河北天柱鋼鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，河北　唐山　063000

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摘要:熱軋圓鋼爛邊是較常見(jiàn)的質(zhì)量缺陷。本文采用金相顯微鏡、掃描電鏡及能譜等手段對(duì)熱軋圓鋼爛邊缺陷進(jìn)行了表面形貌分析，確定了引起其爛邊缺陷的主要原因：較小的爛邊主要是由鋼水脫氧不良、二冷水冷卻不均和角部局部冷卻過(guò)強(qiáng)等引起的近表面缺陷在加熱爐中被氧化,再經(jīng)多道次軋制缺陷被暴露和擴(kuò)展而形成；較大的爛邊主要是由于卷渣、原材料水分偏大、結(jié)晶器冷卻條件不良和鋼水中[S]、[O]含量高，[Mn]/[S]比較低等原因造成的。采取了優(yōu)化二冷區(qū)配水、改善連鑄坯冷卻效果、強(qiáng)化轉(zhuǎn)爐冶煉工藝操作、降低鋼水[S]含量等措施，提高鋼水和鑄坯的質(zhì)量，降低了熱軋圓鋼爛邊缺陷的產(chǎn)生，工業(yè)實(shí)踐效果顯著。

圓鋼被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、建筑、船舶等行業(yè)，不僅對(duì)其組織性能有嚴(yán)格的要求，還要求具有優(yōu)越的表面質(zhì)量。圓鋼一般由連鑄坯經(jīng)初軋、粗軋以及精軋等一系列軋制工藝完成。由于連鑄坯容易存在疏松、裂紋等缺陷，在軋制過(guò)程中生產(chǎn)的圓鋼易產(chǎn)生裂紋、劃傷、軋痕等表面缺陷[1]。目前，隨著各行業(yè)對(duì)圓鋼表面質(zhì)量的要求越來(lái)越高，如何避免圓鋼表面缺陷的產(chǎn)生，已成為熱點(diǎn)問(wèn)題[2-5]。圓鋼爛邊缺陷是缺陷品中出現(xiàn)率較高的，根據(jù)對(duì)其連續(xù)幾個(gè)月的統(tǒng)計(jì)分析，其爛邊率高達(dá)2.04%，然而對(duì)圓鋼爛邊缺陷的研究相對(duì)較少。

本文采用金相顯微鏡（OM）、掃描電鏡（SEM）及能譜（EDS）等手段對(duì)熱軋圓鋼爛邊缺陷進(jìn)行了表面形貌分析，探討了圓鋼爛邊缺陷的形成原因，并制定了相應(yīng)的控制措施，問(wèn)題得到解決，為提高圓鋼表面質(zhì)量提供參考。

1. 檢測(cè)與分析

1.1 缺陷部位宏觀形貌

熱軋圓鋼爛邊缺陷主要類型有兩種：一種為軋材表面出現(xiàn)比較細(xì)密，分布無(wú)規(guī)律細(xì)小爛邊(見(jiàn)圖1)；另一種為軋材出現(xiàn)大爛邊(見(jiàn)圖2)。

圖 11#小爛邊缺陷試樣形貌

下載:全尺寸圖片幻燈片

圖 22#大爛邊缺陷試樣形貌

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1#試樣輕微的缺陷處未出現(xiàn)明顯翹皮和層狀現(xiàn)象，而嚴(yán)重的缺陷部位則出現(xiàn)了明顯翹皮和層狀現(xiàn)象，主要是金屬內(nèi)部組織存在大量位錯(cuò)，而位錯(cuò)在缺陷部位延伸方向的拉應(yīng)力作用下加劇了移動(dòng)[6]，這是有些部位出現(xiàn)了屈服現(xiàn)象而導(dǎo)致與軋件基體不能壓合的翹皮和層狀明顯暴露出來(lái)。

2#試樣經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)大量宏觀觀察，在整根軋件縱向長(zhǎng)度上表現(xiàn)輕重程度不同，且形態(tài)形貌不一，出現(xiàn)頻次和在成品圓鋼的分布也分布零亂，說(shuō)明此缺陷的產(chǎn)生具有隨機(jī)性和偶發(fā)性。

1.2 微觀檢驗(yàn)與分析

1.2.1 金相觀察

1#試樣缺陷部位無(wú)晶粒明顯長(zhǎng)大、無(wú)明顯脫碳、無(wú)氧化質(zhì)點(diǎn)（如圖3），這也說(shuō)明鑄坯在加熱過(guò)程中無(wú)過(guò)熱或過(guò)燒現(xiàn)象[7]。但在裂紋缺陷和基體的位置發(fā)現(xiàn)裂紋壁呈鱗狀，存在大量氧化鐵，主裂紋尖端處出現(xiàn)裂紋分支及裂紋延伸，裂紋兩側(cè)也同時(shí)分布著氧化鐵脫落引起的孔洞。

