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1、中厚钢板轧制过程中的表面质量问题及控制技术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技术课程论文题 目：中厚钢板轧制过程中的表面质量问题及控制技术姓 名：刘有鹏，李显龙学 号：G20158295，S20150323授课老师：韩静涛 教授专业名称：材料科学与工程日 期：2015年12月24日目录2中厚钢板轧制过程中表面质量问题及控制技术12.1 概述12.2 中厚钢板轧制过程中表面质量问题的定义及表现22.2.1 中厚钢板轧制过程中表面质量定义22.2.2 中厚钢板轧制过程中表面质量问题的表现32.3 中厚钢板轧制过程中表面质量问题的危害82.4 中厚钢板轧制过程中表面质量问题的成因分析
2、102.4.1 划伤和划痕的成因分析102.4.2 凸块的成因分析102.4.3 麻点的成因分析112.4.4 夹杂的成因分析112.4.5 氧化皮压下的成因分析112.4.6 裂纹的成因分析122.4.7气泡的成因分析122.4.8 网纹和网裂的成因分析132.4.9 结疤的成因分析132.5中厚钢板轧制过程中表面质量问题的控制技术132.5.1 在线板坯表面质量检测142.5.2 加热炉加热控制152.5.3 除鳞系统的优化152.5.4 中间环节162.6评述162.6.1 中厚板轧制表面质量的控制162.6.2 中厚板轧制表面质量的改进172.6.3 个人心得17参考文献192中厚钢板
3、轧制过程中表面质量问题及控制技术2.1 概述近些年来，我国国民经济稳步上升，社会基础设施建设逐渐完善，各行各业快速发展的同时对中厚钢板的需求量逐年增加，并且随现代社会人们生活质量的提高，科学技术的发展，对中厚钢板的的质量要求也是越来越高。中厚钢板一般指厚度4mm的钢板，主要生产方式有单机架可逆式(往复)中厚板轧机、双机架可逆式(往复)中厚板轧机、连续式、半连续式布置的轧机轧制及单或双炉卷轧机轧制。中厚钢板按厚度可以分为中厚板、厚板、特厚板三类，通常将厚度为420mm的钢板称为中厚板1，厚度为2060mm的钢板称为厚板，厚度大于60mm钢板称为特厚板。按照用途分类，中厚钢板产品主要有汽车板、锅炉
4、板、压力容器板、低合金高强度板、耐腐蚀板、碳素结构板、合金结构板、造船及采油平台板、机械建筑用板、模具板、桥梁用板、油气输送管线板等。中厚钢板的生产具有流程长、装备水平高、工艺路线复杂、技术应用密集度高等特点，其质量控制与相关技术既是钢铁企业技术水平高低的一个体现，也是钢铁企业竞争力强弱的一个体现。中厚钢板大约有200年的生产历史，世界上中厚钢板的生产的优势，60年代以前在美国，60年代以后被日本夺取。但是中厚钢板的生产趋势仍然可以归纳为以下几点：1. 轧制技术的提高；2. 厚板连铸比不断提高；3. 轧机越建越大；4. 控制轧机控制冷却等工艺的使用；5. 板型动态系统的应用；6. 精整工序的要
5、求越来越高，工序的复杂。中厚钢板是国家现代化不可缺少的一项钢材品种，被广泛用于大直径输送管、压力容器、锅炉、桥梁、海洋平台、各类舰艇、坦克装甲、车辆、建筑构件、机器结构等领域。其品种繁多，使用温度要求较广(-200600)，使用环境要求复杂(耐蚀性等)，使用强度要求高(强韧性、焊接性能好等)。一个国家的中厚钢板轧机水平也是一个国家钢铁工业装备水平的标志之一，进而在一定程度上也是一个国家工业水平的反映2。随着我国工业的发展，对中厚钢板产品，无论从数量上还是从品种质量上都已提出了更高的要求。目前，我国中厚钢板轧机生产的钢板规格，大部分是厚度为4250mm，宽度为12003900mm长度一般不超过1
