轧材质量控制与深加工论文

1、北京科技大学材料科学与工程学院轧材质量控制与深加工课程论文中厚钢板轧制过程中的表面质量问题与技术控制李昂 徐伟作 者：_ 李昂 徐伟作 者：_李昂 徐伟作 者：_导 师：_专 业：_ 2015年1月6日1. 概述1.1 中厚板的定义与分类在我国，习惯上把厚度小于4mm钢板的称为薄板，厚度在4mm到25 mm之间的钢板称为中板，25 mm到60 mm之间的钢板称为厚板，大于60 mm的钢板称为特厚板，特厚板也归于厚板类，中板和厚板统称为中厚板。 中厚板是钢铁工业的重要产品之一，在我国国民经济中占有重要地位，是国民经济发展所依赖的重要钢铁材料。中厚板的生产水平也是反映一个国家钢铁工业水平的重要标志

2、。中厚板品种繁多，用途广泛，总体可以分为结构、包容以及特殊三大类。 （1）结构类：包括船舰、建筑、工程机械、桥梁及采油平台等； （2）包容类：包括锅炉、容器、管道及罐等； （3）特殊用途类：包括坦克用板、防弹板、复合板、不锈板及工具模具板等。1.2 我国中厚板的应用领域与生产现状 中厚板主要用于船舰、桥梁、锅炉、容器、石油化工、工程机械及国防建设等方而，其品种繁多，使用温度区域较广(-200-600)，使用环境复杂(耐侯性、耐蚀性等)，使用要求高(强韧性、焊接性等)。因此，中厚钢板是国民经济发展不可缺少的钢材品种。 中厚板轧机的装备水平及拥有量是一个国家钢铁工业发展水平的重要标志之一。但近十多

3、年来由于世界经济结构的一些变化，国外工业发达国家很少建新的中厚板轧机。考虑到节约能源、资源和降低成本，近年来国外不少4000 m，以下中厚板轧机相继停产、淘汰，甚至作为二手设备出售给发展中国家。 包括在建的生产线，我国中厚板生产线约有37套，年生产能力约为2500多万吨。辊身长度2300 mm-2800 mm的有19套，占总量的半数以上(规格低于3000 mm的轧机生产线在工业发达国家早在20年前己基本淘汰)。规格3000 m的生产线共有18套，其中3000mm-3800mm的13套，占总量的35%；4200mm-4300mm的有3套，占总量的8%；5100 mm的2套，占总量的5%，是目前国

4、内生产线中辊身最长的，分属与宝钢厚板厂和沙钢厚板厂。中厚板轧机有二辊式、三辊式、四辊式三种型式。目前世界上普遍采用四辊式，三辊式早己淘汰，二辊式轧机已不再建设。近年来，随着国内轧机新设备的不断上马和对原有旧设备的升级改造，中厚板产量不断提高，生产技术也有长足的进步，成材率稳步提升，但是与国外相比还有很大的差距，如：多数中厚板厂的主导产品仍为普碳钢板，其比例在70%以上，而专用中厚板的产量较低，远远满足不了需要。另外还存在钢质不纯净、偏析严重、板形较差、尺寸偏差大、表面质量不好、机械性能不稳定等问题。总之，中厚板行业的总体技术装备及管理水平比工业发达国家落后约为20到30年。1.3中厚板的轧制技

5、术1.3.1 高尺寸精度轧制技术针对厚板尺寸精度、板形、表面质量、材质性能提出了更高要求。如板厚公差要求为0.20.4mm，板宽公差要求为46mm，钢板的旁弯要求全长小于5mm。从而推动了以厚度、宽度、板形控制为主的高尺寸精度轧制技术的进一步发展。1.3.1.1厚度控制在靠近轧机(距轧机中心线2.0-2.1m)处设置Y射线测厚仪，使监控及反馈控制能快速应答从而提高钢板全长厚度精度，即在原有AGC基础上有效地利用FF-AGC和MON-AGC来保证厚度控制的高精度。1.3.1.2宽度控制日本住友鹿岛厂、川崎水岛厂、新日铁大分厂等厚板轧机在投产多年后增设了立辊轧边机。既用于平面形状控制也设置液压AW

6、C系统，具有ABS-AWC，FF-AWC，MON-AWC等功能，宽度控制精度已达5.7mm。1.3.1.3板形控制以往厚板轧制以辊型和弯辊装置作为凸度和平坦度的基本控制方法；现在厚板轧机采用工作辊移动(WRS)+强力弯辊(WRB)、成对交叉辊轧机(PC)和连续可变凸度轧机(CVC)等方法，PC轧机对全宽度的板凸度控制值已达40m水平。1.3.2平面形状控制技术由于厚钢板在成形轧制和展宽轧制阶段的不均匀变形，使轧制后的钢板偏矩形因而增加切头、切尾和切边损失，此项金属损失在以往的常规方法轧制中占5%以上。70年代末日本川崎水岛厂开发了MAS平面形状控制法，根据预测模型在成形和展宽轧制阶段，对板坯厚

7、度断面给予变化的压下量进行形状控制，使钢板在轧制终了时的形状接近矩形，自1978年此项技术应用以来，可比传统方法提高成材率4.4%。1982年左右又开发了与MAS法大体相同的“狗骨轧制法”，即轧制开始时将板坯厚度断面头尾部分轧成斜楔形，然后展宽轧制和延伸轧制。不仅日本几套主要的厚板轧机，如君津厂4724mm轧机，京滨厂5500mm轧机应用了类似于水岛厂的MAS平面形状控制方法，芬兰、英国、瑞典的厚板轧机也采用了MAS技术。水岛厂在开发MAS基础上于1985年研制出TFP技术，轧制“免切边钢板”(用铣削床铣边)。1.3.3控制轧制和控制冷却技术（TMCP技术）厚钢板控制轧制技术是在轧制过程中的不

