TMCP工艺下Q550D表面凹坑形成原理及控制措施

赵志伟，王春莉，栗增杰，闫伟伟

（河钢集团邯郸分公司，河北 邯郸 056000）

近些年来，低碳贝氏体钢因其良好的综合力学性能，在工程制造行业得到广泛应用，其中典型钢板Q550D是广泛应用钢板代表之一，主要应用于高端工程机械制造行业。

邯钢生产的Q550D大部分采用“TMCP”及“TMCP+回火”工艺，薄规格 Q550D生产过程中，由于在轧制及冷却过程中，形成较厚的氧化铁皮，在矫直过程中氧化铁皮爆裂后，压入到钢板表面，形成压入凹坑，造成用户多次提出质量异议，直接影响合同的交付。

1 Q550D生产现场工艺流程

邯钢薄规格Q550D的生产采用两阶段轧制，一阶段开轧温度控制在1060～1120℃，二阶段开轧温度控制在840～920℃，待温厚度选择2.5～3.0倍待温。除鳞水压力 18～24 MP。

为确保钢板获得理想组织，采用DQ+ACC冷却系统，DQ采用中压水喷射冷却方式，实现在线淬火功能，最大冷却速度75℃/S，ACC采用高密度层流冷却方式，冷却速度最大40℃/S，以此确保钢板得到理想组织及控制钢板的平直度。

2 氧化铁皮凹坑形貌及结构分析

采用预矫直机+DQ+ACC+热矫直机模式进行控冷和矫直，由于出ACC后，钢板表面存在氧化铁皮，在热矫直机矫直过程中破碎，在反复矫直过程中，该部分氧化铁皮被压入到钢板的表面，性能无规律的椭圆形凹坑，凹坑的深度随着矫直次数的增加变深变大。

从氧化铁皮的形貌来看，终轧温度高的钢板表面呈现出大片的黑色氧化铁皮坑，同时钢板表面的氧化铁皮凹坑直径多在3～5 mm大小，深度在2～3 mm，而终轧温度低的钢板表面氧化铁皮多呈现红黑色细小的粉末，凹坑深度多在1～2 mm，直径多在1～3 mm，但两种凹坑均不能满足工程机械行业对于钢板表面的要求。

图1 Q550D表面氧化铁皮压入凹坑形貌

经过显微镜对于氧化铁皮的结构进行分析，未矫直的钢板表面微观结构主要分为两层，其中外层75%～90%为Fe2O3+Fe3O4，内层主要为FeO，整体的厚度在30～50 μm，经过矫直后的钢板氧化铁皮厚度减少15～20 μm，由于表层的氧化铁皮与集体粘结性不强，30%的氧化铁皮脱落，压入钢板的机体内，形成压入凹坑。

75%～90%的Fe2O3+Fe3O4形成是在以下三个阶段生成的：

（1）加热阶段：当Si含量≥0.2%，钢板表面会形成较难去除的氧化铁皮，同时加热温度过高，板坯容易过热甚至过烧，很难除去。板坯在炉内加热时间越长，氧化就越严重。

（2）轧制阶段：二轧程的开轧温度及待温厚度直接决定钢板表面氧化铁皮形成的厚度及组成，降低二轧程轧制过程中钢板温度，能较好地控制氧化铁皮的形态。除鳞道次的分布，也决定氧化铁皮生成厚度。

（3）控冷阶段：在570℃以下，没有被氧化的Fe0发生共析反映4Fe0→a-Fe+Fe3O4。控制氧化铁皮的中Fe2O3+Fe3O4的比例及组成就要从以上3个方面进行工艺调整。

3 现场工艺优化及效果分析

3.1 原料成分及加热工艺优化

Si含量高的钢（Si≥0.20%），加热过程中极易在氧化铁皮与机体界面之间生成层状的铁橄榄石（Fe2SiO4），而Fe2SiO4的存在使得FeO很难与机体分离，造成除磷不彻底。

加热温度执行1150～1240℃温度区间控制。预热段空煤比不超过0.95，加热段、均热段空煤比不超过0.9.，加热温度控制在工艺要求的中限。

3.2 轧制工艺优化

轧制过程为两阶段轧制，一轧程开轧温度控制在1050～1100℃，二轧程开轧温度控制在830～880℃，终轧温度控制在800～840℃，较优化前降低20℃。降低待温厚度，待温时间缩短25S左右。

高压水压力的正常波动范围在20～23 MPa，生产前对于喷嘴堵塞情况及喷嘴到板坯的距离进行检查，以保证最佳的除磷效果。同时高压水的打水操作，在开轧、转钢完毕、二轧程开轧必须用高压水除磷。

3.3 控冷及矫直工艺优化

控冷工艺中DQ段开始冷却温度在720～800℃，冷却结束温度控制在400～550℃，钢板在超快冷阶段，温度迅速降低，有效减少了4Fe0→a-Fe+Fe3O4。

矫直工艺为避免压入加重，一方面矫直力降低4000～5000 kN，另一方面，增加机前后的吹扫设备，对于侧喷水的角度根据钢板宽度调整，确保侧喷效果。

4 实施效果及结论

（1）降低化学成分中Si含量，提高加热温度，在加热环节有效降低氧化铁皮的残余。

（2）轧制环节通过降低终轧温度，降低二轧程轧制过程温度，减少了二次氧化，使表面形成薄层的Fe2O3+Fe3O4通过调整打水道次有效降低氧化铁皮形成厚度。

（3）控冷工艺重点降低超快冷段终冷温度，有效减少了表面Fe2O3+Fe3O4的生成量，同时调整矫直压下量及增加吹扫功能，有效减轻了氧化铁皮凹坑的压入。

通过以上措施的实施，Q550D表面均呈现青兰色，表面光洁，无氧化铁皮坑，表面有明显改善提升。