管線鋼邊部缺陷的預(yù)防與控制措施獲獎(jiǎng)科研報(bào)告

管線鋼邊部缺陷的預(yù)防與控制措施獲獎(jiǎng)科研報(bào)告摘

要：通過應(yīng)用光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡和透射電鏡來進(jìn)行管線鋼邊部質(zhì)量問題做出詳細(xì)分析，同時(shí)得到如下結(jié)論：管線鋼“邊裂”問題的出現(xiàn)是因?yàn)殍T坯角部裂紋遺傳到產(chǎn)品之后所形成的;管線鋼軋制生產(chǎn)階段，如果邊角位置上的金屬延伸不能達(dá)到均勻性標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入到鋼表面就會(huì)出現(xiàn)“細(xì)線”缺陷。通過倒角結(jié)晶器和連鑄弱冷工藝、增加邊角位置溫度等方式能夠消除這些缺陷問題。

關(guān)鍵詞：管線鋼;缺陷;裂紋

連鑄連軋工藝因?yàn)闆]有實(shí)施下線清理作業(yè)，所以容易導(dǎo)致鑄坯表面缺陷問題直接演變到成品中，就會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量不足的情況，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。導(dǎo)致該缺陷的原因進(jìn)行深入分析，然后采取必要的預(yù)防和處理方式，可以切實(shí)提高產(chǎn)品質(zhì)量，給企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)效益。基于此，本文重點(diǎn)進(jìn)行連鑄連軋工藝的管線鋼生產(chǎn)階段缺陷問題進(jìn)行研究，了解造成缺陷的原因，并且總結(jié)出相應(yīng)措施，能夠消除缺陷問題，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

1管線鋼邊部缺陷宏觀形貌特征

管線鋼現(xiàn)行生產(chǎn)工藝如下：鐵水預(yù)脫硫——轉(zhuǎn)爐冶煉——爐外精煉——連鑄——加熱——粗軋——精軋——層流冷卻——卷取——取樣檢驗(yàn)——包裝入庫。

經(jīng)過深入的現(xiàn)場取樣分析和了解，將管線鋼邊部缺陷主要分成如下兩類：一類是舌狀或者鱗片狀形式出現(xiàn)，而根本直接和鋼本體連接到一起，一般生產(chǎn)實(shí)踐中都叫做“邊裂”缺陷;另一類以線狀的形式存在，一般叫做是“細(xì)線”缺陷。這些缺陷通常都是出現(xiàn)在與鋼板邊緣相距5～35mm區(qū)域，上、下位置都有可能出現(xiàn)。邊裂缺陷分布是不均勻的，多數(shù)隨機(jī)出現(xiàn)與不同表面，很多都是連續(xù)分布的。

2管線鋼邊部缺陷微觀檢驗(yàn)分析

連鑄、加熱和軋制等工序都容易出現(xiàn)缺陷問題，為了能夠深入了解和分析剛邊部缺陷問題，了解形成原因，就要從微觀特征做出分析，確定造成缺陷問題的工序，通過顯微鏡、透射電鏡等多種方式來作出進(jìn)一步的分析。

首先是在生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)選擇兩塊存在缺陷問題的鑄坯部件作為試樣，編為1#、2#。試樣鋼種為X65。1#試樣觀察之后發(fā)現(xiàn)其鑄坯角橫裂，主要是出現(xiàn)在內(nèi)弧的側(cè)振痕波谷位置行，2#主要是以窄面縱裂的形式存在。該試樣分割操作是通過線切割的方式來進(jìn)行使用4%的硝酸進(jìn)行侵蝕，光學(xué)顯微鏡進(jìn)行內(nèi)部組織檢查。

經(jīng)過深入的結(jié)構(gòu)分析，1#試樣裂紋兩側(cè)出現(xiàn)了微觀狀態(tài)和沒有缺陷的組織是相似的，這就表示裂紋出現(xiàn)之后，是以低溫鑄坯裂紋形式存在。該裂紋形式多數(shù)是在矯直過程中存在抗張應(yīng)力而出現(xiàn)的，也可能是鈮鋼材質(zhì)才會(huì)出現(xiàn)的裂紋。從材質(zhì)的能譜方面展開分析，1#試樣裂紋的位置上形成了大量的Nb、Ti碳氮化物，這些物質(zhì)的出現(xiàn)導(dǎo)致其低溫脆性的增大，極易造成角部橫裂紋的存在。2#試樣金相觀察，特點(diǎn)和1#是有明顯區(qū)別的，其會(huì)沿著晶界而擴(kuò)展、延伸，并且分析兩側(cè)的組織形式，要比正常組織細(xì)，這就表示裂紋屬于高溫裂紋的形式。那么，該裂紋多數(shù)是因?yàn)榻Y(jié)晶器初生坯殼厚度不能達(dá)到均勻性標(biāo)準(zhǔn)，或許是冷卻不合理導(dǎo)致的，也可能是保護(hù)渣異常等，結(jié)晶器在內(nèi)部生長無法達(dá)到均勻性，熱應(yīng)力與靜壓力的共同影響之下，在薄弱的位置上就會(huì)產(chǎn)生縱裂，鑄坯生產(chǎn)環(huán)節(jié)步入到二冷區(qū)后，裂紋會(huì)有所發(fā)展。能譜分析后能夠了解到，2#試樣裂紋處Al、Mg、Ca、Si元素含量較高，這就表示裂紋發(fā)生的周邊區(qū)域的雜質(zhì)含量比較高。