8、同温度段给予规定的压下变形，以生产高强度、高低温韧性并有良好焊接性能的技术。五六十年代即开始控制轧制工艺的研究，70年代初该技术已成熟地应用于厚钢板生产，并在世界广泛应用。采用控制轧制工艺的目的是通过细化晶粒来提高强度和韧性，而细化晶粒的关键是控制950-600时的变形量，同时增大道次压下量的效果更佳，因而要求厚钢板轧机的轧制力要很大，刚性要很强。控制轧制的研究始于生产韧性和强度都好的造船钢板，以后，发现在添加微量合金元素(Nb，V，Ti等)的钢材轧制中更需采用控制轧制技术。因此从60年代末起，为生产用于寒冷地带的油气输送管线用含微量Nb， V等合金元素的厚钢板，采用控制轧制方法生产已成必须。

9、厚钢板在控制轧制后进行快速喷水冷却，可使低碳当量的钢板强度和韧性都得到提高，并可获得良好的焊接性能。低碳当量而强度和韧性都高的钢材，对于具有广泛用途的焊接结构钢非常重要。将钢板的控制轧制和随后的加速冷却工艺过程统称为TMCP工艺。应用TMCP工艺技术可以生产出综合力学性能和焊接性能均优良的高强度焊接结构钢板，因而该项工艺技术已成为近30年来厚钢板生产领域最为发达的工艺技术。目前，采用TMCP技术生产的钢板约占30-50， 生产钢板的最大厚度已达120mm。1.3.4 轧制过程的三个阶段中厚板的轧制有原料尺寸范围小、产品尺寸范围大的特点。通常情况下，轧制过程分为三个阶段：成形轧制阶段、展宽轧制阶

10、段和精轧阶段。（2）成形轧制阶段成形轧制也称作整形轧制，是在沿板料长度方向轧1一4道次。其目的是把板料表面轧平整，改善板面条件，为后续展宽做准备。（2）展宽轧制阶段展宽轧制也叫横轧，是在成形轧制后，将板料旋转90度，沿成形轧制时的横向方向进行的轧制，轧后使板料变宽，达到规定的轧制宽度。（3）精轧阶段精轧阶段是在展宽阶段后，再将板料旋转90度进行轧制，直到轧出规定的厚度。 首钢中厚板厂的轧制过程中没有明显的成形轧制阶段，而是将成形轧制阶段合并于展宽轧制阶段。展宽后经过一段时间的空冷待温，再进行精轧。精轧过程中如果轧件温度过高，还要再进行轧机前的空冷待温。1.4中厚钢板生产特点与质量要求1.4.1

11、中厚钢板生产特点中厚钢板外表面扁平、宽厚比大，单位体积的表面积也大。在生产上，主要有以下几种特点：（1）用平辊轧出，因此改变产品规格较简单容易，调整操作方便，易于实现全面计算机控制和生产自动化；（2）形状简单，且在国民经济中用量大；（3）由于宽厚比和表面积都很大，故在生产中轧制压力很大，因而轧机设备复杂庞大，而且对产品厚、宽尺寸精度和板形以及表面质量要求十分严格。1.4.2中厚钢板轧制的技术要求对板带材的技术要求具体体现为产品的标准。板带材的产品标准一般包括有品种（规格）标准、技术要求、试验标准一集交货标准等。根据板带材的用途不同，对其提出的技术要求也各不一样，但基于其相似的外形特点和使用条件

12、，其技术要求任有共同的方面，归纳起来就是“尺寸精确版型好、表面光洁性能高”。这两句话指出了板带钢主要技术要求的四个方面。（1）尺寸精度要求高 尺寸精度主要是厚度精度，因为它不仅影响到使用性能以及历史连续自动自动冲压后续工序，而且在生产中的控制难度大。此外厚度偏差对节约金属影响也很大。板带钢由于B/H很大，厚度一般很小，厚度的微小变化势必引起其使用性能和金属消耗的巨大波动。故在板带钢生产中一般都力争高精度轧制以及按负公差轧制。（2）板型要好板型要平坦，屋浪形瓢曲才好实用。例如，对普通中厚钢板，其每米长度上的瓢曲度不得大于15mm，优质板不大于10mm，对普通薄板原则上不大于20mm。因此对板带钢

13、的板型要求比骄傲严的。但是由于板带钢既宽且薄，对不均匀变形的敏感性又特别大，所以要保持良好的板型就很不容易。板带越薄，气不均匀的敏感性就越大，保持良好的难度也就越大。显然，板型的不良来源于变形的不均匀，而变形的不均匀又往往导致厚度的不均匀，因此板型的好坏往往与厚度精度也有着密切的关系。（3）表面质量要好板带钢是单位体积的表面积最大的一种钢材，又多用作外围构件，故必须保证表面的质量。无论是厚板还是薄板，表面都不能有气泡、结疤、拉裂、刮伤、折叠、裂缝、夹杂和压入氧化铁皮，因为这些缺陷不仅损害板制件的外观，而且往往破坏性能后成为破坏的策源地，成为应力集中的薄弱环节。（4）性能要好板带感的性能主要包括

