热轧盘条表面结疤原因及对策

汪先虎，姜洪刚，蒋艳菊

（本溪钢铁集团有限公司棒线材研发所，辽宁本溪117017）

热轧盘条表面结疤原因及对策

汪先虎，姜洪刚，蒋艳菊

（本溪钢铁集团有限公司棒线材研发所，辽宁本溪117017）

热轧盘条表面结疤是盘条表面缺陷的主要组成部分，直接影响到盘条在下游工序加工的生产效率和成材率。对热轧盘条常见的不同类型表面结疤进行了归类与分析，从连铸和轧制工艺的角度，追溯了盘条表面结疤产生的原因，提出了相应解决对策。

热轧盘条；表面结疤；角部裂纹；振痕；皮下气泡

本钢集团北营公司自加大线材产品开发力度以来，热轧盘条表面结疤就成为困扰北营公司产品质量的主要问题，以2013年为例，各类结疤判废量占盘条总判废量的29.8%，因盘条结疤造成下游客户拉拔断丝而产生的质量异议超过盘条总异议量的50%以上。因此，有效解决盘条表面结疤是提高北营公司产品合格率、降低盘条质量异议数量和比例的关键所在。

本文介绍了北营公司热轧盘条表面结疤常见的各类宏观形貌及微观形态，对其产生的原因进行了分析，同时提出了具体预防措施。

1　结疤的宏观形貌与微观形态

热轧盘条表面结疤都是在轧制过程中直接产生的，盘条轧制完毕后，需经过水冷箱来控制其吐丝温度，由于冷却水易在盘条表面有缺陷的部位残留和盘条存在缺陷部位的抗锈蚀能力较弱，因此，缺陷部位一般均伴随着不同程度的锈蚀现象［1］，体现在宏观上，则在盘条缺陷部位，一般都有不同程度的红锈存在。

表面结疤宏观形状复杂多样，但从微观形态来看，一般可分为有根结疤和无根结疤两种类型。

1.1有根结疤

有根结疤一般集中在盘条中局部一圈或几圈中出现，但也会单个出现，结疤大小不一，形态各异，常见的如图1（a）所示，进行高倍金相检验时，结疤有根延伸至盘条基体，如盘条的碳含量较高，则伴有明显的局部脱碳现象。从微观组织形态来看，此类结疤裂纹可分为两种：

第一种为单一的裂纹向基体延伸，形状较为规则，裂纹两侧的组织基本一致，这是因为两侧钢的基体在轧制及后续的冷却环境一致，典型的微观脱碳形态见图1（b）所示。

第二种则为结疤本体向基体延伸，深浅不一，时而连续分布，时而单独出现，结疤本体相对基体脱碳明显，结疤本体形状不规则，与基体连接处混乱不堪，见图1（c）所示，常见的宏观形貌见图1（d）所示。对此类结疤取纵向样，可以看出结疤部位相对于盘条基体的脱碳明显或组织区别较大，这是因为此类结疤与盘条基体相对独立，在轧制冷却过程中，冷却速度与基体差别较大，导致显微组织不同，见图1（e）、（f）所示。

1.2无根结疤

无根结疤一般随机地在盘条局部连续出现，形貌见图2（a）所示。做高倍金相检验时，盘条有明显的压入痕迹，且结疤一般无根，裂纹端部一般较为圆钝，盘条基体未有明显的脱碳现象，仔细观察，结疤裂纹两侧的组织大小有细微的差别，见图2（b）所示。

2　结疤产生的原因与解决方案

第一类有根结疤主要是由于钢坯在连铸过程中产生的缺陷造成的，其主要类型可分为三种：渣坑、气孔和裂纹；无根结疤一般是因为钢坯表面在轧制前存在擦伤或毛刺引起的。

2.1渣坑

钢坯表面凹凸不平，直接观察钢坯表面，可发现表层渣坑，但由于钢坯表面存在一层厚厚的氧化铁皮，部分渣坑较难发现，经火焰清理后，较易发现的明显渣坑如图3（a）所示；此类渣坑也可能为皮下渣坑，有时可在低倍检验过程中发现，如图3（b）所示。表层渣坑较深，经加热炉未得到有效的烧除，或皮下渣坑经加热炉加热后在轧制过程中暴露，即会在盘条表面形成1.1节中的第二种结疤，渣坑大小与深度直接决定盘条表面结疤的大小与分布状态，如对此类结疤中的异物成分进行进一步的电镜检验，也会发现有连铸保护渣的成分存在。

2.1.1产生原因分析

此类渣坑形成的原因为连铸拉速、液面波动较大，出现卷渣现象，或结团的渣块、渣条未及时挑出，偶尔带入钢坯形成的；不合适的浸入式水口深度、角度和保护渣都会形成铸坯渣坑或夹渣。