圖 3小爛邊缺陷金相顯微形貌

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2#試樣缺陷部位有晶粒明顯長(zhǎng)大、明顯脫碳、氧化質(zhì)點(diǎn)（如圖4），其輪廓明顯，顯微鏡觀察裂縫內(nèi)充滿氧化鐵類夾雜。個(gè)別試樣開(kāi)裂處組織正常，但裂紋內(nèi)及其前端存在夾雜物。

圖 4大爛邊缺陷金相顯微形貌

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1.2.2 掃描電鏡及能譜分析

1#試樣裂口處沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯異物，周?chē)牧鸭y表面平滑，但缺陷位置存在裂紋及氣孔形貌。能譜分析表明，裂縫內(nèi)鱗狀型物質(zhì)主要為鐵的氧化物，結(jié)合金相圖（如圖5），推斷熱軋圓鋼軋制爛邊是由鑄坯微裂紋及皮下氣泡缺陷經(jīng)在加熱爐中加熱被氧化[8]，因此裂紋中就形成了以氧化鐵為主的夾雜。再經(jīng)多道次的軋制缺陷被暴露和擴(kuò)展形成。

圖 5小爛邊缺陷掃描電鏡圖及能譜分析

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2#試樣裂紋斷口處表現(xiàn)為大量的凹凸懸浮狀物質(zhì)，附近軋制面上的微裂紋處有大量與基體明顯不同的顆粒狀物質(zhì)。能譜分析如圖6，裂紋處的顆粒狀物質(zhì)為含Ca、K、O、Na、Al、Si、Mg、Cl等元素，其主要來(lái)源于保護(hù)渣或者鋼渣帶來(lái)的雜質(zhì)，可以推斷，此類裂紋在結(jié)晶器中形成，在軋制過(guò)程中進(jìn)一步擴(kuò)展。

圖 6大爛邊缺陷掃描電鏡圖及能譜分析

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2. 原因分析

（1）較小的爛邊主要是由鋼水脫氧不良、二冷水冷卻不均和角部局部冷卻過(guò)強(qiáng)等引起的近表面缺陷在加熱爐中被氧化，再經(jīng)多道次軋制缺陷被暴露和擴(kuò)展而形成的。

（2）較大的爛邊主要是由于卷渣、原材料水分偏大、結(jié)晶器冷卻條件不良和鋼水中[S]、[O]含量高，[Mn]/[S]比較低等原因造成的。

3. 控制措施

（1）優(yōu)化二冷區(qū)配水，使其在不同拉速和不同斷面連鑄坯下的冷卻強(qiáng)度均勻合理，強(qiáng)化連鑄設(shè)備維護(hù)，減少鑄坯局部冷卻不均。

（2）保證結(jié)晶器的倒錐度，嚴(yán)格二冷區(qū)的對(duì)弧。

（3）提高轉(zhuǎn)爐冶煉終點(diǎn)控制，減少因拉碳溫度不合適或化渣不透造成的點(diǎn)吹。

（4）嚴(yán)格執(zhí)行補(bǔ)加脫氧劑制度，并適當(dāng)延長(zhǎng)吹氬時(shí)間，促進(jìn)生成的夾雜物、氣體等從鋼液中充分上浮，達(dá)到鋼水脫氧效果良好。

（5）使鐵水在混鐵爐中充分混合均勻，保證鐵水硫含量控制在0.030%以下。

（6）降低鋼中S含量，提高錳硫比，確保錳硫比不小于15。

（7）強(qiáng)化對(duì)原材料的烘烤效果，盡量減少鋼中由水分帶來(lái)的氣體含量。

4. 結(jié)束語(yǔ)

（1）較小的爛邊主要是由鋼水脫氧不良、二冷水冷卻不均和角部局部冷卻過(guò)強(qiáng)等引起的近表面缺陷在加熱爐中被氧化,再經(jīng)多道次軋制缺陷被暴露和擴(kuò)展而形成。較大的爛邊主要是由于卷渣、原材料水分偏大、結(jié)晶器冷卻條件不良和鋼水中[S]、[O]含量高，[Mn]/[S]比較低等原因造成的。

（2）通過(guò)優(yōu)化二冷區(qū)配水、改善連鑄坯冷卻效果、強(qiáng)化轉(zhuǎn)爐冶煉工藝操作、降低鋼水[S]含量等措施，鑄坯和鋼水質(zhì)量得到提高，熱軋圓鋼軋制爛邊缺陷大量減少，經(jīng)濟(jì)效益十分明顯。