14、机械性能、工艺性能和某些钢板的特殊物理和化学性能，一般结构钢板只要求具备良好的工艺性能，对于重要的结构钢板，要求其具有良好的综合性能。除了上述各种结构钢板以外，还有各种特殊用途的钢板，如高温合金板、不锈钢板、硅钢片、复合钢板等，它们或要求特殊的高温性能、低温性能、耐酸耐碱耐腐蚀性能，或要求一定的物理性能等。1.5中厚钢板轧机与生产工艺1.5.1中厚钢板轧机组成及布置工艺1.5.1.1中厚钢板轧机组成中厚钢板轧机最重要的标志是轧机辊身长度，它可以体现一个国家制造船舶与油气管线的能力。从轧机的结构形式划分，中厚钢板轧机主要有以下四种：二辊可逆式轧机、三辊劳特式轧机、四滚可逆式轧机、万能式轧机。在这

15、几种轧机中，二辊可逆式轧机和三辊劳特式轧机基本被淘汰，但一些厂仍然把二辊可逆式轧机作为开坯机使用。现在生产为了生产出质量较好的中厚板，大多使用四滚可逆式轧机和万能式轧机。1.5.1.2中厚板轧机的布置形式1）单机架式布置：在一个轧机上完成由原料到成品的整个轧制过程，由于这种生产方式不能满足现代化生产需求，故这种生产方式已经逐渐不再使用。2）双机架式布置：是在两架轧机上完成由原料到成品的整个轧制过程，是现代中厚板的主要生产方式。这种生产方式的粗轧和精轧分别在两架轧机上完成，故这种生产方式生产出的产品尺寸精度高、板形和表面质量都要好，而且换辊时间少。1.5.2中厚钢板的生产工艺中厚板轧制工艺流程一

16、般为：坯料加热除鳞轧制冷却矫直精整热处理成品检验标记入库交货。对于中厚板轧制工艺来说，精整工序较为复杂。 厚板轧制坯料一般有二种，一种为连铸坯，另一种是铸锭。 加热炉按其构造可分为连续式加热炉、室状炉和均热炉三种。均热炉多用于钢锭加热；室状炉则适用于特重、特轻、特厚及特短的板坯加热，或多品种少批量及合金钢种的坯或锭的加热，生产比较灵活；而连续式加热炉则适用于少品种、大批量的板坯加热，它不便于对少数板坯作特殊加热，因此，在多品种、大批量生产的中厚板厂，除连续式加热炉以外，往往同时设有室状炉和均热炉。 除鳞是对加热过程中坯料表面产生的氧化铁皮通过高压除鳞设备来去除。它的效果决定厚板的表面质量的好坏

17、。 轧制采用的轧机最早是大辊径二辊轧机，这是早期轧制厚板的方法。后来，发展为三辊劳特式轧机，这是一种专门用于轧制中厚板的古老轧机，比二辊可逆轧机优越。而现代化的大型中厚板轧机多采用装备了各种控制技术的四辊可逆式轧机。中厚板的轧制方案要考虑设备的条件和特点来拟定，正确的轧制方案不但能够发挥轧机的最大潜能，而且可以提高钢板的机械性能，同时也可以提高中厚板的成材率，达到节能降耗的显著效果。轧机前辊道上设有转向功能，可以使坯料在机前回转90，以实现坯料的纵轧横轧。另外，现代化的四辊可逆式轧机上设有多种自动控制装置，以实现中厚板的厚度、宽度、矩形、板形及温度控制。 中厚板生产中，钢板的热矫直是一道重要的

18、工序，热矫直是用辊式矫直机来矫直钢板，热矫钢板的工艺制度主要根据矫直钢板的钢种、规格、性能以及钢板外形质量的要求确定的。 精整过程中，特别要注意防止钢板混号。 热处理有正火、调质、回火和退火等处理，这是根据用户的要求来处理的。1.6 中厚板的发展趋势近年来，依靠科技进步，工程建筑、造船、节线、桥梁、汽车、锅炉、容器等行业的发展是比较高速的，相比之下，为这些行业提供材料的中厚板钓业的发展要滞后的多。特别是，而对国内市场需求结构发生的重大变化，即对普通产品中厚板的需求已饱和，但对高品质中厚板的需求日益扩大，不中厚板行业高技术含量品种的生产能力较低，专用品种的国内市场相当大部分无形中被国外透领，而技

19、术含量低的品种出现供过于求，市场竞争激烈的局而，已经严重影响了各生产厂家的利益，对我国中厚板行业的发展十分不利。因此，依靠科技进步，提高中厚板产品技术含量、优化和调整产品结构，围绕提高中厚板生产工艺技术进行技术改造，是中厚板行业自身发展以及适应中厚板使用行业需求的关键所在。要做到以下几点：（1）提高中厚板前道生产工序产品质量；（2）围绕提高总体装备水平进行技术改造：1.为提高钢板性能、板型和尺寸精度，提高轧机刚度机刚度，刚度一般应不小于8000kN/mm，加大牌坊立柱截面和支承辊直径及增大主电机功率等方面，尽量提高现有轧机的轧制力。2.为进一步提高技术经济指标，尽量增大轧机尺寸，以适应生产宽度