2.1.2解决方案

保持连铸过程恒拉速，减少液面波动，保护渣渣块或渣条应及时挑出，另外，浸入式水口的深度要合适，角度要垂直，位置要对中，并选用适合本钢种的保护渣。

2.2钢坯裂纹

钢坯裂纹种类较多，本文主要列举横向裂纹和纵向裂纹，这两类裂纹均可能出现在方坯表面或皮下，如得不到有效清除，就会在盘条表面形成各种不同类型的结疤，严重的会使盘条在轧制过程中开裂，造成堆钢等工艺事故。此类原因形成的结疤表现形式常为1.1节中的第一种结疤。

2.2.1横向裂纹

此类钢坯缺陷在各类钢种中均有可能产生，常在方坯的角部位置出现，高碳钢出现的概率要高一些。因钢坯表面存在氧化铁皮，表面裂纹不易发现。在对钢坯表面清理后，可见明显的角部横裂纹，此类角部横裂纹易产生在振痕较严重的部位，如图4（a）所示；严重振痕下面极有可能存在图4（b）所示的角部横向裂纹［2］；此类横向裂纹较易产生单个的大块翘皮状结疤，如图4（c）所示；在轧制过程中也可以在中间坯轧件表面发现明显的裂纹缺陷暴露，如图4（d）所示。

（1）产生原因

保护渣粘度过低、较强的钢坯一冷水冷却速度或拉速不合理，铸机振幅过大或振动异常，均可使铸坯表面的振痕加深，且在振痕下面出现横向裂纹。

另外，由于中高碳钢中的碳含量较高，钢坯在二冷及后续的冷却过程中，对冷却速度较为敏感，当钢坯冷却不均或冷却过快时，会使钢坯表层产生内应力，在较大内应力的作用下，钢坯较脆弱的晶界部位会产生开裂，表现在钢坯表面、角部或皮下产生的各类横向裂纹。

如钢坯的表面横向裂纹较深，在加热炉加热过程中未完全烧损去除，或皮下横向裂纹如在加热过程中暴露，最终也会形成各类表面结疤［3］。

（2）解决方案

对不同钢种采用合适的保护渣、合理的拉速和铸机振动频率、合理的冷却制度等都是减少钢坯表面裂纹产生的有效措施。另外，钢坯在冷床冷却过程中，避免激冷，坯垛堆放时，要缓冷，特别是在冬天生产期间，一定要做好厂房的保温和坯垛的缓冷。

2.2.2纵向裂纹

通常低倍检验中常发现皮下纵向裂纹，如图5所示。此类皮下纵向裂纹如在加热过程中暴露，就会产生盘条表面结疤，且常在盘条的局部位置，以连续成串的或单个方式存在，如对盘条进行轴向方向连续取样，可发现裂纹连续存在，见图6所示。

（1）产生原因分析

由于结晶器使用时间过长，铜管四角磨损严重，造成凹凸不平以及坯壳冷却不均，结晶器保护渣的黏度及结晶器冷却水不合理，或钢液注流对铸坯壳产生较严重的冲涮等原因，会使钢坯在结晶器内部产生裂纹。

（2）解决方案

优化结晶器结构，结晶器铜管磨损后应及时更换；结晶器、足辊、零段要准确对弧；选用性能良好的保护渣，保护渣的黏度要合适；浸入式水口要垂直、对中，深度合适；合理的浇注温度与拉速等措施，可以防止此类裂纹产生。

2.3钢坯皮下气泡或针孔在加热过程中暴露

此类缺陷较易在H08A、H08C、H08E及部分SAE等低碳、低硅含量钢种中产生，表现在热轧盘条上主要以块状的有根结疤出现，严重的会使盘条表面凹凸不平，甚至钢坯从加热炉出来经除鳞后，即可发现红坯表面有明显的气孔,见图7（a）所示；粗轧后，中间坯暴露各类气孔或裂纹，钢坯低倍检验结果表明，其皮下气泡级别较高，见图7（b）所示。经氧氮分析，钢中的氧含量也较高，在120× 10-6以上［4］。

此类原因造成的结疤常表现为有根结疤，和渣坑造成的结疤区别为，在结疤根部一般很难发现有保护渣成分存在，常以1.1节中第二种结疤的形式出现。

2.3.1产生原因分析

因H08A、H08C、H08E及低硅准沸腾钢生产过程中，为了保证化学成分，一般采用留氧操作，LF精炼钢中活度氧目标值在0.002 0%～0.003 5%之间，从而导致最终钢中的全氧含量较高，一般在0.01%左右，如工艺控制不当，钢水脱氧不充分或在连铸过程中保护浇铸做的不到位，均易使铸坯产生皮下气泡，当此类皮下气泡离铸坯表面较近时，钢坯在加热过程中致使气泡暴露而氧化，最终使盘条表面产生上述结疤［5］。

