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冷轧断带原因分析

2021-03-27 14:56:11 佛山市昊顺商贸有限公司 阅读

在钢铁市场整体低迷的情况下,下游用户为了控制生产成本,在增大冷轧压缩比的同时,采用不经中间退火直接大压下量轧至目标厚度的方式进行生产,压下率普遍达到 85% ~ 95% ,这对热轧卷板的冷加工性能提出了更高的要求。

冷轧基料用于制造加工易成型、强度要求不高的部件,市场需求量极大。随着生产量的增加,前道工序缺陷流至冷轧产线的风险也随之增大。原料存在缺陷易因受力不均导致裂纹产生,裂纹在轧制过程中扩展易造成轧机处断带,严重影响冷轧工序生产节奏。

且处理断带过程繁琐,给企业带来严重的经济损失。而对于热轧原料缺陷和受力的差异,对冷轧过程中因轧制边裂而导致断带的影响,很难被发觉,且在此之前,很少有相关文献资料。

本文对冷轧轧制过程中,断带处存在的缺陷,裂纹发生原因和扩展机理进行了细致研究,并对缺陷形成原因进行了简要分析。

  1 断带处缺陷形貌及成分分析
1. 1 缺陷宏观形貌
实验材料是从某冷轧产线轧制断带发生实例中获取的两种裂纹发生处缺陷样板,宏观形貌如图 1 所示。
1. 2 断带处成分分析
1. 2. 1 钢种成分
实验钢种为五机架六辊连轧机下非极限规格的普通 IF 冷轧带钢,带钢成分及规格见表 1。
1. 2. 2 缺陷处成分

将缺陷处样板用 99. 5% 无水乙醇清洗后,采用扫描电镜观察缺陷处形貌和成分,结果如图 2 所示 ( 缺陷编号与图 1 对应) 。可见缺陷( a) 处有明显颗粒状异物压入,缺陷( b) 处有大量嵌入基体杂质。

采用扫描电镜附带能谱仪( EDS) 对缺陷处非基体物质进行成分分析,结果见表 2( 成分编号与图 1 图 2 对应) 。可见缺陷( a) 处异物颗粒成分主要为铁和氧,认为缺陷处异物颗粒为热轧工序产生氧化铁压入; 缺陷( b) 处含大量钠、铝、硅、钙等杂质成分,认为缺陷处杂质为炼钢工序保护渣卷入。

综上所述,两种导致冷轧带钢轧制过程发生断带的缺陷( a) /( b) 分别为热轧工序的氧化铁压入和炼钢工序的保护渣卷入。

2 缺陷致断带机理分析

图 3 为使用 Auto CAD 绘制的在冷轧轧制过程中,缺陷处裂纹形成示意图。本文取材所用的带钢,在轧制过程中轧制力和五个机架间带钢张力范围见表 3。

由于缺陷与基体非同类物质,在相同轧制力垂直于带钢表面的分量 F1 作用下,缺陷与基体结合处易因受力不均而产生裂纹。在 F2 = ( 轧制力剪切方向分量 + 带钢张力) 作用下,裂纹源扩展,严重时发生断带,造成产线停产。

3 缺陷在上游工序形成原因分析
3. 1 热轧工序氧化铁压入

板坯进入加热炉后,钢坯表面会产生较厚的炉生氧化铁皮,随着铁皮厚度的增加,炉生氧化铁皮会包覆一些粒度较小、粘附在钢坯表面的保护渣。钢坯出加热炉后,由于粗除鳞水嘴堵塞、除鳞水嘴的角度和高度不当等原因使得除鳞水的打击力降低,导致除鳞后表面仍然有部分炉生氧化铁皮和保护渣颗粒没除掉。

结合上文分析结果可知,缺陷处为颗粒状氧化铁,在此处排除表层保护渣的可能性。在粗轧可逆轧制过程中,原生氧化铁皮被碾碎并压入带钢基体。粗轧区压下率可达 80% 左右,随着可逆轧制的进行,破碎的氧化铁压入基体的深度增加,嵌入基体破坏基体完整性。粗轧过程中也会产生一次氧化铁皮,一般为浅层压入,此处可排除。
3. 2 炼钢工序保护渣卷入

保护渣是在连续铸钢过程中,在结晶器内的钢水液面上用以保温、防氧化和吸收非金属夹杂的物料,保护渣基本上以 SiO2 - CaO - Al2O3 三元系为主要材料。

保护渣的卷入主要是钢水在表面相向流动时产生的漩涡引起的,主要有以下 4 种原因。
( 1) 结晶器内钢流在由窄面转向中心流动时,对渣 - 钢界面产生剪切作用,使一部分保护渣在此环流方向上被延伸。当流速超过某一临界值,被拉动的液渣最后断裂成乳化渣滴,被卷入钢液,可能被凝固坯壳的前沿捕捉。
( 2) 水口对中不良、水口堵塞等原因,造成结晶器偏流形成漩涡,漩涡把保护渣卷入钢液内部。
( 3) 弯月面扰动,水口周围的氩气泡引起渣 -钢界面的扰动,牵引液态钢高于正常液面形成钢水局部波动。
( 4) 液面结壳,钢水温度太低时造成结晶器保护渣结壳,形成絮状渣团,容易被带入钢中。后续的火焰机清工序,清理深度一般在 0. 8 ~ 4. 0 mm 范围内,不能保证将卷入的保护渣彻底清除。未被清除的保护渣,经过热轧 - 冷轧多道轧制,形成一种与基体结合的表面缺陷。在轧制的过程中,易产生裂纹,并沿轧制力剪切分量和带钢张力方向扩展,造成轧制断带。