20、为2000 -2600mm的钢板；3.提高钢板生产的在线监测、检查装备以及自动控制水平。4.围绕不断提高中厚板生产的经济技术指标和产品的质量等级，采用少无切边(TFP)、控轧控冷(TMCP)等新技术。（3）围绕市场需求，不断优化品种结构。2. 中厚板轧制过程中的表面质量问题的定义与表现中厚板的表面质量主要是指其表面的光洁程度、表面有无缺陷等，是中厚板的主要质量指标之一。表面质量问题不仅影响产品外观，更重要的是表面缺陷的存在可能会降低钢板的抗腐蚀性、耐磨性、疲劳极限等使用性能，因而受到生产厂和用户的高度重视。2.1 表面微裂纹在生产实践中发现，在钢板表面的不同部位出现一些不易辨别的、形状不规则、

21、缝隙细小、长度不连续、形态零乱的裂纹,这种裂纹有的分散,有的成簇分布,有时会布满钢板表面,有时沿钢板横向分布,有时与其他形态的裂纹或缺陷伴随,其典型特征如图4所示。如果钢板表面存有未清理的微裂纹,在成型加工中很容易在工件的外侧面出现显著的裂纹甚至开裂。（a） (b)图4 中厚板表面微裂纹单纯的微裂纹,通常清理后深度小于钢板厚度负偏差之半,对钢板质量性能影响较小；而与其他形态的裂纹或缺陷伴随出现的微裂纹对钢板质量性能的影响,多取决于缺陷的严重程度。2.1.1表面纵裂纹纵裂纹一般有2种形式:一是成片出现的沿轧制方向裂开的小裂口,如图1a所示；二是有一定宽度的粗黑线状裂纹，如图1b所示。纵裂纹主要出

22、现在碳素结构钢钢板表面,有时也出现在低合金类钢板表面,但量较少；一般钢板越厚,越易出现。多发生在钢板宽度方向上的1/2和1/4处。纵裂纹破坏了钢板的横向连续性,对钢板危害很大,通常导致钢板判废的可能性很高。图1中厚板表面纵裂纹影响钢板表面纵裂纹的因素很多,其中铸坯原始纵裂纹是导致钢板纵裂的主要原因。铸坯纵裂纹主要是因铸坯在结晶器弯月面区初生坯壳厚度不均,在坯壳薄弱处产生应力集中,使其承受的力超过坯壳高温强度而萌生微裂纹,出结晶器后在二冷区继续扩展形成纵向裂纹。凡是影响初生坯壳凝固均匀性的因素对纵裂纹的产生都有影响,如碳含量、钢液成分及夹杂含量、钢液温度控制、浸入式水口设计与插入深度、结晶器保护

23、渣性质、结晶器导热均匀性、结晶器液面波动等。在轧制过程中,若铸坯纵裂纹未能焊合,则沿钢板轧制方向进一步扩展成纵向开裂。其一般特征是裂纹周围存在明显脱碳层,图2是图1b所示裂纹处的显微组织。由图2可见,裂纹周围脱碳明显且密布着许多小颗粒,而这些小颗粒主要为氧化物,它们的存在加剧了裂纹的产生和扩展。此外,钢中大量气泡的存在或连铸坯特定部位产生的线状夹杂分布带,在加热及轧制过程图2图1b中裂纹处的显微组织中,也可能形成沿受力方向延伸的小裂纹,并在进一步扩展后形成暴露于表面的纵向裂纹。图2图1b中裂纹处的显微组织2.1.2表面横裂纹中厚板表面横裂纹的表现形态如图3所示,横裂纹基本与钢板的轧制方向呈30

24、90夹角,分布的位置、数量、状态、大小各异,具有一定深度和长度,多位于板面或棱边处,横裂纹破坏了钢板纵向的连续性,严重的可导致钢板报废。图3中厚板表面横裂纹中厚板表面横裂纹主要是由铸坯表面横裂纹在轧制中扩展而导致的开裂,或是不明显的铸坯纵向裂纹在钢坯横向轧制时扩展和开裂形成的。其多出现在铸坯内弧振痕的波谷处,振痕越深,横裂纹越严重。在振痕底部,一般存在S、P等元素的正偏析,还常有保护渣,降低了钢的高温塑性;另外, AlN及微合金元素的碳、氮化合物等易在此处的奥氏体晶界上沉积而产生应力集中。因此,在振痕尤其是钩状振痕的底部很易产生横向微裂纹。当铸坯在运行中,受外力(弯曲、鼓肚、辊子不对中及矫直等

25、)作用,使刚好处于低温脆性的铸坯表面受拉伸应力时,会使振痕波谷处的微裂纹扩展成横裂纹或产生新的横裂纹。由此可见,影响其横裂纹的主要因素如下:(1)钢的化学成分。主要是指影响钢材热塑性的化学成分,如S、Al、Nb、V等,这些元素极易与钢中的C、N等元素结合,然后在奥氏体晶界析出,阻碍奥氏体再结晶的进程并弱化晶界强度,从而降低了钢的高温塑性。(2)振痕。振痕越深越容易出现横裂纹,有研究指出,当负滑脱时间在016s以上时,提高振动频率、降低振幅可降低振痕的平均深度。当结晶器液面波动范围大时,也易出现较深的振痕,所以应注意入水口的浸入位置、拉坯速度等,以保持结晶器液面的稳定。(3)矫直温度。连铸机矫直