6、2m。世界上中厚钢板轧机生产的钢板规格通常是厚度由3mm到300mm，宽度由1000mm到5200mm，长度一般不超过18m。但特殊情况时厚度可达380mm，宽度可达5350mm，长度可达36m，甚至60m。这说明我国生产的钢板质量与国外相比还是有一定的差距。中厚钢板的质量要求是中厚钢板制造、质量判定、产品使用的依据和规范，一般在中厚钢板的技术标准、制造协议或合同中进行规定。因中厚钢板用途广泛、品种繁多，使得中厚钢板的质量要求也多种多样。但通常中厚钢板的质量主要由使用性能、工艺性能、内部质量、表面质量、尺寸精度、板型精度等方面构成3。其中中厚钢板轧制过程中的表面质量的控制在提高总体质量水平中至
7、关重要，也是一直以来很难控制的重要质量指标之一。近年来随着中厚钢板生产自动化控制技术的应用，优化和规范了生产过程，使得工艺参数控制、尺寸精度、组织性能等问题逐渐得到解决。例如自动宽度控制系统(AWC)、厚度自动控制系统(HAGC)、板形闭环控制系统(PFC)在板材生产中的应用。使中厚钢板的尺寸与形状精度逐渐提高，现在已经能基本满足各个行业的应用需求。但是，由于一直以来对中厚钢板轧制过程中表面质量的控制缺乏系统的认识。中厚钢板的表面质量不仅影响产品外观，更重要的是表面缺陷的存在会降低钢板的耐蚀性、抗磨性、疲劳极限等。这就使得钢板的整体质量水平受到影响，也阻碍了我国中厚钢板的进一步提高。为了使中厚
8、钢板更具市场竞争力，对其表面质量进行研究也就成为了相关行业必须考虑的问题。2.2 中厚钢板轧制过程中表面质量问题的定义及表现2.2.1 中厚钢板轧制过程中表面质量定义中厚钢板在生产过程中，由于操作或钢坯的原因，不可避免地在钢板的表面上产生影响质量和外观的缺陷，这些缺陷统称为表面缺陷。钢板的表面质量，是以表面和断面缺陷的程度以及外形缺陷程度来表示的。这些缺陷基本上可分为允许存在和不允许存在两大类4。允许存在的表面缺陷，是指其缺陷的程度轻微，或者说在产品的规定范围内。例如，钢板在轧制过程中，由于轧辊造成的钢板表面的网纹和其他局部凸起缺陷，后者钢板在运行过程中，表面被划伤等。只要这些缺陷的深度或者高
9、度，没有超过钢板允许存在缺陷的规定范围，都是允许存在的。不允许存在的表面缺陷是指气泡、结疤、裂纹、折叠、夹层、分层和因氧化铁皮压入或者轧辊掉肉而在表面产生的凹凸等5-6，已超过标准规定允许的范围，但是这种缺陷一般允许清理。清理的深度，应保证钢板的厚度在公差规定的范围内。钢板表面缺陷按其来源可分为两类：一类是有钢锭或者钢坯本身带来的缺陷，称之为钢质缺陷；另一类是由钢锭或者钢坯到成品的各工序操作不当或者其他原因造成的，称之为操作缺陷。钢板的表面质量等级如下表2-1所示。表2-1 钢板的表面质量等级级别代号特征普通表面F1表面允许有深度(或高度)不超过钢板厚度公差之半的麻点、划痕等轻微、局部的缺陷。
10、较高级的精整表面F2表面允许有少量不影响成形性及涂、镀附着力的缺陷，如轻微的划伤、压痕、麻点、锯印及氧化皮。高级的精整表面F3产品两面中较好的一面无肉眼可见的明显缺陷，另一面至少达到FB的要求2.2.2 中厚钢板轧制过程中表面质量问题的表现2.2.2.1 划伤和划痕钢板表面受到刚性物质划过后留下的痕迹，在钢板上表现为低于钢板轧制面的直线或横向沟痕线条。划伤的长短不一，位置不定，大都是平行或垂直于轧制方向。划伤分布有间断的或是贯穿整张钢板的，有单独的、也有多条的，划伤中有时伴随轻微的翻卷。当发现纵向划伤的沟痕中有金属光泽时，此为低温划伤，可以判定是在矫直机后工序产生的；当划伤的沟痕中无金属光泽，
