SPHC热轧酸洗板横折印缺陷分析

供稿|李大光，吴刚，胡洋 / LI Da-guang， WU Gang， HU Yang

SPHC热轧酸洗板横折印缺陷分析

供稿|李大光，吴刚，胡洋 / LI Da-guang， WU Gang， HU Yang

内容导读

针对2.0～6.0 mm SPHC热轧酸洗板生产过程中产生的横折印缺陷，文章主要从板形、化学成分、卷取温度、力学性能等方面进行实验，详细分析了横折印缺陷产生的原因，制定了控制与预防的措施，为消除SPHC热轧酸洗板横折印缺陷提供了重要依据，也为其他企业解决类似的缺陷提供了一定的帮助。

热轧酸洗板一般是指要求具有热轧板力学性能、冷轧板表面质量的经过酸洗的热轧钢板，属于“以热代冷”理想产品［1］。生产过程中，在钢板的某些部位有时会出现沿钢板横向的条状折痕，严重时分布于整个板宽，当用手触摸时有明显凹凸感存在，这种缺陷称之为横折印。经矫直后，部分横折印可以消除，部分折痕变密，该缺陷一般容易出现在低碳钢产品中，碳含量越低，越容易出现横折印［2］。

本钢生产的SPHC［知识小贴士］热轧酸洗板横折印缺陷主要集中在厚度为2.0～6.0 mm的钢板上，本文从板形、化学成分、卷取温度、力学性能等几个方面，详细地分析了横折印缺陷的规律及原因，提出了相应的解决方案，获得了良好的效果。

缺陷机理

根据文献［2］，板卷在开卷机开卷、矫直过程中属于连续的弹、塑性变形阶段。在该阶段，都将有屈服平台存在，即上、下屈服点。当连续的塑性变形超过某一临界值时，塑性弯曲会在某一区域集中进行，形成所谓的条状折痕密集区，这就是横折印产生的机理。即上下屈服点的应力差导致了横折印缺陷，屈服平台产生的主要原因是柯氏气团阻止了位错的运动，而柯氏气团是由于C、N扩散到位错周围形成的，SPHC热轧酸洗板原工艺参数见表1。

原因分析

根据SPHC热轧酸洗板横折印缺陷主要集中在厚度为2.0～6.0 mm钢板的特点，从板形、化学成分、卷取温度、力学性能等几个方面详细探讨了对横折印缺陷的影响规律。

钢板板形

选取厚度为2.0～6.0 mm的SPHC热轧酸洗板的钢板样品进行实验，见表2。可以看到，钢板板形对横折印缺陷的影响较大，在钢板平直度（特别是带钢头尾）不受控时，横折印缺陷发生的几率增大。并且当钢板平直度在0I（1 I=10-5mm）附近，可以有效地控制横折印缺陷。这里钢板平直度是指带钢沿宽度方向各点延伸率相异程度，或带钢横向应力分布的幅度，其表征单位为“I”。因此可以认为，在轧制过程中发生横折印缺陷的主要原因之一是由带钢（特别是头尾）的板形不良导致残余应力分布不均引起的［3］。

化学成分

横折印主要是由于材料屈服平台引起的。在钢的化学成分影响诸因素中，钢中气体氮能够影响柯氏气团数量，而酸溶铝能与氮结合，生成氮化铝，有效地控制钢水中气体氮含量，因此可以将钢中氮质量分数控制在40×10-6以下，酸溶铝质量分数控制在0.020%～0.060%之间，从而有效地防止横折印缺陷的产生。

另外，可以通过提高钢板的强度，降低横折印缺陷比例，也可以通过调整SPHC热轧酸洗板的化学成分来减少横折印缺陷的产生几率，见表3。可以看到，在同一加热制度、轧制工艺的前提下，SPHC热轧酸洗板的强度提高了20～40 MPa，横折印缺陷比例明显减少。

表1　SPHC热轧酸洗板工艺参数

表2　板形对横折印缺陷的影响

表3　调整前后的SPHC热轧酸洗板的化学成分（质量分数）

轧制工艺

不同的轧制工艺对钢板性能、表面横折印有较大的影响，尤其是薄规格的产品。在成分微调的基础上，终轧温度控制到860℃，卷取温度分别按640、620、600和580℃设定进行实验，见表4。

分析表4可知，在相同的终轧温度下，卷取温度越低，上下屈服点的应力差越小，强度越高，出现横折印的几率越小。这是因为，随着卷取温度的降低，屈服平台的长度缩短，减少上下屈服点的应力差，可以显著地控制横折印缺陷的发生。

表4　相同终轧温度、不同卷取温度下横折印缺陷情况

措施及效果

为了降低SPHC热轧酸洗板出现横折印缺陷的比例，通过优化化学成分、优化轧制工艺、降低卷板来料温度、采用等比列凸度轧制控制板形以及平整等措施来消除横折印缺陷。生产实践表明，各项措施效果良好，钢板形貌对比见图1，基本解决了SPHC热轧酸洗板出现的横折印缺陷问题。

