图 1带钢边部宏观形貌：(a)端部；(b)局部
钢铁企业通过对产品加强质量管控、深化产品缺陷分析，热轧带钢产品质量进步显著[1]，但是一些常见的起皮、分层、边部开裂等缺陷仍然影响着热轧带钢产品的生产。Q235B热轧带钢作为典型的碳素结构钢，在其生产过程中常见锯齿边并伴随着边部分层的质量缺陷，大幅降低了产品的附加值[2]。目前，钢铁行业同质化竞争日趋白热化，保证产品的高质量无疑会极大地提高产品的市场竞争力[3]。因此，分析并控制热轧带钢边部锯齿状缺陷对于提高产品质量显得极为重要。
本文以Q235B热轧带钢边部缺陷为研究对象，采用光学显微镜、电镜、氧氮氢分析仪等手段，分析缺陷产生的原因并提出可行的控制措施，为进一步提高热轧带钢产品质量和工艺优化提供理论依据和实践参考。
1. 缺陷宏观形貌
对存在缺陷的钢卷端部进行宏观观察发现，带钢锯齿边产生于钢卷两侧或单侧的边缘部位，多见于传动侧。其形貌呈不规则状，连续或断续分布于带钢边部，同时伴随边部不同程度的分层缺陷，局部出现“缺肉”现象，如图1所示。通过宏观观测，可明确缺陷的形貌、分布和尺寸。初步判断该缺陷与轧制过程的机械划伤无关，因为机械划伤的缺陷连续且不间断，且缺陷形貌近似相同。
下载:2. 轧制过程
为了排查轧制过程中关键工艺参数是否与带钢边部质量有关，查看热轧带钢产线出现锯齿边和边部分层缺陷的钢卷的生产时段，分析生产过程中的加热炉温度曲线和轧制电流曲线，可知加热炉预热段、加热段和均热段炉顶平均温度分别为1100、1250和1300 ℃，精轧各机架的轧制电流为1000~1300 A。结果表明，生产正常钢卷的加热炉温度控制曲线和轧制电流曲线与生产缺陷钢卷时的相关曲线相同，生产过程的加热和轧机负荷分配稳定，即加热和轧制工艺未出现异常。
3. 金相组织及气体分析
3.1 取样位置
在1#和2#钢卷尾部的典型缺陷位置共取2块试样，再沿带钢边部纵向切分成1-1、1-2、2-1、2-2共计4块边部试样，试样宽度为20~40 mm，长度约为250 mm，厚度为3.4 mm。在1-1和1-2钢卷上共取4处制备金相试样；在2-1和2-2钢卷边部共取5处金相试样，同时对所取试样进行镶嵌。取样位置和试样镶嵌如图2和图3所示，取样编号和位置描述见表1。
表 1取样编号和位置描述
3.2 金相分析
在显微镜下观察试样抛光后的缺陷形貌和夹杂物形态，再经体积分数为4%的硝酸酒精腐蚀后进行金相组织观察。通过观察发现，缺陷形貌、缺陷处晶粒和脱碳等情况均相似，因此选取编号为1-1-①、1-1-③和2-1-②的典型缺陷试样，以及编号为1-1-②（正常位置）的宏观正常试样作为分析对象。
图4为试样1-1-①的端面抛光形貌和金相组织，可见缺陷包括内部细长裂纹、中心分层长裂纹和孔洞，部分裂纹呈鸡爪状，并伴有不规则空腔；边部缺陷距表面约为0.6 mm，长度约为1.6 mm；表面缺陷距边部0.2~1.6 mm，深度为~0.4mm，裂纹长度为0.2~0.8 mm，裂纹与带钢轧制方向成45°；缺陷表层及截面未观察到夹杂物，推断该缺陷在铸坯加热前已经存在[4]；缺陷处存在大量氧化铁皮，沿裂纹边缘存在明显的晶粒长大和脱碳现象；组织为铁素体和珠光体。
图5~7为试样1-1-③、1-1-②和2-1-②的抛光形貌和金相组织。由图5可见1-1-③试样边部存在不规则的大块“掉肉”和孔洞，内部裂纹长度约为0.6 mm，裂纹与带钢轧制方向呈45°；表面存在脱碳现象，且无明显粗大晶粒；裂纹内存在氧化铁皮，无明显脱碳和晶粒粗大现象；未出现夹杂物，组织为铁素体和珠光体。
