成与钢中夹杂物有直接关系,以化合物形式存在的夹杂物主要有Al2O3、MnO和TiO2,其在轧制过程中不易发生形变,在钢板表面留下划痕或粗糙斑痕,热轧时,氧化铁皮容易压入其中,冷轧时,形成表面缺陷“黑线”;(2)“亮线”的形成主要是气泡与夹杂共同作用的结果,夹杂主要含Al、Si、Ca等成分。武汉科技大学彭其春等的研
12、究成果,为冷轧镀锌板边部线状缺陷的研究指明了方向,为解决此种缺陷打下了良好的基础。2 SPHC材质冷轧镀锌板边部挂锌的成因分析2.1 实际生产数据2.1.1 化学成分要求SPHC材质的标号为日本标准的标号,该材质主要用于一般的冷轧。该牌号参照的日本标准为JIS G 3131-2005 热轧低碳钢板、薄板和钢带标准化学成分见表1。表1 JIS G 3131-2005 热轧低碳钢板、薄板和钢带标准化学成分材质CMnPSSPHC0.150.600.0500.050根据日本标准的成分要求,迁安轧一钢铁集团有限公司的制定了公司的内控标准QN/QZY5122009迁安轧一钢铁集团有限公司企业标准冷成型用热
13、连轧钢带,文件中的化学成分规定见表2。表2QN/QZY5122009迁安轧一钢铁集团企业标准冷成型用热连轧钢带牌号化学成分(熔炼分析)%CSiMnPSAlsSPHC-H0.050.030.300.0200.0200.015-0.0602.1.2 生产线工艺流程整个工艺流程由两个公司的四个车间来完成。迁安轧一钢铁集团公司炼钢车间负责生产出符合SPHC材质的合格铸坯,轧钢车间负责将铸坯轧制成尺寸和性能符合标准的热轧卷板;中冶恒通冷轧技术有限公司的酸连轧车间负责将合格的SPHC热轧卷板轧制成冷轧卷板,镀锌车间负责给冷轧卷板镀锌。迁安轧一钢铁集团有限公司炼钢厂共有两座160t顶底复吹转炉,SPHC钢水
14、出钢温度在1670左右。一座LF钢包精炼炉。直弧形连铸机采用7点连续弯曲、9点连续矫直,铸机基本半径为 R=6000mm。1250半连续式轧钢生产线采用三点高压水除鳞以提高带钢表面质量。工艺流程:铁水预处理氧气顶底复合吹转炉LF精炼连铸1250半连续式热轧生产线加热炉粗轧精轧卷取。中冶恒通冷轧技术有限公司进行冷轧和镀锌,该公司的1450酸连轧机组为5机架连轧,前两架为四辊轧机,后三架为6辊轧机,并配备有高速飞剪分卷和两个卧式卷取机。工艺流程如下:1450酸连轧生产线两台开卷机焊接机酸洗5连轧冷轧高速飞剪两台地下卧式卷取机镀锌生产线两台开卷机焊接机脱脂在线连续退火锌锅镀锌平整机涂油机组分卷飞剪两
15、台地上卧式卷取机。2.2 观察及实验研究2.2.1对冷轧镀锌板的现场进行的跟踪情况(1)酸洗开卷机设备正常,偶尔因矫平辊不转使下表面存在压痕,但是不影响使用;在酸洗的出口查看酸洗效果,没有发现明显的酸洗不净的现象,特别是边部洗不净的情况,更是没有发现。(2)冷轧酸洗板进入冷轧前板型良好,由于速度较快未发现明显的边部缺陷;冷轧下线后,检查尾部的上下表面质量,仅能展开最外一圈,经多次查看边部情况,无异常。(3)镀锌镀锌上线时,板面存在轻微的中间浪型,头尾焊接时偶尔出现焊接不良,需要重新焊接的现象。脱脂后,进入连续退火炉前,在上表面的边部可见有线状的缺陷,与挂锌疤的位置极其相似。该线状缺陷有的呈现黑
16、褐色无手感,有的呈现基板颜色但是有手感,类似划痕。镀锌后,在卷取前可以看到间断性的线状锌疤出现在距离边部15150mm的位置。长度长短不一,出现的频率较高。卷板的中部上下表面良好,未出现线形的缺陷。镀锌卷取后,对于镀锌卷表面缺陷进行数码拍照,边部的线状缺陷较为明显。在图2中,(a)中的缺陷1和(b)中的缺陷位置趋于一致,均在距离边部20mm左右,而(a)中的缺陷2处距离边部约有140mm左右。缺陷处缺陷处2缺陷处1 (a) (b)图2 冷轧镀锌板边部缺陷图对于存在边部缺陷的镀锌板取样并酸洗后情况与在脱脂入口看到的情况基本一致,图3(b)中上部的缺陷有手感但是无异色,下部缺陷无手感但是却呈现黑褐
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