26、温度对铸坯表面横向裂纹的影响至关重要。当铸坯在700 900热脆温度区矫直时,铸坯在低塑性状态下,受矫直机机械力的作用,铸坯表面容易在拉应力作用下产生横裂纹。为避免其形成,可采用平稳的弱冷却,使矫直时铸坯的表面温度高于质点沉淀温度或高于/转变温度,避开低塑性区2.2 表面龟裂龟裂一般多产生在高碳钢和合金钢等大截面产品的表面,裂纹呈龟背状,一般长度较短,多呈弧型、人字型,方向各异。龟裂常伴随或衍生出其他形态的裂纹,其深度基本超过钢板的厚度负偏差之半,严重时产品会在堆垛中被压断,因此报废的可能性较高。形成龟裂的主要原因有:(1)钢坯在加热过程中若加热温度或加热速度控制不当时,会造成钢坯局部过热,过

27、热部分将出现一定深度的脱碳层,使钢的塑性降低,在轧制中因表面延伸产生的张力作用而导致开裂。(2)含碳量高的坯料在较低温度进行火焰清理时,表面温度骤然升高引起热应力或在清理后的冷却过程中产生组织应力,从而使坯料表面炸裂。(3)含Cu钢中的Cu易向表面扩散,在钢表面及氧化铁皮下富集一薄层熔点低于1100的富Cu合金,其在1100以上熔化并侵蚀钢表面晶界,在轧制时钢板表面会沿晶界发生热脆开裂。(4)铸坯表面原有的网状裂纹或星形裂纹在轧制中进一步扩展而导致开裂。图4 中厚板表面微裂纹单纯的微裂纹,通常清理后深度小于钢板厚度负偏差之半,对钢板质量性能影响较小;而与其他形态的裂纹或缺陷伴随出现的微裂纹对钢

28、板质量性能的影响,多取决于缺陷的严重程度。2.4 麻点麻点是指在钢板表面形成局部或连续的成片粗糙面, 分布着大小不一、形状各异的铁氧化物, 脱落后呈现出深浅不同、形状各异的小凹坑或凹痕。成因: 由于钢坯加热后表面生成过厚的氧化铁皮 (钢坯加热时有部分区域有过热现象) 在轧制之前没有得到清理或清理不彻底, 在轧制中氧化铁皮呈片状或块状等形态压入钢板本体, 轧后氧化铁皮冷却收缩, 受到震动时脱落, 在钢板表面留下大小不一、形状各异、深浅不同的小凹坑或凹痕。 此外, 煤气中的焦油喷射或燃烧的气体腐蚀,也会形成焦油麻点或气体腐蚀麻点。影响: 对钢板表面质量的影响程度取决于麻点在钢板表面形成的凹坑或凹痕

29、的深度及钢板对表面质量要求的严格程度。通常情况下, 经过修磨清理后，其深度不超过相应标准规定者不影响使用。2.5 表面夹杂钢板表面夹杂缺陷是影响钢板一次合格率的重要缺陷。表面夹杂缺陷主要分布在钢板表面，呈白色或灰白色，形状不规则，面积大小及数量不确定，通常镶嵌在钢板表面向下1-3mm内，缺陷形态见图2.6 表面压入在热轧中厚板的生产过程中，影响成品钢板表面质量的因素较多，其中压入缺陷是影响钢板表面质量的主要缺陷之一，表面的压入缺陷如图所示，其主要特征是：压入缺陷的两端成尖状，在（柳叶）状的缺陷中分布着深褐色的凹坑。表面氧化铁皮压入有两个原因，一是由于高压水打击力不足或其他因素，板坯表面的一次氧

30、化铁皮未得到有效清理，造成板坯在轧制过程部分较厚或附着力较强的氧化铁皮呈片状或块状压入钢板本体; 二是钢板表面二次氧化铁皮粘结或清除不干净，在矫直时粘结并压入钢板表面。2.7 表面结疤中厚板表面结疤是指在钢板表面呈现舌状、块状、鱼鳞状压入或翘起薄片的金属片，结疤大小不一，深浅不等，结疤下常附着较多的氧化铁皮或夹杂物。表面结疤主要是由于板坯在热态下表面黏合有外来的金属物，包括板坯热切割渣铁的黏结，在辊道上输送时辊道表面黏合物( 金属或金属氧化物) 的压入、加热时移送装置表面黏附物的压入。2.8 表面网纹中厚板表面网纹是指在钢板表面呈现龟背状或其他形态网状的凸起纹络。表面网纹是由于在轧制过程中工作

31、辊冷却水不合理、换辊周期较长、轧制时“卡钢”造成“烧辊”等原因，在轧辊表面出现一条至多条连续或局部龟背状以及其他形态网状裂纹，有时表面裂纹可布满整个辊面。这些裂纹在轧制中压刻在钢板表面，从而形成凸起的网纹。2.9 表面压伤中厚板表面压伤是指钢板表面出现不同形状和大小不一的凹痕或凹坑，有的较为集中，有的则较为分散。表面压伤主要是由于轧机工作辊或矫直机矫直辊黏附较厚的氧化铁皮或其他外来金属附着物，在轧制或矫直时在钢板表面压出痕迹; 其次，钢板精整堆垛时与硬物碰压，也可能形成压痕。2.10表面划伤中厚板表面划伤是指钢板在轧制和输送的过程中被设备、工具刮出沿纵向或横向分布的单条或多条沟痕状表面缺陷。表

