關(guān)鍵詞：熱軋棒材；表面缺陷；形貌;控制
東北特鋼集團(tuán)撫順特殊鋼股份有限公司生產(chǎn)的黑皮鋼材常常存在一些表面缺陷，對(duì)于直接下料鐓鍛的用戶，其質(zhì)量異議中表觀質(zhì)量缺陷占到80%以上，廠內(nèi)渦流探傷檢驗(yàn)中，一次合格率不足75%，不合格料需要反復(fù)修磨、探傷、組坯，給生產(chǎn)帶來極大困擾。因冶煉、加工兩個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生的缺陷各有其特點(diǎn)^[1]，本文結(jié)合加工生產(chǎn)中出現(xiàn)的缺陷形貌及理論分析，對(duì)棒材表面加工缺陷的產(chǎn)生進(jìn)行歸類總結(jié)。 
1　生產(chǎn)工藝
撫順特殊鋼股份有限公司連軋廠熱軋棒材生產(chǎn)主要的工藝路線為:電爐→精煉→連鑄（200mm×200mm或240mm×240mm方坯）→軋制（13~90mm圓鋼）。該生產(chǎn)線主要設(shè)備：60tUHP電弧爐、LF爐、VD爐、四流弧形連鑄機(jī)、端進(jìn)側(cè)出步進(jìn)梁式加熱爐、24架連軋機(jī)組。
在渦流探傷不合料中隨機(jī)抽取30~90mm圓鋼進(jìn)行酸洗、角向局部修磨等，對(duì)渦流探傷不合的噴油標(biāo)記并進(jìn)行記錄統(tǒng)計(jì)。
2　缺陷分析及控制措施
2.1折疊
折疊缺陷是在軋制過程中產(chǎn)生的，圖1為表面折疊缺陷引起裂紋的典型形態(tài)，裂紋多與鋼材表面成15°~75°角，尾部圓鈍，兩側(cè)輕微脫碳或無脫碳，內(nèi)有氧化鐵皮，開口度較寬。典型折疊缺陷酸洗后表面多呈雙道平行線狀，在整支鋼材上通長(zhǎng)分布。生產(chǎn)中也存在單道的折疊缺陷，往往與鑄坯原始裂紋混淆，但鑄坯原始裂紋因?yàn)榻?jīng)過高溫加熱，高倍下裂紋兩側(cè)脫碳往往較嚴(yán)重，如圖2所示。

產(chǎn)生折疊的主要原因是成品之前的軋件有耳子，其次，在軋制過程中各個(gè)道次所產(chǎn)生的飛邊、嚴(yán)重的刮傷，以及輥環(huán)破壞、輥槽嚴(yán)重磨損等情況，都可以使成品表面產(chǎn)生折疊；另外，如坯料存在嚴(yán)重缺陷，清理不當(dāng)也可能造成折疊。因此，減少或避免折疊的主要措施有:合理設(shè)計(jì)孔型，準(zhǔn)確估計(jì)寬展，精確調(diào)整輥槽和導(dǎo)衛(wèi)位置，減輕或消除成品前軋件的耳子、飛邊、刮傷等缺陷，仔細(xì)清理坯料表面的嚴(yán)重缺陷。
2.2結(jié)疤
棒材結(jié)疤缺陷的產(chǎn)生與鑄坯原始表面質(zhì)量、軋制操作、軋后頭尾剪切及設(shè)備狀態(tài)等密切相關(guān)。結(jié)疤缺陷雖然形態(tài)各異，但相對(duì)于裂紋、折疊等隱性缺陷，屬于較為直觀的缺陷，易于分析和定位其產(chǎn)生環(huán)節(jié)。
圖3所示的小結(jié)疤缺陷是在渦流探傷后發(fā)現(xiàn)的，回查當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)條件發(fā)現(xiàn):該批鋼材因除鱗水堿度過高，造成除鱗噴嘴堵塞，除鱗效果不佳，表面氧化鐵皮殘留較多，一些粘連在鋼坯表面的氧化鐵皮軋后即在鋼材表面出現(xiàn)不連續(xù)的小結(jié)疤^[2]；此外，還會(huì)造成大量的麻坑缺陷。因此，保證除鱗水水質(zhì)、定期清理和維護(hù)噴嘴可減少該類缺陷。

