中厚板外观缺陷的种类、形态及成因

1、中厚板外观缺陷的种类、形态及成因摘要:热轧中厚钢板表面缺陷的存在是一种普遍现象，表面缺陷是造成影响钢材的产品质量、成材率和合格品的重要原因之一。热轧钢板的表面缺陷是评价钢板表面质量的依据，其缺陷类型，外观特征，产生原因，防治措施，是多年以来积极研究而进行探讨的问题。关键字：中厚板 缺陷 分析1、前言中厚板是重要的钢材品种之一，是国民经济中造船、锅炉、石油、化工、工程机械和国防建设等行业所需的重要原材料，有着广泛而重要的应用。近年来，我国的多数中厚板厂进行了大规模的改造，同时又建了一批新厂，中厚板的产能有大幅度的提高。在中厚板规模大幅度提高的同时，新建的中厚板厂从工艺布置、技术水平、生产装备等方

2、面来看，都达到了国际先进水平；建厂较早的中厚板厂也基本完成了工艺线理顺、设备改造和技术升级，从而使我国中厚板的产量和质量有了同步提高，满足了拥护对产品质量和用途日益提高的要求，拓宽了中厚板的应用领域和范围，已成为热轧钢材中产量增长最快的产品。与此同时，中厚板的质量也成为人们普遍关注的问题。特别是表面质量，对中厚板的生产和使用均有重要的影响，而受到生产厂和用户的高度重视。因此，在生产过程中在保证性能的同时，必须加强对钢板表面质量影响的控制与检验，对影响钢板外观质量的缺陷进行准确的界定和判定，对缺陷产生的因素进行科学的分析，对减少和防止钢板外观缺陷的产生，提高钢板的外观质量有重要作用。2、几种典型

3、缺陷的特征成因和影响2.1、过烧特点：钢板表面呈现大面积连续的或不连续的蓝灰色的粗糙麻面或鳞片状翘皮。通常表面会出现一定深度的脱碳层，内部晶粒组织粗大，并伴有魏氏组织出现。产生主要原因：钢板在加热炉高温段停留时间较长或加热温度过高，或者是加热炉内的氧化气氛太浓，造成钢坯表面过度氧化。对钢板的影响：钢坯过热，使钢板表面产生一定深度的脱碳层，不仅使钢板表面严重粗糙，内部晶粒过分长大，而且严重降低了钢板的力学性能和加工性能，使用过程中易在钢板表面形成不规则。深度较浅的裂纹，对钢板的质量有致命的原因。控制措施：（1）制定合理的加热制度，控制加热温度。加热速度和加热时间，防止钢坯产生过热(烧)现象。（2

4、）控制炉内气氛，在保证燃料完全燃烧的前提下，尽量减少过剩空气量，采取微正压控制，减少炉门开启时间，防止冷空气吸入。2.2、麻点特征：在钢板表面形成局部的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。产生主要原因：钢坯加热时部分区域过热，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）在轧制前未清理或清理不彻底，轧制中氧化铁皮呈片状或块状压入钢板中，轧后氧化铁皮冷却收缩，在受到振动时脱落，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，煤气中的焦油或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。对钢板的影响：对

5、钢板质量影响程度取决于麻点在钢板表面形成的凹坑或凹痕的深度，及对钢板表面质量要求的严格程度，通常情况下，修磨清理后，深度不超过相应指标不影响使用。控制措施：（1）按坯料规格及钢种的不同合理控制加热炉各段的加热温度，合理控制煤气（燃油）空气配比，提高燃烧的充分性；（2）加热炉待温时要有效地控制喷嘴火焰强度，避免焰火长时间对钢坯直接烧蚀；（3） 保证高压水压力，保证除磷效果。2.3、氧化铁皮压入特点：钢板表面压入的氧化铁皮可分为一次氧化铁皮(灰褐色Fe3O4鳞层)和二次氧化铁皮(红棕色FeO和Fe2O3鳞层组成)，依据氧化铁皮种类不同压入深度有深有浅分布面积有大有小多数呈块状或条状。产生主要原因：