32、面划伤的成因: 轧辊、矫直辊磨损不均或损坏脱落，破坏钢板表面质量; 热轧区域的设备有尖棱，轧件通过时被刮擦; 钢板与轧辊或辊道运转不同步产生的滑动刮擦; 钢板在横向移动或吊运过程中与其他物体之间的刮、擦、蹭、磨。3. 中厚板轧制过程中的表面质量问题的危害中厚板的各种缺陷或多或少的影响到它的组织，特别是性能，因为每一种材料我们的最终目的是为了获取良好的性能，像力学性能、工艺性能等。而中厚钢板的各种表面质量问题都将影响到它的性能。下面就上面提到的表面质量问题的危害进行分析。麻点对中厚板的影响程度主要取决于麻点在钢板表面形成的凹坑或凹坑的深浅。当钢板表面严重的麻点经用砂轮修磨也不能达到表而质量标准时

33、，便造成整块钢板报废，只能降价销售。因麻点报废的钢板的售价比正品约减少200元/t，一块钢板以2.5t计算，便会减少销售收入500元。连续大量地出现麻点造成钢板报废，将给企业造成较大的经济损失。因此，研究中厚钢板表而麻点产生的原因，并对麻点进行预防，对于提高企业的经济效益具有重大意义。氧化铁皮对钢板的影响没有像麻点那样，主要取决于它被压入的深度以及分布区域。非金属夹杂有时易在中厚板表面形成面积较大的条形压入，但是压入的深度通常较浅，容易清理，基本不影响钢板的使用。混合夹杂对中厚板的影响较深，比较难于清理；而金属夹杂在钢板本体内形成较深的块状压入，它与金属基体在化学成分和变形条件方面存在明显差别

34、，所以轧制过程中常因不均匀变形引起的附加应力作用而伴生各种不同形态的裂纹，该裂纹对钢板的影响取决于其分布位置和数量，一般情况下易造成钢板的判废。裂纹对中厚板的影响视裂纹的长度、深度、数量、分布情况而定。通常情况下导致钢板成为废料的可能性很高。但是有些微裂纹对钢板的影响很小，只要不超过钢板的复公差，其对钢板的影响都是比较小的。气泡对钢板的影响比较严重，它在钢板一处或多处出现，很容易导致钢板的判废。折叠对中厚板表面质量的影响取决于其凹痕的深度，与轧制钢板的深度有一定的关系，严重的会造成整张钢板改尺或改判。轧制折叠较冶炼折叠容易脱落，冶炼折叠对钢板的改判的可能性较大。结疤在中厚板的分布较为分散，通常

35、数量较少，而且面积有大有小，但修磨后凹痕的深度大都超过钢板的负公差之半，对钢板的判定有一定的影响。网纹对中厚钢板的影响也是有较大影响的，它在钢板上严重粗糙了钢板的表面，大大影响了港版的加工和使用。通常网纹凸起的高度与辊面的龟裂程度有关系。划伤或者划痕对钢板的影响主要取决于沟槽的深度、数量。它的分布并没有一定的规律。 不管是什么类型的表面质量问题，我们都不希望它出现或者尽量较小它对钢板性能的影响，否则，我们在使用过程中可能会造成严重的事故，造成人员伤害和财产损失。4. 中厚板轧制过程中的表面质量问题的成因分析在中厚板轧制生产中，各种表面缺陷的形成因素既与轧制过程有关，也与钢的冶炼方式有着密切的关

36、系，缺陷的产生既有单一性也有复杂性。从整体上了解各种表面缺陷的形成原因，是中厚板表面质量问题控制的关键4.1 表面微裂纹中厚板产生表面微裂纹的原因十分复杂,其中钢种化学成分决定的高温力学性能是裂纹产生的内在因素,工艺条件和操作条件是裂纹产生的外在因素。表面微裂纹的产生主要是由于板坯表面的裂纹在入炉前清理不净或漏清理，在轧制后残留在钢板上。钢板表面裂纹主要为纵裂纹，沿轧制方向分布。此外在轧制过程中还会产生一部分横裂纹，倾斜于轧向分布。微裂纹产生的原因是多方面的,中厚板表面微裂纹不是轧制时新产生的裂纹,而是由坯料原始裂纹扩展形成的；通常轧制过程中对原始裂纹只有延伸作用而无其他影响；从裂纹内、外形貌

37、、氧化程度和裂纹中铜、砷、锡含量分析上判定,原始裂纹是沿晶界裂开的表面微裂纹。大多数与其他形态的裂纹或缺陷伴随出现,基本上是其他形态裂纹或缺陷的衍生形态,其成因与相关联的裂纹或缺陷相同，其单独出现时,主要原因是:(1)连铸机的一冷、二冷、拉速工艺制度不合理,或保护渣选用不合理、受潮,都会使铸坯表面出现许多微裂纹,在轧制中进一步暴露和扩展,导致钢板表面形成细小裂纹。(2)有些钢种因加热速度和加热温度不当,钢坯表面会出现热裂纹或少量脱碳,使塑性降低,在轧制过程中沿钢板表面形成细小裂纹。(3)钢坯中存在的皮下气泡、皮下夹杂在轧制中暴露,形成微小裂纹。(4)在蓝脆区(250300)剪切钢材时,由于钢材

38、塑性变差,因而当钢板表面受拉应力作用时,也会产生微裂纹。2.1.1表面纵裂纹钢板表面裂纹主要为纵裂纹，沿轧制方向分布。影响钢板表面纵裂纹的因素很多,其中铸坯原始纵裂纹是导致钢板纵裂的主要原因。铸坯纵裂纹主要是因铸坯在结晶器弯月面区初生坯壳厚度不均,在坯壳薄弱处产生应力集中,使其承受的力超过坯壳高温强度而萌生微裂纹,出结晶器后在二冷区继续扩展形成纵向裂纹。凡是影响初生坯壳凝固均匀性的因素对纵裂纹的产生都有影响影响连铸板坯表面纵裂的因素一般可以划分为化学成分和工艺因素两个方面。(1) 化学成分的影响 化学成分对连铸坯纵裂的影响是通过影响其高温力学性能来实现的，一般改善钢高温力学性能(特别是第脆性区