圖4所示結(jié)疤缺陷多產(chǎn)生在鋼坯頭尾部，是連鑄坯火焰切割產(chǎn)生的火切殘余物在軋制過程中粘附在鋼材頭尾部位，進(jìn)行頭尾剪切時(shí)未完全切凈產(chǎn)生的。因此，連鑄坯分定尺切割時(shí)需保證切割質(zhì)量，盡量減少殘留物。使用助燃劑等補(bǔ)充火焰切割槍的熔斷能力、軋后適當(dāng)增加切頭尾長(zhǎng)度是控制此類缺陷的有效措施。

圖5所示坯料的角部磨損產(chǎn)生于連軋廠加熱爐內(nèi)。連軋廠加熱爐為端進(jìn)側(cè)出步進(jìn)梁式加熱爐，出爐采用固定于爐墻探入爐內(nèi)的懸臂輥方式出爐，出爐操作步驟為動(dòng)梁帶料抬起、向前運(yùn)動(dòng)、動(dòng)梁下降（鋼坯放置在懸臂輥上）、轉(zhuǎn)動(dòng)懸臂輥出爐。定梁高度與懸臂輥上輥沿平齊，如裝料過密或者鋼坯偏斜，則轉(zhuǎn)動(dòng)懸臂輥出爐前一支鋼坯時(shí)，后一支鋼坯的下表面也被懸臂輥輥沿反復(fù)摩擦，出現(xiàn)如圖5所示的坯料損傷，后續(xù)軋制即出現(xiàn)大片結(jié)疤缺陷。
圖6所示的壓入型單點(diǎn)深坑，也可歸為結(jié)疤類缺陷，這種缺陷多產(chǎn)生于鋼材近頭部位置。連軋廠軋機(jī)的前6架粗軋機(jī)為平立交替箱方型孔型系統(tǒng)，入口采用滑動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)，軋件順利咬入和穩(wěn)定軋制而不發(fā)生扭轉(zhuǎn)依賴于入口導(dǎo)衛(wèi)和上輥環(huán)之間的夾持力，因此入口導(dǎo)衛(wèi)與上輥環(huán)間距應(yīng)與前架次軋件尺寸一致。軋件出平軋機(jī)后頭部上揚(yáng)、平立軋機(jī)軋制線對(duì)中不好、入口導(dǎo)衛(wèi)過高都會(huì)導(dǎo)致在咬入瞬間坯料頭部被軋機(jī)輥環(huán)輾起鐵角子，粘附在軋件表面，在后續(xù)生產(chǎn)中繼續(xù)軋制、脫落后即會(huì)造成這種缺陷。在生產(chǎn)中，尤其是變換鋼種和坯型時(shí)，適當(dāng)調(diào)整滑動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)的高度、規(guī)范粗軋道次軋件尺寸可以減少這種缺陷。

2.3劃傷
鋼材表面劃傷完全是一種加工缺陷，劃傷漏檢可能造成用戶使用過程中的表面開裂，尤其是用戶冷鐓使用時(shí)危害更大，往往造成批量性廢品。
其主要產(chǎn)生于鋼材軋后的輸送輥道及通道側(cè)壁部位。由于輥道軸承抱死、鐵皮等異物卡死導(dǎo)致輥道停止轉(zhuǎn)動(dòng)，通道側(cè)壁立輥調(diào)整不當(dāng)或連接處突出，這些不動(dòng)的硬點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)著的紅熱鋼材相接觸即產(chǎn)生劃傷，這種劃傷往往較淺，如圖7所示；另外還有一種較為嚴(yán)重的劃傷，是產(chǎn)生于軋機(jī)入口導(dǎo)衛(wèi)夾板及出口導(dǎo)管處，由于導(dǎo)衛(wèi)導(dǎo)管安裝或?qū)χ胁划?dāng)，鋼材經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生劃傷。要杜絕劃傷需要從設(shè)備定檢維護(hù)、報(bào)警裝置使用、軋鋼工定期對(duì)軋機(jī)導(dǎo)衛(wèi)巡檢等方面入手。

2.4輥傷
輥傷產(chǎn)生于有缺陷的旋轉(zhuǎn)部件處，可能是軋機(jī)軋輥、滾動(dòng)導(dǎo)衛(wèi)輥、通道地輥、通道側(cè)立輥、矯直輥等處。輥傷的最主要特征是在棒材的長(zhǎng)度方向上呈規(guī)律性分布，缺陷以固定的長(zhǎng)度周期出現(xiàn)，圖8為典型的矯直輥傷。