11、有的伴有氧化铁皮时，为高温划伤，可判定为在矫直机或矫直机前工序产生的。当发现横向的划伤时，多为钢板在横移过程中造成的，一般为在冷床处产生，这种划伤的沟痕中常有金属光泽。发现钢板表面上有划伤时，应注意观察划伤是否尖锐，若划伤不尖锐，根据钢板公称厚度划分，属于B级缺陷的，可以不修磨处理。若划伤尖锐时，划伤的深度超过D级缺陷的，则要把划伤处切除5。同时可根据划伤的位置、特点，准确的判断出产生划伤设备的部位，通知相关部门对造成钢板表面划伤的设备进行处理8。图2-1 钢板表面划伤和划痕示意图2.2.2.2 凸块4凸块即钢板的表面上存在异常突起，凸块的表面往往比较光滑，与气泡不同的是凸块没有爆裂。凸块主要
12、的特征是沿轧制方向有周期性，周期一般是工作辊的周长，说明在工作辊的辊面上存在掉皮现象。当凸块的凸度不超出标准要求时，可以允许存在钢板的表面上，严重时则需修磨。2.2.2.3 麻点3麻点是钢板上比较常见的缺陷之一。钢板表面的麻点是指在钢板表面分布的块状或条状的深浅不同形状各异的小凹坑或凹痕7。具体见图2-2。麻点缺陷的特征是在钢板上表现为局部或连续成片分布。形状大小不一的点状缺陷，叫麻点，当连续成片时叫麻面。麻点常见的有三种:麻点面积不大，麻点较小而密集，呈蜂窝状的粗糙面凹坑，颜色接近黑色的，叫黑麻点;另一种麻点在钢板上表现为局部块状和连续粗糙的平面，仔细观察时麻面上有呈灰白色的光滑小凹块，直径
13、约为14mm，这种麻点叫光麻点或白麻点，也就是压入氧化铁皮;还有一种叫红麻点，这种麻点在钢板上表现略为红棕色，形状类似树皮皱，呈带状。轻微的麻点缺陷可以保留。严重的或是大面积的麻点缺陷，只能剪切缺陷部分或将整块钢板判废。图2-2 钢板表面麻点示意图2.2.2.4 夹杂夹杂是指钢板的表面上带有非金属的夹杂物，夹杂的特征是沿着轧制的方向延伸，是最为容易识别的一种钢板表面缺陷。夹杂一般都带有颜色，最常见的有红棕色、淡黄色和灰白色，形状多为点状、块状和长条状。夹杂是不允许存在钢板表面上的缺陷之一，但允许进行处理，可根据夹杂面积的大小和深度，采用不同的处理方法。夹杂分为非金属夹杂、混合夹杂和金属夹杂三大
14、类。非金属夹杂是不具有金属性质的氧化物、硫化物、硅酸盐和氮化物等嵌入钢板本体并显露于钢板表面的点状、片状或者条状缺陷8。如图2-3所示。图2-3 钢板表面非金属夹杂示意图混合夹杂是指在钢板表面有嵌入钢板本体内较深，呈现块状，周边呈开放性的黑色的非金属和金属混合物质。这种夹杂单位面积大，个体之间呈条状排列，基本是沿轧制方向分布。典型的混合夹杂如图2-4所示。图2-4 钢板表面的混合夹杂示意图金属夹杂是指嵌入钢板本体内的显露于钢板表面的点状、块状、条状的金属物质。如图2-5所示。图2-5钢板表面金属夹杂示意图2.2.2.5 氧化皮压下压入氧化铁皮是热轧氧化铁皮被压入钢板表面，呈现鱼鳞状、条状或点状
15、的黑色斑迹，其分布面积大小不等，压入的深浅也不一致。主要是由于热轧钢板压入氧化铁皮，轧制后残留在钢板表面，而未有效清除，其形成过程和热轧麻点缺陷比较相似，但程度上有所不同8。典型的压入氧化铁皮如图2-6所示。图2-6 钢板表面氧化铁皮示意图2.2.2.6 裂纹裂纹是在钢板表面上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。从表截面观察，一般裂纹都有尖锐的根部，具有一定的深度并且与表面垂直，周边有严重的脱碳现象和非金属夹杂。裂纹破坏了港版的力学性能的连续性，是对钢板危害很大的缺陷。在中厚钢板上有纵裂纹、横裂纹、龟裂、发裂、微裂纹、带状裂纹、星裂等。如图2-7所示，左边的是纵裂纹、右边是横裂纹8。图2-7 钢板表面裂纹示意图2.2.2.7 气泡气泡也被称作皮下气泡，一般情况下是隐藏在铸坯表皮下面的一种针状空眼，在清理表面是可发现。气泡不规律地分布在钢板的表面上。气泡大小不一，常见的为圆型，常见的气泡直径多为 520mm，凸起在钢板的表面上，和钢板的连接处很圆滑。气泡开裂后，裂口呈不规则的缝隙或孔隙，裂口周边有明显的胀裂产生不规
