热轧钢板表面翘皮及线形条纹缺陷检测.pdf

1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/作者简介:袁方明(19712),男,研究生,工程师;收稿日期:2004207202热轧钢板表面翘皮及线形条纹缺陷检测袁方明,刘秀梅,王新华(北京科技大学冶金学院,北京100083)摘 要:通过对鞍钢热轧钢板表面翘皮和线形条纹缺陷的研究,认为此类缺陷是铸坯表层气泡造成的。对该类缺陷的成因进行了分析和推理,认为是铸坯表层气泡在轧制延伸过程中造成钢板分层并在表层逸出导致开裂形成翘皮。大多数情况下,这种分层在随后的轧制过程中被压合,而线形条纹则是翘皮被压合后形成的两条边界。关键词:热轧;钢板;翘皮;线形缺陷Detection of Surface Upwarping and Line Defects for Hot Rolled PlatesYUAN Fang2ming,LIU Xiu2mei,WANG Xin2hua(University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China)Abstract:The detection of surface upwarping and line defects for hot rolled plates produced by AnshanSteel was made.These defects was ascribed to the bled of slab surface.When the bled of the slab surfaceare extended during rolling,the slab surface is delaminated and form the surface upwarping when the gasin the bled escape along the gap of delamination.Commonly,this kind of delamination will be impressedwell during hot rolling,and the line defects become the boundaries of the impressed delamination.Key words:hot rolling;plate;surface upwarping;line defect1 前 言 热轧和冷轧钢板的表面缺陷是影响成品合格率的常见问题,也是质量异议的重点问题之一。其中,热轧钢板,尤其是23 mm规格的钢板表面翘皮和线形条纹出现频率相对较高,并且对这两种缺陷的成因说法不一。为减少此类缺陷的产生,有必要对其进行研究,探求其产生的原因。2 试验方法211 试 样 检测对象为两块鞍钢热轧钢板,缺陷主要为表面翘皮、纵向条纹。试样的工艺参数见表1。212 检测方法对试样的表面缺陷主要采用以下方法进行检测:采用便携式视频显微仪观察表面缺陷的全貌;用超声波振荡仪清洗试样,在扫描电镜下分表1 试样的工艺参数试样号卷号钢质试样大小mmmm厚度mm备注1D381M01050SPHC 180200215上表面2D381M01060SPHC 410170215上表面析缺陷表面的形貌和成分;截取表面缺陷的横断面试样,在磨样和抛光后,用扫描电镜分析缺陷的形貌和成分。3 检测结果311 缺陷的表面形貌 图1为便携式视频显微仪扫描得到的试样表面缺陷的照片。可见,两块试样均存在较为严重的翘皮缺陷。图1(a)中右侧翘皮范围达40 mm30 mm。该翘皮的右边与钢板基体相连,无明显区分界限,而翘皮左边则已开裂,与基体剥离。整个翘皮缺陷 接 近132004年第6期 物 理 测 试 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/(a)试样1(D381M01050);(b)试样2(D381M01060)图1 试样表面缺陷的视频显微仪扫描图片三角状,边界并不规则;左侧为一面积较小的翘皮,长度约5 mm,已被翻起压实。图1(b)中试样2的翘皮已暴露部分的长度约为15 mm,但从形态上观察,两条线形条纹应该是未暴露翘皮的两条边界,总长在7080 mm范围,端部剥离翘起,在轧制或卷取过程中被翻起压实形成图中所示形貌。312 缺陷的扫描电镜分析31211 试样1A区域表面电镜分析 试样1(D381M01050)表面缺陷切割位置如图2所示。为避免杂质干扰,试样使用钢锯切割。A1、A2区域为切开后暴露出来的表面部分,A4区域为脱落下来的翘皮块,A3区域为一小范围的翘皮。用超声波振荡清洗后,对A1、A2、A3及A4区域表面进行扫描电镜分析。A1区域各点的X射线能谱分析结果表明;除较少位置含Al、Si、Ca和Mg等夹杂物外,其余均为Fe。图3中A13为A1区域局部的电镜照片。其中,a点从形貌及成分上看应是杂质物(Al 261735 3%,Fe 151656 0%,Si 431464 3%,K141144 4%);d点为照片中的白色点(含Ti),在A1区域其它部位的照片中有部分白色点也含有类似成分。A2区域与A1区域类似,表面各分析位置的成分绝大多数为Fe。A3区域为一小范围的翘皮缺陷,大小约7 mm5 mm,翘皮已被翻开压实。扫描电镜观察可见,该处翘皮由于已暴露于表面,受磨损、污染较严重。