高合金钢板坯加热炉内断裂原因与控制策略探讨.pdf

新疆钢铁总第169期2024年第1期高合金钢板坯加热炉内断裂原因与控制策略探讨崔惠民（首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北 唐山 063000）摘要：高合金钢板具有极其出色的性能，在各个行业都得到了广泛的应用。然而，由于多种因素的影响，高合金钢板在热轧生产时常常会出现炉内断裂的情况。本文针对高合金钢板坯加热断裂的原因进行分析，并提出相应的改进对策，希望能够使高合金钢板坯炉内加热断裂的问题得到有效解决，进而为同种类型钢板制定加热制度提供一定的依据。关键词：高合金钢板；炉内断裂；控制策略DOI：10.20146/ki.1672-4224.2024.01.039中图分类号：TG142文献标识码：B文章编号：1672-4224（2024）01-0119-03Discussion on the Causes and Control Strategies of InternalFracture in High Alloy Steel Slab Heating FurnaceHuimin Cui(Shougang Jingtang Steel United Co.,Ltd.,Tangshan,Hebei 063000)Abstract:High alloy steel plates have extremely excellent performance and have been widely used in various industries.However,due to various factors,high alloy steel plates often experience furnace fracture during hot rolling production.This articleanalyzes the causes of heating fracture of high alloy steel slabs and proposes corresponding improvement measures,hoping toeffectively solve the problem of heating fracture of high alloy steel slab in the furnace,and provide a certain basis for formulating heating systems for the same type of steel plate.Key words:high alloy steel plate;furnace fracture;control strategy作者简介：崔惠民，男，36岁，本科，助理工程师，首钢京唐钢铁联合有限责任公司。E-mail：引言高合金钢是一种具有良好机械性能和耐腐蚀性的金属材料，主要由铁、碳以及其他合金元素组成。该种钢材具有强度高、韧性高、耐热性高等特点，广泛应用于航空航天、汽车铸造、建筑工程等领域当中。在高合金钢板连铸锻造后，对铸坯进行重新加热时，常常会出现钢板坯断裂的情况。这种情况不仅会使生产节奏受到影响，还会为铸钢企业带来较为严重的经济损失。因此，应对高合金钢板炉内断裂的原因进行分析，并采取相应的解决措施，以保证钢板坯在炉内加热时具有良好的质量。1热轧生产工艺流程热轧生产线主要以生产强度、精度以及附加值均较高的钢种为主，产品主要用于高耐候性结构钢的生产以及基础钢坯。热轧生产的主要工艺流程首先是将待加工钢板坯从板坯库中取出，将其置于炉侧辊道上，装钢机将钢板坯加入加热炉中。其次，钢板坯会按照提前制定好的加热制度在加热炉中加热。当钢板坯加热到一定温度之后，由出钢机将其托出，置于出炉侧的辊道上。钢板坯由托辊输送到粗轧工序，然后进行高压水除磷、定宽、粗轧等工序1。经过多道工序后，钢板坯被轧制成具有一定规格的板带产品，然后将其输送到输出辊道上，经过层流冷却，夹送辊将其运送到卷曲工序，经过卷曲机、助卷辊对其施以卷曲工艺，最后由打包机对其进行打包喷号，并运送到仓库中储存。