另外，钢中氢含量较高也能导致钢坯皮下气泡或针孔产生。

2.3.2解决方案

采取的措施如下：

强化脱氧手段，严格控制转炉下渣量，准确控制钢中的活度氧，LF精炼过程中，目标活度氧不得超过上限值，且做好连铸过程中的保护浇注，尽量降低钢中的全氧含量。同时对硅含量有范围控制要求的钢种，钢液中硅含量按中上限值控制。另外，采用干燥的入炉物料及耐材，可减少氢的来源。

2.4钢坯毛刺或擦伤

如钢坯本身存在毛刺（图8（a）所示）或较严重的擦伤（图8（b）所示），经加热炉与除鳞箱未得到有效去除，残留在钢坯上，经轧制后必然产生块状结疤，此类结疤一般在盘条的某一局部位置连续出现，常为1.1节所描述的无根结疤。在轧制过程中轧件与轧线的工艺件产生异常摩擦或刮碰，也会产生此类结疤。

另外，此类擦伤也有可能在钢坯的加热炉内因异常摩擦而产生。

对于此类结疤，应尽量避免钢坯在冷床冷却过程中和倒运过程中可能出现的擦伤，同时，应加强钢坯入炉前的检查，对存在毛刺或擦伤的钢坯应及时清理或挑出。轧制过程中，经常对轧线进行检查，发现轧件与工艺件有异常接触应及时处理。

2.5钢坯在加热过程中过热或过烧

钢坯在加热炉中加热，如局部过热或过烧，会在钢坯的晶界部位首先出现严重氧化现象，氧化部位在轧制过程中得不到压合，也会产生结疤。这种情况较少出现，可通过控制钢坯在炉加热温度和加热时间得到有效解决。

3　结语

（1）热轧盘条表面结疤宏观形状复杂多样，从微观形态可分为有根结疤和无根结疤两种。

（2）有根结疤可综合考虑结疤的宏观形貌、微观形态、金相组织、存在的部位与所发生的钢种等因素，判断是否为钢坯气泡、裂纹或渣坑等因素所造成，并可通过控制钢液中的气体含量或对连铸冷却制度的优化、保护渣保护效果改善等加以有效清除。

（3）无根结疤一般由于钢坯（或中间坯轧件）毛刺、擦伤等原因造成，可通过对钢坯自身存在的毛刺进行入炉前清理，并对轧线易堆集异物的部位进行有效吹扫等措施；同时在轧制过程中，避免轧件与轧线工艺件之间产生异常摩擦或刮碰，可消除或减轻该类缺陷。

［1］胡封轩,付军红，周桂兰.高速线材表面结疤成因探讨［J］.金属制品,2006（8）：25-27.

［2］田华彦,张林涛，邓安元，等.连铸过程中振痕缺陷的分析及对策［J］.铸造技术,2008（5）:678-681.

［3］孟祥宁,朱苗勇,程乃良.高拉速下连铸坯振痕形成机理及振动参数优化［J］.金属学报，2007（8）:839-846.

［4］汪开忠,茆勇，陶永岗.连铸准沸腾钢盘条表面缺陷原因分析及对策［J］.钢铁研究，2001（5）：27-30.

［5］赵贤平,李子林，李静宇.82B盘条常见质量缺陷分析［J］.金属制品，2008（12）：34-37.

（编辑 袁晓青）

Causes of Scabs Formed on the Surface of Hot Rolled Wire Rods and Countermeasures for Treating Scabs

Wang Xianhu，Jiang Honggang，Jiang Yanju
（Steel Bars and Wire Rods Research Institute of Benxi Iron&Steel Group Co.,Ltd., Benxi 117017,Liaoning,China）

The scabs formed on the surface of hot rolled wire rods are the main part of the surface defects,which directly influences the production efficiency and yield for processing these wire rods in downstream process.So different types of common surface scabs formed on the surface of hot rolled wire rods were classified and analyzed.Then the causes leading to the formation of scabs on the surface of hot rolled wire rods were traced based on checking both continuous casting process and rolling process.Finally corresponding countermeasures for treating the scabs were proposed.

hot rolled wire rods;surface scabs;corner cracks;oscillation marks;pinhole under the surface

TG335

A

1006-4613（2015）03-0047-06

汪先虎，硕士，工程师，2003年毕业于燕山大学轧钢机械专业。

E-mail:hyacinth2000wxh@126.com

2014-08-11