39、性能) 的元素对防止纵裂都有有益作用，而恶化钢高温力学性能的元素则促使板坯表面纵裂增加。 (2) 工艺因素的影响 除了中厚板连铸坯钢种自身的性能对板坯表面纵裂存在一定的影响外，不合理的连铸工艺是造成铸坯宽面纵裂的重要原因。纵裂在结晶器内形成，其后不合理的二冷配置加重了纵裂的扩展，工艺因素对中碳亚包晶钢纵裂影响是显而易见的，同时也是现场在钢种成分确定的情况下可进行调控的有效手段。此外,钢中大量气泡的存在或连铸坯特定部位产生的线状夹杂分布带,在加热及轧制过程中,也可能形成沿受力方向延伸的小裂纹,并在进一步扩展后形成暴露于表面的纵向裂纹。2.1.2表面横裂纹横裂纹包括角部横裂纹和表面横裂纹，它们产生

40、的机理相同，只是发生位置不同。中厚板表面横裂纹主要是由铸坯表面横裂纹在轧制中扩展而导致的开裂,或是不明显的铸坯纵向裂纹在钢坯横向轧制时扩展和开裂形成的。其多出现在铸坯内弧振痕的波谷处,振痕越深,横裂纹越严重。在振痕底部,一般存在S、P等元素的正偏析,还常有保护渣,降低了钢的高温塑性;另外, AlN及微合金元素的碳、氮化合物等易在此处的奥氏体晶界上沉积而产生应力集中。因此,在振痕尤其是钩状振痕的底部很易产生横向微裂纹。当铸坯在运行中,受外力(弯曲、鼓肚、辊子不对中及矫直等)作用,使刚好处于低温脆性的铸坯表面受拉伸应力时,会使振痕波谷处的微裂纹扩展成横裂纹或产生新的横裂纹。由此可见,影响其横裂纹的

41、主要因素如下:(1)钢的化学成分。主要是指影响钢材热塑性的化学成分,如S、Al、Nb、V等,这些元素极易与钢中的C、N等元素结合,然后在奥氏体晶界析出,阻碍奥氏体再结晶的进程并弱化晶界强度,从而降低了钢的高温塑性。(2)振痕。振痕越深越容易出现横裂纹,有研究指出,当负滑脱时间在016s以上时,提高振动频率、降低振幅可降低振痕的平均深度。当结晶器液面波动范围大时,也易出现较深的振痕,所以应注意入水口的浸入位置、拉坯速度等,以保持结晶器液面的稳定。(3)矫直温度。连铸机矫直温度对铸坯表面横向裂纹的影响至关重要。当铸坯在700 900热脆温度区矫直时,铸坯在低塑性状态下,受矫直机机械力的作用,铸坯表

42、面容易在拉应力作用下产生横裂纹。为避免其形成,可采用平稳的弱冷却,使矫直时铸坯的表面温度高于质点沉淀温度或高于/转变温度,避开低塑性区2.1.3 表面龟裂形成龟裂的主要原因有:(1)钢坯在加热过程中若加热温度或加热速度控制不当时,会造成钢坯局部过热,过热部分将出现一定深度的脱碳层,使钢的塑性降低,在轧制中因表面延伸产生的张力作用而导致开裂。(2)含碳量高的坯料在较低温度进行火焰清理时,表面温度骤然升高引起热应力或在清理后的冷却过程中产生组织应力,从而使坯料表面炸裂。(3)含Cu钢中的Cu易向表面扩散,在钢表面及氧化铁皮下富集一薄层熔点低于1100的富Cu合金,其在1100以上熔化并侵蚀钢表面晶

43、界,在轧制时钢板表面会沿晶界发生热脆开裂。(4)铸坯表面原有的网状裂纹或星形裂纹在轧制中进一步扩展而导致开裂。2.2 麻点钢坯在加热炉加热过程中,钢坯的上、下表面同炉气中的氧气、二氧化碳、水、二氧化硫发生氧化反应,生成氧化铁皮。在钢坯出炉及轧机轧制过程中，钢坯上、下表面的氧化铁皮粘在钢坯、钢板上，不能与钢分离、脱落,氧化铁皮冷却后其硬度大于热钢的硬度，在轧制过程中，被轧入钢板中，形成上、下表面黑面麻点。在轧制薄规格时，二次氧化铁皮被压入钢板上、下表面形成轻微的上、下表面黑面麻点。被轧入钢板上、下表面的氧化铁皮在终轧最后几道从钢板上脱落,露出光亮的凹坑,形成上、下表面光面麻点。麻点的形成一般是由

44、于加热方面和除磷方面的原因所造成的。（1）加热时，由于钢坯加热后表面生成过厚的氧化铁皮 (钢坯加热时有部分区域有过热现象) 在轧制之前没有得到清理或清理不彻底, 在轧制中氧化铁皮呈片状或块状等形态压入钢板本体, 轧后氧化铁皮冷却收缩, 受到震动时脱落, 在钢板表面留下大小不一、形状各异、深浅不同的小凹坑或凹痕；（2）在高压水除磷时，高压水水压不足、高压喷嘴能力小、高压喷嘴有堵塞或者高压水未能集中喷射到钢坯表面上时，都会造成麻点的产生；（3）钢坯加热过程中,由于煤气中的焦油喷射或燃烧的气体腐蚀,会形成焦油麻点或气体腐蚀麻点。2.3 表面夹杂表面夹杂的产生主要是由于板坯皮下有非金属夹杂物，在轧制过