以宏觀方面展開分析，邊裂是在粗軋環(huán)節(jié)就存在了，與成品出現(xiàn)的位置是相同的，處于距離邊部35mm的位置上，更加驗(yàn)證是在粗軋階段就形成了。此外，可以發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)過立輥軋制生產(chǎn)階段后，中間坯邊角位置上的棱角比較分明，已經(jīng)出現(xiàn)了細(xì)線缺陷問題。

進(jìn)行鋼板表面缺陷分析后發(fā)現(xiàn)，一般會(huì)將成品缺陷位置是否有氧化霧點(diǎn)、脫碳與組織流變等作為判斷缺陷問題的依據(jù)，主要是確定是在煉鋼還是在軋鋼的工序中形成的。這是因?yàn)檠趸F點(diǎn)、脫碳都是在高溫條件下出現(xiàn)的，所以比較容易做出判斷。針對管線鋼產(chǎn)品邊部缺陷試樣檢測之后了解到，很多“邊裂”試樣都有明顯的氧化霧點(diǎn)、脫碳與組織流變的問題，缺陷位置上出現(xiàn)比較多的氧化鐵，且碾軋痕跡明顯。在利用掃描電鏡和能譜儀實(shí)施分析之后，缺陷處的氧化霧點(diǎn)中Si含量達(dá)到13.81At%。得到如下結(jié)論：“邊裂”缺陷的存在是因?yàn)殍T坯角裂紋而導(dǎo)致的，特別是角橫裂紋會(huì)延伸到成品中。而“細(xì)線”的實(shí)際情況分析，這種缺陷很多都是因?yàn)檐埣遣總鳠崴俣瓤?、溫度比較低而出現(xiàn)的分布不均勻，側(cè)面翻平變形環(huán)節(jié)，導(dǎo)致“折疊”的出現(xiàn)，壓入鋼板表面所形成的。

3消除管線鋼邊部缺陷的措施

在深入的了解和分析了管線鋼邊部缺陷，在連鑄工序上應(yīng)該保證其拉速達(dá)到穩(wěn)定性要求、表面出現(xiàn)液位波動(dòng)變化、提升連鑄輥配列檢查與管理水平等方面，同時(shí)還要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行必要的試驗(yàn)檢測，以提升產(chǎn)品的質(zhì)量水平。

3.1降低鑄坯冷卻強(qiáng)度

因?yàn)殍T坯角部裂紋形成原因和該位置冷卻強(qiáng)度有著直接的聯(lián)系，也就是說在出現(xiàn)冷卻不均勻的條件下就會(huì)導(dǎo)致局部應(yīng)力變形的問題，通常都會(huì)在振痕波谷的位置上出現(xiàn)裂紋缺陷，在矯直段的位置上出現(xiàn)更加嚴(yán)重的裂紋，所以應(yīng)該進(jìn)行連鑄一冷、二冷進(jìn)行弱冷曲線控制，確保生產(chǎn)有序開展的條件之下，要盡量的降低鑄坯冷卻強(qiáng)度。

3.2采用帶倒角結(jié)晶器

為了能夠更好的處理鑄坯角部二維傳熱、冷卻強(qiáng)度比較高的現(xiàn)象，研發(fā)出高新技術(shù)水平的倒角結(jié)晶器裝置。把原有結(jié)晶器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)做出改進(jìn)，鑄坯角部并不會(huì)再設(shè)置直角的形式，能夠保證角部冷卻達(dá)到均勻性的要求，可以提升傳熱效果，確保表面質(zhì)量合格。

3.3減少粗軋機(jī)間冷卻水量

總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，管線邊部存在“細(xì)線”缺陷多數(shù)都是因?yàn)榇周埈h(huán)節(jié)的軋件邊角溫度比較低而出現(xiàn)的，要想處理這一缺陷問題，需要做好軋制工序的管控。在生產(chǎn)中要做好遮蔽處理，通過粗軋除磷與軋輥冷卻水量控制等方式，使得邊角位置溫度得以控制，就能夠消除“細(xì)線”的缺陷。

4結(jié)論

（1）管線鋼鑄坯角部容易出現(xiàn)橫裂紋、縱裂紋，而經(jīng)過軋制加工之后會(huì)導(dǎo)致“邊裂”問題的存在，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量。