6、（1）加热时间过长，使钢坯表面形成的氧化铁皮太厚而不易清除。（2）在轧制前，高压水压力不足或其它原因，钢坯表面氧化铁皮未能有效清理，造成轧制过程中部分较厚或附着力较强的氧化铁皮呈片状或块状被压入钢板本体。对钢板的影响：氧化铁皮在钢板表面的压入深度和分布区域，通常情况下影响不如麻点。修磨后一般不影响钢板的使用。控制措施：（1）制定合理的加热制度，控制加热速度和加热时间，防止出现过度的氧化铁皮；（2）控制轧制温度，防止出现过多的二次氧化铁皮；（3）提高除鳞机的除鳞效果。2.4、表面夹杂(渣)表面夹杂(渣)是钢板本体内嵌入或压入非本体异物的统称，分为非金属夹杂(渣)和金属夹杂两大类。非金属夹杂不具有

7、金属性质的氧化物、硫化物、硅酸盐和氮氧化物等嵌入钢板本体并显露与钢板表面的点状、片状或条状缺陷。非金属夹杂大致有以下几种类型。2.4.1、褐色非金属夹杂（“红锈”）特征：嵌入钢板本体内的显露于钢板表面的点状、片状或条状的褐色或红褐色非金属物质。有研究指出，“红锈”是钢板中的硅含量和终冷温度有关。对钢板的影响：非金属夹杂有时易在钢板表面形成面积较大的条形压入，但压入的深度通常较浅，容易清理，基本不影响钢板使用。产生主要原因：（1）在炼钢过程中，脱氧剂加入后形成的脱氧化合物，在凝固过程中来不及浮出，排除而残留于钢坯中，轧制后显露于钢板表面；（2）炼钢中间、钢包等的耐火材料崩裂，脱落后进入钢水，并随

8、钢水铸入板坯，轧制后暴露于钢板表面；（3）由于连铸浇铸速度快，捞渣不及时，造成保护渣随钢液卷入结晶内，在钢坯和坯壳之间形成渣钢混合物，轧制后暴露于钢板表面；（4）钢坯在加热炉内加热时，加热炉耐火材料崩裂落到钢坯表面，轧制时压入钢板。2.4.2、白色非金属夹杂特征：在钢板表面嵌入钢板本体的显露于钢板表面的点状、片状或条状的非金属物质，微观形态为白色或灰白色的岩相组织。对钢板的影响：白色非金属夹杂有时易在钢板表面形成面积较大的条形压入，但压入的深度通常较浅，容易清理，基本不影响钢板使用，有时因较严重的“水口”侵蚀或剥落而产生的大型夹杂会造成钢板的判废。2.4.3、黑色非金属夹杂特征：在钢板表面有嵌

9、入钢板本体内较深，呈现为块状，周边呈开放性的黑色非金属和金属混合物质。该种夹杂单体面积较大，个体之间呈条状排列，基本是沿轧制方向分布。产生主要原因：大包和中包包衬侵蚀、脱落；连铸浇铸速度过快，捞渣不及时，造成保护渣随卷入钢液，上述因素导致结晶器内形成渣钢混合物，轧制后在钢板表面产生团块嵌入式延展开裂。对钢板的影响：缺陷的深度较深，有的超过钢板的厚度一半，甚至贯穿，其多数情况下造成钢板的判废。2.4.4、金属夹杂特征：在钢板表面嵌入钢板本体的显露于钢板表面的点状、片状或条状的非金属物质。它是外来未融金属所造成的夹杂物，其多系偶然的外来因素造成的。产生主要原因：（1）连铸时，金属片、金属块、金属渣