1.1加热炉在钢板坯轧制之前，应用加热炉对其进行生产缓冲以及板坯加热。为了使钢板坯的加热需求得到满足，对钢板坯的不同阶段进行更加灵活的加热，将加热炉分为多个加热段。此外，在加热炉中应用了自动控温系统，从而更加精准的调节各个加热段的温度，针对不同种类、不同规格的钢板沿着其长度方向实现连续加热。1.2粗轧在钢板坯从加热炉中出来以后，在其表面会形成一层2-5 mm厚的氧化铁皮。应对铁皮进行及时清理，以免在后续的工序中将其压入钢板坯，使钢板坯的表面质量或者力学性能受到影响。在清理钢板1192024年第1期新疆钢铁总第169期坯表面的氧化铁皮时，可采用高压水除磷设备进行，应用水压的高度冲刷力将钢板坯表面的铁皮清除。同时，在热轧过程中，还可能会出现带钢表面翘皮的情况，一般发生在距离带钢边部150 mm以内，在钢板上下表面均有出现。在生产中一般使用连铸坯，为了使不同规格钢板坯的轧制要求得到满足，需要经过定宽工序调整钢板坯的宽度。1.3精轧精轧主要对钢板的厚度以及板形等外观进行高精度轧制。为了控制生产精度，可采用现阶段较为先进的AGC辊缝调节补偿系统进行。辊缝调节可以对各种影响轧制质量的因素进行消除，从而有效提高钢板的外观质量以及精度。在精整设备机组中主要包括平整、分卷、剪切等工序2。剪切主要通过飞剪设备完成，应用飞剪的快速切割将带钢切割成特定规格的钢材，从而进行后续加工。1.4卷曲钢板坯经过精轧工序后，终轧温度一般在800900 左右。此时，需要对钢板坯进行冷却，使其温度降下来，从而达到卷曲所需要的温度，大概为550650。在热轧生产中，常用的冷却工艺包括层流冷却、高压喷水冷却以及水幕冷却。在钢板冷却降温之后，需要马上进入到卷曲工艺。卷曲机利用冷却后的余温，通过助卷辊的协助快速对钢板进行卷曲。卷曲机主要用于对精轧产品卷曲定型，使其成为钢卷，方便后续进行打包运输。2高合金钢板坯加热炉内断裂的原因在热轧生产中，最为常见的表面质量问题即为加热内裂。造成加热内裂的原因有多种，主要包括以下几点。2.1材料性质钢板坯的化学成分、精粒度、晶界分布以及缺陷等性质在加热过程中会有不同的内裂敏感度。第一，化学成分。在高合金钢板坯中，硅、锰等元素的含量偏高，会在合金中形成脆性化合物，并且沿着晶界分布，会使晶界的能量增加，增大晶界处的热应力，降低合金的塑性，从而引发内裂的情况。第二，晶粒度。高合金钢材中的粗晶钢板具有较大的内部孔隙，容易聚集较多应力，从而引发钢材开裂问题。第三，晶界分布。晶界交界处和晶粒内部的温度分布不均，会造成热力集中的情况，最终引发钢材内裂。第四，缺陷。高合金中存在夹杂物、裂口等缺陷会使晶体界面的应力集中3。铅、锡、砷、硫等都是高合金中的有害杂质，这些元素的熔点较低，分布于合金的晶界上，使合金的塑性降低，造成内裂的情况发生。一般来说，原材料缺陷通常包括宏观偏析、固溶氢、锻轧缺陷、夹渣等问题。若原材料表面存在缺陷，在进行热处理之前并未发现，有可能会出现淬火裂纹。钢材化学成分如表1。表1 钢材化学成分（%）2.2加工工艺加工工艺也是造成高合金钢板坯发生断裂的一个重要原因。第一,减速卷曲。在钢板坯卷曲的过程中，通过减速机调节速度时，很容易发生轴向应力分布不均的情况，造成钢板坯断裂。第二，热加工。在钢板坯热加工时容易产生残余应力以及高温变形的情况，这些应力以及变形会在钢材内部累积，造成钢板坯内裂。在炉中加热时，燃料和炉中的含硫量过高，硫和镍发生作用后会形成熔点较低的共晶体，沿着钢板坯的晶界分布，使合金的塑性降低。若仪表中的指示温度比加热炉的实际温度要低，造成实际淬火温度过高，就会导致钢板坯开裂的情况。第三，剪切。在进行剪切工艺时，在剪力的作用下，在钢材坯中会产生变形和冲击应力，造成钢板坯断裂。第四，变形。若变形工艺不当，则会存在较大的拉应力和附加拉应力，造成断裂情况。2.3设备运行设备的运行情况也可能会造成钢板坯的断裂。第一，加热温度和功率。若在加热时温度过高或者功率过大，产生的热应力以及变形应力也会增加，使钢板坯容易发生断裂。特别是在加热铸锭和断面尺寸较大的钢板坯时，由于合金不具备较好的导热性，温度应力较大，容易发生炸裂。第二，加热时间。若加热过程中用时过长，也会使钢板坯内部累积更多的应力和变形，形成断裂。第三，机械加工缺陷。