發(fā)生堆鋼事故后要對(duì)軋輥和導(dǎo)衛(wèi)輥表面進(jìn)行確認(rèn)，查看是否粘附著鐵皮；對(duì)于變形抗力較大的高合金品種應(yīng)切除頭部，避免頭部冷卻快產(chǎn)生的硬點(diǎn)損傷軋輥，軋后應(yīng)檢查軋輥表面是否存在硬傷凹坑;軋后勤取小樣，小規(guī)格材取小樣的長(zhǎng)度應(yīng)適當(dāng)加長(zhǎng)，酸洗后勤檢查可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)輥傷，根據(jù)輥傷分布規(guī)律及時(shí)找出產(chǎn)生的位置，可以減少輥傷廢品量。
2.5其他表面缺陷
2.5.1褶皺
褶皺缺陷表現(xiàn)為鋼材表面縱向多條堆積狀缺陷，深度不等，見圖9。在成品鋼材上多與成品孔型的輥縫位置相對(duì)應(yīng)，褶皺與孔型的使用狀況及孔型結(jié)構(gòu)與軋制變形有關(guān)，輕微的褶皺不會(huì)對(duì)鋼材的使用產(chǎn)生不良影響，嚴(yán)重的褶皺缺陷同裂紋等一樣深入鋼材表面，形成嚴(yán)重缺陷，漏檢后會(huì)影響客戶使用。

文獻(xiàn)^[3]通過金相缺陷分析及有限元模擬技術(shù)指出:褶皺是在棒材軋制的初期形成的，是一種再結(jié)晶現(xiàn)象，模擬結(jié)果顯示溫度和變形能等級(jí)是控制表面缺陷形成的最重要參數(shù)，通過改變孔型，限定變形能可以減少不穩(wěn)定性。這個(gè)結(jié)論與撫鋼連軋廠生產(chǎn)實(shí)際相吻合，軋制頭幾道次的孔型越不光潔，軋材表面褶皺的程度越重;軋制初期孔型越光潔，軋材表面褶皺程度越輕。
因此控制孔型的使用壽命、過鋼量、合理的孔型設(shè)計(jì)是解決熱軋棒材表面褶皺缺陷的主要手段。
2.5.2中間坯料角裂
在連軋生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，連鑄坯加熱工藝制度對(duì)軋材表面質(zhì)量有重要的影響;生產(chǎn)過程發(fā)現(xiàn)的另外一種較為典型的缺陷如圖10~圖12所示，缺陷的產(chǎn)生與加熱工藝相關(guān)。加熱時(shí)預(yù)熱段溫度與鋼坯熱狀態(tài)不匹配，易使原始晶粒粗大塑性差的鋼坯產(chǎn)生裂紋。

對(duì)于冷坯加熱的情形，因?yàn)榇嬖阼F素體/滲碳體→奧氏體轉(zhuǎn)變，該轉(zhuǎn)變將導(dǎo)致鑄坯表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，故在該相變溫度附近不能過快加熱（加熱速率不高于4℃/min），否則就容易產(chǎn)生表面裂紋。對(duì)于鑄坯熱送熱裝的情形，由于在表面和內(nèi)部可能同時(shí)存在兩個(gè)相反的相變過程（鐵素體/滲碳體奧氏體轉(zhuǎn)變），這使得鑄坯表面的應(yīng)力狀態(tài)更為復(fù)雜，因而更易產(chǎn)生表面裂紋。只有當(dāng)入爐溫度遠(yuǎn)離相變溫度范圍，才能有效避免表面裂紋的產(chǎn)生。對(duì)于熱送鋼種，應(yīng)避開裂紋敏感溫度區(qū)間進(jìn)行裝爐，即不高于600℃裝爐。
2.5.3過燒、拉裂
高合金工具鋼、高碳鋼對(duì)加熱溫度較為敏感，易出現(xiàn)過燒裂紋，鋼材表面表現(xiàn)為橫向裂口，裂口邊緣粗大、有氧化色，見圖13、圖14。嚴(yán)重者甚至在軋制中即斷為幾節(jié)，嚴(yán)格來講應(yīng)屬于一種軋制質(zhì)量事故。通過制定合理加熱工藝制度、軋機(jī)主線出現(xiàn)故障時(shí)候及時(shí)調(diào)整加熱溫度可以減少過燒及低溫拉裂事故。