10、条等落入坯壳与拉矫辊之间，压入板坯壳内，轧制后暴露于钢板表面。（2）钢坯在火焰切割时由于切割枪氧压低或波动，造成大型的熔融渣铁粘附到切口边缘的上表面或下表面，在轧制时压入钢板表面。对钢板的影响：在钢板本体内形成较深的块状压入，由于它与金属基体在化学成分和变形条件方面存在明显差别，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，该缺陷对钢板的影响取决于其分布位置和数量，一般情况下会造成钢板的判废。2.5、裂纹特征：在钢板表面形成具有一定深度和长度，一条或多条长短不一、宽窄不等、深浅不同、形状各异的条形缝隙或裂缝。从横截面观察，一般裂纹都有尖锐的根部，具有一定的深度并且于表

11、面垂直，周边有严重的脱碳现象和非金属夹杂。裂纹破坏了钢板力学性能的连续性，是对钢板危害很大的缺陷。产生主要原因：（1）钢坯在加热炉内加热不均匀或轧件受力不均，使得轧件各部分延伸和宽展不一致，在钢板应力作用下形成裂纹；（2）钢坯在加热炉内加热不均或者轧件受力不均，使得轧件各部分延伸和宽度不一致，钢板在应力作用下形成裂纹；（3）钢坯加热或轧件冷却速度过快，产生较强的热应力或组织应力集中，而产生裂纹；（4）轧制过程中，喷水过多，使轧制温度过低钢板延伸性变差，形成裂纹。控制措施：（1）严格钢坯质量检验，不合格不投产；（2）加强钢坯的加热操作，控制好加热速度、加热温度和均匀加热，防止过热、过烧；（3）制

12、定合理的轧制温度制度和压下规程，防止钢板的冷却不均或局部过冷。2.5.1、纵裂纹特征：纵裂纹一般有两种形式：一种是成片状出现的沿轧制方向裂开的小裂口；一种是有一定宽度的粗黑线状裂纹。纵裂纹主要出现在碳素结构钢钢板表面上，有时也出现在低合金类钢板表面，板厚大于20mm的钢板出现纵裂纹的几率比较大。纵裂纹破坏了钢板的横向连续性、对钢板危害性很大。产生主要原因：（1）纵裂纹主要是由于钢坯在凝固过程中坯壳厚度不均造成的，当作用在坯壳的拉应力超过钢的允许强度时，在坯壳薄弱处产生应力集中而导致断裂，出结晶器后在二冷区扩展形成纵向裂纹，在纵向扎之中沿钢板轧制方向扩展并开裂；（2）如果钢板出现多道贯穿轧制方向

13、的裂纹，则有可能是比较严重的钢坯横裂在钢坯横向轧制时扩展和开裂形成的；（3）钢中大量气泡的存在，在加热及轧制过程中形成沿受力方向延伸的小裂纹，并经进一步扩展而导致开裂。对钢板的影响：视裂纹的长度、深度、数量、分布情况而定。通常情况下，导致钢板被判废的可能性很高。控制措施：（1）使结晶器弯月面区域坯壳生长厚度均匀。（2）缸的碳含量、夹杂物含量、钢液温度控制、浸入式水口设计与插入深度、结晶器保护渣性质、结晶器导热均匀性、结晶器液面波动、二次冷却和钢液中气体含量等。因此稳定冶炼，连铸机轧制工艺是减少钢板表面纵裂纹产生的关键。2.5.2、横裂纹特征：裂纹基本与钢板的轧制方向呈3090夹角，呈不规则的条

14、状或线状等形态，分布的位置、数量、形态、大小各异，具有一定深度和长度，破坏了钢板纵向连续性。产生主要原因：表面横裂纹多出现在铸坯的内弧振痕的波谷处，造成振痕部有微裂纹或坚壳带较薄，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，还往往填有保护渣，降低了钢的高温塑性；钢种AL、N含量过高，促使AlN质点沿A晶界析出以及C、N化合物等很容易在此处的奥氏体晶界上沉积而产生应力集中诱发横裂纹，钢坯在低温脆性区的铸坯表面受外力（700-900矫直，二次冷却强度过高（水量大，表面温度低，外狐处于受压阶段，内弧处于受拉阶段，在而拉速过慢）拉伸作用时，就会使振痕波谷处的微裂纹扩展和开裂，或者