若机械加工不良，在钢板坯表面形成了深而粗的刀痕，在淬火时就会出现开裂。因此，在钢板坯热轧生产中，应加强在质量方面的控制，对加工参数以及设备运行情况进行严格把控，从而有效减少断裂情况的发生。3高合金钢板坯加热炉内断裂的控制措施3.1严格检查钢板坯原材料在钢板坯制造过程中，需要严格把控各个环节C0.075Mn1.53Si0.30Cr0.18Ti0.10Als0.04120新疆钢铁总第169期2024年第1期的质量。对于原材料应按照相关标准进行严格的检查，对有害元素的含量要进行严格控制。钢板坯如图1所示。图1 钢板坯当某些有害元素过多时，应该适当降低锻造时的加热温度。相关负责人应重点做好坯料的验收工作，在发现缺陷时要及时和材料员进行沟通，对于存在缺陷的铸坯要将其留在现场，要求相关人员将铸坯的缺陷消除。在复查验收合格之后才可以入炉轧制4。在钢板完成生产之后要进行抽检，保证钢板的韧性以及强度等性能与规定要求相符，保证钢材产品质量的持续稳定。3.2优化钢板坯加热工艺对生产工艺和流程也要进行较为严格的控制，对板坯的加热工艺进行优化，保持煤气热值以及炉内气氛的稳定性。加热炉内的炉压要实行微正压，实行梯形加热制度。在预热时速度不可过快，在高温段的停留时间也不宜过长。钢坯下表面的加热温度应高于上表面温度 1030，缩小上下表面之间的温度差异，降低钢材坯上表面和下表面的变形抗力差值，确保其边部的变形均匀。在进行铸锭工艺时，需要先进行扒皮或者清理砂轮，然后才能进行加热锻造5。在加热过程中，应对装炉温度以及升温速度进行合理的控制。在火焰炉中加热时，应避免燃料的含硫量过高。同时，也要避免在强氧化性的介质中进行加热，避免氧扩散到合金当中，造成合金塑性下降的情况发生。3.3增加展宽道次压下量在热轧过程中，应减少横轧展宽道次数，展宽阶段的平均压下量应不小于20 mm，从而有效提高热压变形的深透度，使不均匀变形的程度有所降低。对连铸钢坯内部的裂纹源、缩孔以及气泡要进行焊合，避免在热轧过程中裂纹进一步的扩展或者延伸。在铸锭拔长时，开始时应轻轻敲击，等铸态组织得到适当破碎，并且塑性提高之后，再逐渐增加变形量。在拔长时，应将每次的变形量控制在30 70%。在敲击时不应在一处连续敲击，而是应该采取螺旋式的锻造法，从大头向尾部敲击。若合金铸锭的塑性较低，可以在加工过程中采用塑性垫、包套墩粗等变形工艺。3.4优化轧机配辊方案对于轧机的配辊方案也要进行优化，对下工作辊系的标高进行调整，将下工作辊的辊面调整至高于机架辊辊面1520 mm。对于粗轧机的上工作辊和下工作辊辊径差应控制在2 mm之内。将辊径大小作为依据，将上辊和下辊的速度差进行缩小，将轧制过程中上板面和下板面的不均匀变形消除。工模具在使用之前应提前进行预热，预热温度一般控制在150-350，在锻造和模铸时应进行适当润滑。3.5强化对职工的安全教育在钢板的生产过程中，工人的操作对于钢板的质量也会造成影响。因此，在职工参与生产之前，应对其进行必要的安全教育和培训，促进职工操作技能以及安全意识的提升。在实际的生产过程中，职工应遵守相关的生产规则，避免因为操作不当而造成的钢板断裂问题。4结论综上所述，在高合金钢板坯加热过程中，由于多种因素的影响，经常会出现炉内断裂的情况，不仅影响生产质量，也会影响生产企业的经济利益。为了避免由于钢板坯加热炉内断裂而出现人员伤亡或者为企业造成财产损失，应采取适当的控制措施。在此过程中，生产企业应加强对此问题的重视，对生产中的各个环节进行严格把控，从而减少钢材坯断裂的情况发生，切实提高企业的生产质量。参考文献1 严加根，贾银芳，李京栋等.基于热轧工艺参数的冷轧变形抗力预报建模研究 J.钢铁研究学报，2023，35（09）：1100-1109.2 王迎春，徐国栋，华骏山等.基于双相变控冷技术的微合金钢板坯表面裂纹控制技术研发及应用 J.炼钢，2023，39（02）：68-72.3 高铝钢及微合金钢板坯连铸关键技术开发与应用 J.中国冶金，2023，33（02）：144.4 常运合.微合金钢板坯角部横裂纹成因分析及控制 J.现代冶金，2021，49（03）：47-48.5 马静超.含铌低合金钢板坯热送裂纹产生原因及控制 J.河北冶金，2021（04）：79-81+86.121