X射线能谱分析该区域各点表明,基本上是Fe,有少量杂质,成分主要为Al、Si、Ca、Ti、Mg和K等。图2 试样1表面缺陷电镜分析A区域示意图图3A1区域成分分析位置示意图及各位置的电镜照片23 物 理 测 试 2004年第6期 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/ 由于A4区域是翘皮的内表面,无磨损,污染程度小,比较清晰。图3中,A42为A4区域局部的电镜照片。A4区域成分仍为Fe,只有个别点出现杂质成分,如d点成分为:Al 31459 8%,Fe 341967 4%,Ca 481160 7%,Si 91196 9%,K 41215 2%。A区域横断面电镜分析 图2标出的A2A横截面经磨样、抛光后用电镜对翘皮横断面进行观察和分析。图3中,A2A为横断面某一区域,A2A2为该区域局部放大照片。可见,裂缝处光滑平整,无杂质颗粒或其它形态的夹杂物,与基体相比,颜色无差别,但有明显分层。沿分层线各处及其它位置的X射线能谱成分分析结果表明,均为Fe。由此推断这种未压合的分层表面应为氧化铁层。31212 试样2 图4中左图为试样2(D381M01060)上较大的一处翘皮的视频显微仪扫描照片,图上标出了电镜试样的切割位置,白线框内B区域为表面观察范围,B2B为线形条纹的横断面切割位置。对B区域表面采用超声波振荡清洗,B2B横断面磨样抛光制成金相试样,用扫描电镜对试样表面及横断面进行分析,分析区域位置为B1、B2、B3、B4和B5,见图4中左图。图4中B3、B2B5,分别为缺陷平面与B2B横断面的局部电镜照片,照片上的字母为分析点的位置。图4B区域成分分析位置示意图B区域表面的X射线能谱分析结果表明,绝大部分区域为Fe。个别点含Al、Si、Ca、Mg及K等夹杂物。如图4(B3)中的e点成分为Al 81933 7%,Fe 311798 0%,Ca 221974 4%,Si 251355 0%,K10.938 9%。从成分上看可能是渣颗粒卷入造成的夹杂物。在B2B横断面上分析了若干个区域,B2B5为其中的一个,可见分层被压合后的情形。在整个横断面上表层厚度不均(1040m之间)。表2为图4(B2B5)中标出的各点(面)的成分。从X射线能谱成分分析结果来看,翘皮与基体结合处含有Ca和S。表2B2B5横断面各点成分测点AlFeCaSiMnSKNiCua1001000 0b961862 731137 3c931316 161683 9d1001000 0e961103 531896 5f961629 131370 94 结果分析及讨论411 翘皮的成因 图1、图2所示两块钢板表面的翘皮缺陷及线形条纹缺陷的X射线能谱成分分析结果表明:翘皮内、外表面及翘皮下未暴露的基体表面均为Fe,推测应为氧化铁层(所使用的S2360扫描电镜分析不出氧元素),有少量Al、Ca、Si、Ti、Mg、S等成分出现。这些成分点的物质除可能存在外来灰尘等混入因素以外,应为钢板中的夹杂物。因此,可以推测翘皮产生的根源是铸坯内部气泡造成的。在轧制过程中,靠近铸坯表面的气泡沿轧制方向延伸,最终在钢板表面逸出,导致表皮分层,在往返轧制过程中或卷取过程中,部分表皮分层剥离翘起,形成图中所示的缺陷形貌。412 线形纵向条纹的成因 产生线形纵向条纹的根源仍是铸坯内部靠近表层的气泡。从形貌上观察(图1)可见,虽然翘皮暴露部分长度为15 mm左右,但从线形条纹的位置及走向来分析,已暴露翘皮的边界处于条纹延长线上,上下两条线形条纹应该是未剥离的翘皮的边沿,已332004年第6期 物 理 测 试 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/暴露的部分只是端部一小部分。该翘皮缺陷长度应按线形条纹长度考虑,总长应在7080 mm之间,最大宽度为8 mm左右。图5为图4所示B2B横断面上线形条纹断面电镜照片,其中B2B1、B2B2分别为B2B横断面上侧、下侧两个线形条纹的横断面照片,B2B6为B2B1局部放大图。该照片分析结果可以证实上述推测。气泡在沿轧制方向延伸的过程中,造成钢板分层,同时气泡在钢板表面逸出形成两条逸出通道,分层在随后的轧制中被压合,两条逸出通道形成了两条纵向线形条纹。也可能是在经过几道次轧制后,翘皮已经形成,并在随后的轧制过程中被延伸,同时被压合,边界被延伸形成纵向线形条纹。图5 线形条纹横断面的电镜照片 值得注意的是,在B2B横断面两条纵向线形条纹之间的中部位置,裂缝处有较多的点出现S成分图4(B2B5),据此亦可推测出气泡在轧制延伸过程中的分层是沿着存在元素偏析的晶界发生的。5 结 论(1)翘皮缺陷表面扫描电镜分析结果表明,翘皮内、外表面为Fe,含有少量夹杂物,夹杂物成分主要为Al、Ca、Si、Ti、V、Mg、S和K。(2)翘皮缺陷横断面扫描电镜分析结果表明,翘皮横断面仍为Fe,存在少量夹杂物,夹杂物成分主要为Ca、Si和S。(3)纵向线形条纹表面及横断面扫描电镜分析结果表明,成分为Fe。(4)翘皮是铸坯内部气泡造成的。靠近铸坯表面的气泡在轧制过程中,沿轧制方向延伸,最终在钢板表面逸出,导致表皮分层,形成钢板翘皮缺陷。大多数情况下,翘皮被压合,有时在往返轧制或卷取过程中,部分表皮分层剥离翘起再被压实。(5)气泡在延伸过程中从翘皮两侧边界逸出,两侧边界被压合后形成两条纵向线形条纹。43 物 理 测 试 2004年第6期