15、是钢坯不明显的钢坯纵裂纹在钢坯横向轧制时扩展和开裂。主要影响因素：（1）钢的化学成分，主要指影响钢材热塑性的化学成分，如S、Al、Nb、V等元素，他们非常容易与钢中的C、N等元素结合后在奥氏体晶界上析出，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0.16s以上范围时，提高振动频率，降低振幅可以降低振痕的平均深度。当结晶器液面波动范围大时，也易出现比较深的振痕，所以应注意入水口的浸入位置、拉坯速度等，以保证结晶器液面的稳定；（3）矫直温度，连铸机矫直温度对铸坯表面横向裂纹有至关重要的影响。当铸坯在700-900的热

16、脆温度区矫直时，铸坯在低塑性状态下，受到矫直机械力的作用，铸坯表面容易在拉应力的作用下产生横裂纹。为避免这种横裂纹的形成，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。对钢板的影响：横裂纹在钢板表面表现形态较多，其深度通常在0.51.5mm，个别严重的可达到钢板厚度的1/41/3，造成钢板判废的倾向性较高。控制措施：（1）采用高频率、小振幅结晶器振动；（2）二冷配水量分布应使钢坯表面温度均匀并尽量减少钢坯表面和边部的温差；（3）根据钢种不同选择合适的保护渣，保护渣的用量和黏度既要保证减浅振痕，又要防止坯壳粘结；（4）钢坯矫直时避开脆性温度区；（5）合

17、理控制钢中Al、N的含量，以减少AlN的形成和析出。2.6、星裂特征：在钢板表面分布着形状类似于簇状或不闭环多边形等形泰较为复杂,深浅不一、清晰可见的裂纹.由于这种裂纹大多呈现为多边形的星状,故通称为 星形裂纹.一般沿轧制方向呈带状分布,有的呈弥散分布,有的呈密集分布.裂纹内含有硅酸盐等杂物.通常低合金钢种比普通钢发生星裂的几率高,一般钢板越厚,出现星裂的几率越高。产生主要成因：星裂大多出现在Mn、Si 、Cu 、Al含量较高的钢种，来源于钢中或结晶器的铜原子在高温下有较高的自有能，容易向晶界扩散并富集在初生的A体晶界上，硅酸盐类夹杂物也随钢水的流动富集在A体上，这就大大降低了晶界的强度在钢坯

18、的冷却过程中，由于晶粒收缩而钢坯表面形成星形裂纹，这种带有星状裂纹的钢坯在加热时，裂纹间隙周边受到高温氧化气氛的侵蚀，出现脱碳层和魏氏组织，在轧制中由于表面的延展加剧了钢坯原生裂纹的扩展和演变。对钢板的影响：星裂对钢板质量的影响程度取决于星裂在钢板表面分布状态，通常呈弥散分布的星裂其深度较浅，大多数情况下清理后不超过钢板的负公差；呈较密集带状分布的星裂其深度基本上都超过钢板的负公差，对钢板的判定影响较大，判废的倾向性较高。控制措施：（1）将铜结晶器改为镀层结晶器，对正结晶器并控制结晶器的锥度，防止Cu元素渗入钢坯而弱化表层晶界；（2）采用热装热送缩短钢坯到加热炉的时间，减少Cu原子的富集量；（

19、3）选择合适的保护渣并合理控制结晶器给水温度；（4）合理控制钢坯加热制度，防止过热、过烧；（5）制定合理的轧制工艺，增加钢坯压缩比。2.7、皴裂特征：在钢板表面呈现出数量较多、面积较大、较为短细、长度不连续的横向裂纹，类似于冬季人手背部冻伤裂口。产生主要原因：当钢坯的加热温度超过临界点温度AC3时，钢的晶粒过分长大，晶间结合力减弱，使钢坯的热塑性降低或者因钢坯表面存在细小的微裂纹在加热过程中被氧化，轧制中在钢板表面和角部产生裂纹或裂缝。对钢板的影响：皲裂出现在钢板表面时，通常表现为数量较多、分布面积较大，修磨和清理难度较大，对钢板表面质量影响较大，大多数情况下钢板被判废可能性较大。2.8、龟裂