由图6可见试样1-1-②表面存在细长裂纹，长度约为0.7 mm，边部存在微小裂纹或“缺肉”，长度＜0.1 mm，裂纹与带钢轧制方向呈45°；表层和沿裂纹边缘存在脱碳现象，且无明显粗大晶粒；裂纹内存在氧化铁皮，未出现明显夹杂物；组织为铁素体和珠光体。
试样2-1-②表面和内部存在细长裂纹，长度约为0.9 mm，裂纹与带钢轧制方向呈45°；部分缺陷处表面组织存在明显脱碳和晶粒粗大现象；内部组织中的部分裂纹被轧合，且被轧合的裂纹处存在明显的脱碳现象，裂纹内存在氧化铁皮，未出现明显夹杂物；裂纹根部形貌呈鸡爪状，组织为铁素体和珠光体。
3.3 气体含量分析
在炼钢过程中，若对氧和氮的含量控制不当，将直接影响轧制成品的质量。为了验证带钢锯齿边和分层缺陷是否与钢质成分中有害气体含量有关，分别针对试样1-2和2-1进行气体含量的检测分析，每个试样检测2次（检测部位为缺陷附近随机取样），结果见表2。由表2可知，缺陷卷的平均氧气质量分数＞0.02%，远远高于常规值（0.01%以下），表明钢中氧含量严重超标，炼钢时脱氧不足[5]。氮气质量分数＜0.003%，低于常规值（0.006%以下），满足炼钢成分的控制标准，说明炼钢对氮含量的控制较好。
表 2不同试样所含气体（质量分数）%
4. 结果与分析
4.1 脱碳
通过观察缺陷试样的组织可知，所有试样均存在裂纹、孔洞和“缺肉”缺陷，沿裂纹边缘和表面均有脱碳现象，且在裂纹内部发现氧化铁皮，表明该缺陷与热轧工序脱碳现象相关，其产生的根源为热轧板缺陷[6]。进一步分析可知，脱碳是加热炉内裂纹与气氛接触所致，说明钢坯中存在铸坯原始缺陷，且铸坯表面裂纹缺陷无法在加热炉内去除，Q235B锯齿边缺陷的产生与之相关。
4.2 裂纹
根据金相分析，裂纹从前端靠近表面或边部处至裂纹末端，其形态和尺寸特征均相似，结合铸坯缺陷在热轧过程的演变规律（角部裂纹翻平后位于表面距边部15 mm内），以及表面缺陷距边部0.2~5.5 mm的分布范围、裂纹缺陷与带钢轧制方向呈45°夹角等特征，可以确定Q235B分层缺陷由铸坯裂纹造成[7]。
4.3 气泡和针孔
通过检测分析缺陷试样的气体含量可知，缺陷钢卷氧含量超出正常值1倍多，这加速了C–O反应，从而增加了皮下气泡和表面针孔缺陷的生成概率[8]，由于氧含量的控制主要在炼钢工序，可判断转炉炼钢存在脱氧不足的问题[9]。
5. 控制措施
（1）通过控制结晶器内钢水的液面流动，确保结晶器均匀冷却，采用合适的二冷温控模式，避开矫直温度在钢的脆性温度区，防止铸坯角部裂纹的产生[10]。
（2）在连铸中浇注钢水的过程中，为防止铸坯出现针孔和铸坯皮下气泡问题，要确保钢水充分脱氧、脱气，避免二次氧化，严格控制保护渣的水分含量，调整氩气流量，同时避免钢水浇注时的流量过大。
（3）为充分掌握铸坯表面质量与生产工艺参数的关系，在转炉炼钢和连铸工艺参数出现明显变化的情况下，对下线坯料进行宏观检查和取样检验，确保工艺变化后生产的铸坯表面质量符合轧制条件。
6. 结束语
（1）锯齿边和分层缺陷呈不规则、连续或断续形态分布于带钢两侧边部，局部存在“掉肉”现象，该缺陷与轧制过程机械划伤无关。
（2）通过加热炉加热曲线和轧制电流曲线可知，加热和轧制工艺未出现异常，即轧钢工序并非带钢锯齿边和分层缺陷产生的主要原因。
（3）通过金相组织分析可知，带钢缺陷主要为裂纹、孔洞和“掉肉”。裂纹内均存在氧化铁皮，无明显夹杂物；部分缺陷处存在明显的脱碳和晶粒粗大现象；裂纹多有分叉，根部多呈鸡爪状；非缺陷处晶粒正常，组织均为铁素体和珠光体。
（4）结合试样中氧气、氮气气体含量的检测分析结果，缺陷卷的平均氧气质量分数＞0.02%，说明钢中氧含量严重超标，炼钢时脱氧不足。综上所述，造成Q235B热轧带钢锯齿边和边部分层缺陷的原因为铸坯角部或三角区存在裂纹及皮下气泡和针孔
来源--金属世界