图1　（a）改进前和（b）改进后的钢板形貌

优化化学成分

对SPHC热轧酸洗板的化学成分进行了优化，见表3，适当提高钢板的碳、锰含量，合理调整N、Als含量，使得SPHC热轧酸洗板的强度相应提高20～40 MPa，有效地减少横折印缺陷的比例。

优化轧制工艺

加大轧后冷却速度，以提高钢的屈服强度。由于此措施能够引起产品性能的波动，因此需要研究最佳的冷却工艺。一般可以使带钢在层流冷却中采取前段快冷，在卷后空冷过程中采用堆卷冷却的措施，从而使带钢的温度、冷却速度均匀，以提高钢板同卷性能分布的均匀性。

控制板卷来料温度

生产实践表明，带钢进平整机组开卷时，若带钢温度大于45℃，则容易在带钢表面产生横折印缺陷。可以通过空冷、风冷的方式降低钢卷温度，严格控制来料温度≤45℃，以避免温度较高引起横折印缺陷。

控制钢板凸度与平整

在生产实际中，可以通过控制钢板的板凸度来获得所需要的板形。钢板良好的板形是目前消除横折印的重要条件之一，而钢板板凸度是与精轧机组各机架间的辊缝分布有关。一般轧钢厂的设定规则是：在精轧机组的前3、4机架消除来料钢板的板凸度，而在后2、3机架要保证钢板平直度。

如何获得合理的各机架负载辊缝曲线，需要研究轧辊的弹性弯曲和压扁、工作辊热凸度分布、支撑辊和工作辊的磨损状况以及轧辊的原始磨削形状、精轧各机架轧制负荷分配等。另外，在轧制过程中，为了获得良好内应力分布的卷板，必须保持等比例凸度轧制。

同时，采用平整的手段可以有效消除低碳钢的屈服平台［4］。平整工序也是目前消除低碳钢屈服效应最经济、最有效的方法。

结束语

从板形、化学成分、卷取温度、力学性能等方面进行实验，详细分析了横折印缺陷产生的原因，提出了一系列的改进措施，基本上解决了SPHC热轧酸洗板横折印缺陷问题，为企业减少了经济损失，为其他企业解决类似问题提供了一定的参考价值。

生产实践表明，横折印缺陷是由于带钢（特别是头尾）的板形不良导致残余应力分布不均引起的。首先，应该严格控制SPHC热轧酸洗板板形。其次，带钢开卷过程应控制钢板的来料温度≤45℃。第三，对于低碳钢来说，平整是消除横折印缺陷的最有效的方法之一。第四，可以通过对SPHC热轧酸洗板的化学成分进行优化，适当提高钢板的碳、锰含量，合理调整N、Als含量，使得SPHC热轧酸洗板强度相应提高20～40 MPa，横折印缺陷比例明显减少。第五，降低卷取温度。在相同的终轧温度下，卷取温度越低，上下屈服点的应力差越小，强度越高，出现横折印的几率越小。对于SPHC热轧酸洗板而言，当卷取温度为600℃以下时，钢板具有优良的力学性能，同时能够有效避免出现横折印缺陷。

［1］ 梁振威，杜秀珍.“以热代冷”热轧酸洗板卷生产与实践//2007中国钢铁年会论文集.成都，2007：58

［2］ 管兴伟，陈建华，何晓峰，等. 热轧低碳钢“折皱”缺陷分析. 河南冶金，2011，19（6）：22

［3］ 朱涛，佘广夫，宋廷锋，等. 控制热轧板形治理横折却缺陷. 钢铁，2000，35（9）：35

［4］ 曾燕屏，张麦仓，董建新，等. 宝钢SPHC出口钢卷腰折的消除.钢铁，2002，37（4）：46

［知识小贴士］

日本钢材（JIS系列）的牌号中普通结构钢主要由三部分组成：第一部分表示材质，如：S（Steel）表示钢，F（Ferrum）表示铁；第二部分表示不同的形状、种类、用途，如P（Plate）表示板，T（Tube）表示管，K（Kogu）表示工具，U—特殊用途，W—线材、丝，C—铸件，F—锻件；第三部分采用数字，表示钢类或钢材的序号或强度值下限。有的牌号在数字序号后还附加后缀A、B、C等字母，表示不同的质量等级、种类或厚度。如：SS400——第一个S表示钢（Steel），第二个S表示“结构”（Structure），400为下限抗拉强度400MPa，整体表示抗拉强度为400 MPa的普通结构钢。在牌号主体结构（第一、二、三部分）之后，根据需要，可附加钢材形状、制造方法及热处理的后缀符号。例如文中的SPHC，即首位S为钢Steel的缩写，P为板Plate的缩写，H为热Heat的缩写，C商业Commercial的缩写，整体表示一般用热轧钢板及钢带。

Analysis of Cross Break Defects for SPHC Hot Rolled Pickling Board

10.3969/j.issn.1000-6826.2016.05.18

李大光（1987—），男，学士，工程师，专业为材料科学与工程，工作于本钢产品研究院，E-mail：646224725@qq.com。

本钢产品研究院，辽宁 本溪 117000