20、特征：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，多呈弧形、人字形，方向各异。龟裂常伴随或衍生出其他形态的裂纹，其深度基本都超过钢板的厚度负公差之半，严重时，产品会在堆垛中被压断，因此被判废的可能性较高。产生主要原因：（1）钢坯在较低温度进行火焰清理时，表面温度聚然升高，引起热应力或清理后的冷却过程中产生组织应力，使钢坯表面轻微炸裂；（2）钢坯加热温度或加热速度控制不当，造成钢坯局部过热(通常钢坯的下加热面)加热部分出现一定深度的脱碳层，降低钢的塑性，在轧制过程中，由于表面延伸产生龟裂；（3）钢坯表面的网状裂纹，和星形裂纹在轧制中扩展和开裂。（4）含Cu钢中的Cu

21、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，此合金在1100以上溶化并浸蚀钢表面晶界，在轧制变形时，是钢表面沿晶界发生热脆裂开裂。对钢板的影响：存在一定的脱碳层，有时也伴随或衍生出其他形态的裂纹。裂纹深度基本超过钢板的厚度公差之半。控制措施：（1）采取预热或利用产品余热进行火焰清理；（2）控制加热制度，防止出现过热、过烧；（3）防止钢坯出现网裂或星裂等原始缺陷。2.9、发裂特征：在钢板表面分布着形状不一、深度较浅的发状细纹，有长有短，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，产生主要原因：（1）由于连铸机的一冷二冷冷速及拉速不合理，或者保护渣

22、选用不合适，保护渣受潮，造成钢坯表面许多微裂纹，在轧制中暴露和扩展；（2）某些钢种因加热速度和加热温度不当，使钢坯表面出现裂纹和少量的脱碳导致塑性降低，轧制中在钢板表面形成细小裂纹；（3）钢坯本身存在的皮下气泡皮下夹杂等，在轧制中暴露而形成微小裂纹。对钢板的影响：钢坯微裂纹形成的细小裂纹在钢板上的形态大多呈现出有规律的弧线形，弧线的顶端与轧制方向相同。加热不当产生的裂纹规律性不强，大多呈长短不一的“蚯蚓”形线状，修磨清理后不影响。但发裂有时不易发现，在钢板弯曲或卷取加工时，如果缺陷在钢板外弧面将产生较明显的裂纹或开裂。控制措施：（1）加强连铸工艺的控制和钢坯的验收、检查及清理；（2）制定合理的

23、加热制度和加热速度，尽可能增加压缩比，采用合适的压下规程和冷却制度。2.10、微裂纹特征：在钢板表面的不同部位出现一些不易辨识的、形状不规则、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。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。对钢板的影响：单纯的微裂纹，通常清理后深度小于钢板的负公差之半，对钢板的质量性能的影响较小；而与其他形态的裂纹或缺陷伴随出现的微裂纹对钢板性能的影响，大多数情况下取决于钢板的严重程度。产生主要原因：（1）铸坯方面的因素是由于连铸

24、机的一冷、二冷拉速的不合理，和保护渣选用不合理或受潮，造成铸坯表面出现许多微裂纹，在轧制中暴露和扩展而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）剪切钢板时，由于钢材塑性变差，表面受拉应力作用时产生微裂纹。对钢板的影响：单独出现的裂纹对钢板的影响较小，通常清理后深度小于钢板的负公差之半；与其他形态的裂纹或缺陷伴随出现的微裂纹对钢板的影响，大多数情况受相关缺陷严重程度的影响。2.11、带状裂纹特征:在钢板表面上