45、程中破裂而暴露于表面，或板坯原有表面有非金属夹杂物，轧制后残留在钢板表面上。这些非金属夹杂物主要是在冶炼、浇注过程中带入，以及板坯在加热炉中加热时落在板坯表面上的耐火材料被轧制压入板面等。根据生产实践发现，表面夹杂与中间包第一炉开浇初期钢水温度保护渣化渣不良、结晶器流场不稳定等关系密切。在开浇初期低拉速情况下，因浸入式水口插入深度、结晶器液面控制精度、操作工频繁试探液面及坯壳运行情况等，引起结晶器内钢水流场不稳定，导致熔化不充分的保护渣被卷入钢水中，靠近结晶器弯月面处的钢水凝固速度较快，被卷入的保护渣无法得到充分上浮便凝固在坯壳内，形成连铸坯表面或皮下夹杂。2.4 表面压入经分析发现，无论是浅

46、层压入缺陷还是嵌入到钢板内部达几百微米的深层压入，都是由保护渣颗粒和氧化铁皮构成，由此推断坯料出加热炉，经除鳞后坯料表面的保护渣颗粒并未完全除净，而是有部分仍残留在坯料表面，钢板在高温下形成的氧化铁皮包覆着保护渣颗粒，经过后续的轧制过程入到钢板内部形成压入缺陷。加热温度过高，加热时间过长，表面温度越高，氧化越严重。在加热过程中，若出现上述情况的一种，在出钢轧制时，氧化铁皮便会粘在钢坯，不容易被清除掉，从而形成表面压入缺陷，氧化铁皮的去除难易与钢种表面生成的氧化铁皮的结构有关，每一个钢种均有一最佳的加热制度。另外，高压喷嘴堵塞会造成高压水打击力不足和高压水未能集中喷射到钢坯表面上，造成钢板表面除

47、鳞不彻底，会在钢板表面残留未除尽的保护渣颗粒和氧化铁皮。在后续的轧制过程中，残留的保护渣和氧化铁皮会压入到钢板表面形成压入缺陷2.5 表面结疤表面结疤主要是由于板坯在热态下表面黏合有外来的金属物，包括板坯热切割渣铁的黏结，在辊道上输送时辊道表面黏合物( 金属或金属氧化物) 的压入、加热时移送装置表面黏附物的压入。2.6 表面压伤表面压伤主要是由于轧机工作辊或矫直机矫直辊黏附较厚的氧化铁皮或其他外来金属附着物，在轧制或矫直时在钢板表面压出痕迹; 其次，钢板精整堆垛时与硬物碰压，也可能形成压痕。2.7表面划伤表面划伤的成因: 轧辊、矫直辊磨损不均或损坏脱落，破坏钢板表面质量; 热轧区域的设备有尖棱

48、，轧件通过时被刮擦; 钢板与轧辊或辊道运转不同步产生的滑动刮擦; 钢板在横向移动或吊运过程中与其他物体之间的刮、擦、蹭、磨。5. 中厚版轧制过程中的表面质量问题的控制技术中厚钢板的生产主要由加热、轧制、冷却、剪切、矫直、热处理等工序组成。在整个生产线自动化方面，目前已经发展到了大型传动技术、过程控制技术、工艺控制技术和计算机管理技术为一体的综合控制技术阶段。在生产过程中，一方面要将影响中厚板质量的关键工序点进行有效控制，即根据客户对产品的交付标准下达生产控制指令，以便各主体设备的控制模型进行自动控制；另一方面，要将控制执行和质量检测的实际数据进行科学的采集、分类。钢板在生产中质量控制过程见图。

49、为了减少或防止表面缺陷的产生，还需对中厚板各生产工序过程进行工艺优化。图 中厚板生产过程中的质量过程控制5.1在线板坯表面质量检测入炉前对板坯表面质量缺陷部位进行清理，可以有效避免钢板表面质量问题。板坯表面缺陷的检测分为人工检测和自动检测两种方式。人工检测存在劳动强度大、很难实现在线检测、不能保证缺陷完全被检测出等缺点。为了提高效率，保证板坯的缺陷检测率，可以采用板坯表面缺陷自动检测系统。板坯表面质量检测系统是一种基于机器视觉、采用模块化设计的系统，在线表面质量检测系统示意如图N所示。图 N 为上表面检测示意图，下表面检测与之相同。通过控制台(即显示终端)可以观察到缺陷的在线检测结果，并且可以调出缺陷的历史数据进行分析。图 N 在线表面质量检测系统示意5.2加热炉加热控制优化板坯在加热炉内加热时，影响板坯氧化的原因主要有加热温度、加热时间、空燃比等。加热温度过高、时间过长、空燃比过大时，将会造成氧化铁皮又厚又黏，难以清除，轧制时就会引起大块状的氧化铁皮压入。因此，在加热工序中应对加热温度、加热时间、空燃比等进行严格的控制。为达到精确控制炉温的目的，烧嘴采用脉冲燃烧控制，即控制每个烧嘴的燃烧时间，使加热炉的每个烧嘴都在其最佳工况下运行，从而保证炉内温