25、的分布面积较长,由各种形状不同、大小不一、各体之间相互渗透、单体面积不等的裂纹构成，整体表现为以条状或带状形态分布的裂纹在一定区域富集，条状或带状裂纹长度方向与钢板的轧制方向相同。这种缺陷在钢板表面呈现为单区域或多区域同时存在的形式。主要影响因素：主要是由于钢板表面存在较为密集的不同形态的细小裂纹，在轧制中暴露、扩展，由于裂纹个体间距较小，不同形态的裂纹相互渗透，从而在钢板表面形成较为密集的裂纹聚集区。对钢板的影响：条状或带状裂纹在大多数情况下是几个区域同时出现，其修磨后的深度基本上接近或超过钢板的负公差，严重地呈现出明显的沟槽，深度可达2mm以上。因此，它对钢板的使用和改判影响显著，判废的倾

26、向很高。2.12、气泡特征：在钢板表面分布出现无规律分布的、或大或小的鼓包，外形比较圆滑。气泡开裂后，裂口呈不规则的缝隙或空隙，裂口周边有明显的涨裂产生的不规则“犬齿”，裂口的末梢有清晰的现线状塌陷，裂口内部有肉眼可见的夹杂物富集。产生主要原因：气泡缺陷的成因有两类。一类是钢坯皮下夹杂物引起的，它主要与中间包水口对中不良或保护渣质量有关，保护渣卷入钢水后产生的含有非金属夹杂的气囊，在轧制时，气体体积缩小，压力增大而引起鼓包并呈现在钢板局部表面上，此类缺陷表面处呈青色。另一类是钢中气体引起的，连铸时由于拉速较快，钢坯内部的气体没有充分的时间溢出，留在钢坯内部形成气泡，在轧制时气泡扩展，导致金属局

27、部难以焊合，当气泡内压力足够大时将在钢板表面鼓起形成鼓包。对钢板的影响：使钢板一处或多处甚至大面积出现闭合或开裂的气隙及腔隙，通常情况下都造成钢板的判废。控制措施：（1）只要将连铸钢水的溶解氧含量控制在一定的范围内，就能够控制气泡，保证连铸及铸坯轧制工艺顺行；（2）全程保护浇铸的镇静钢的氩气泡，通过控制气体流量和优化结晶器钢水流场，就能够得到有效控制。（3）选择合适的坯型，正确制定加热制度和压下规程，增加气泡等缺陷的焊合。2.13、轧制折叠特征：钢板表层金属互相折叠，其缝隙与表面倾斜一定角度，内有较多的氧化铁皮，常呈通长的直线型，也有局部或断续地呈曲线形或锯齿分布在表面上。产生主要原因：轧制时

28、，因卫板安装不当或松动、个别机架辊磨损后产生的尖角对钢板表面的划伤，形成的表层金属褶皱或开裂、翻翘；轧件被严重划伤或撞击产生局部开裂形成褶皱；加热炉滑轨划伤导致钢坯下表面金属褶皱或开裂。上述几种情况在轧制中叠压形成折叠。对钢板的影响：在钢板表面上的数量较少，形成凹坑的深度一般情况下小于冶炼折叠，且容易脱落。控制措施：（1）严格坯料质量检查，缺陷清理不合格的坯料；（2）控制轧件的抛出速度，保持适当的下压力，避免轧件下抠与机架辊、轨道撞击；（3）加强机前机后轨道的点检，避免出现“死辊”。2.14、结疤特征：钢板表面呈现为舌状、块状或鱼鳞状压入或翘皮的金属片：一种是与钢的本体相连接，并折合到表面上不易脱落；另一种与钢的本体无连接，但粘合到表面，易于脱落。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。产生主要原因：钢坯热态下表面粘结有外来金属物，如钢坯热切割时火焰切割渣铁的粘结，在轨道上输送时轨道表面粘附物(金属或金属氧化物)的压入，加热时滑轨表面粘附物的压入，炉底处堆积过后的氧化渣铁的粘附，在轧制过程中压入钢板表面。2.15、分层