九钢中厚板常见外观缺陷的种类、成因及预防

摘要：热轧中厚钢板表面缺陷的存在是一种普遍现象，表面缺陷是造成影响钢材的产品质量、成材率和合格品的重要原因之一。热轧钢板的表面缺陷是评价钢板表面质量的依据，其缺陷类型，外观特征，产生原因，防治措施，是多年以来积极研究而进行探讨的问题。

关键词：中厚板 缺陷 分析

0 引言

中厚板是重要的钢材品种之一，是国民经济中造船、锅炉、石油、化工、工程机械和国防建设等行业所需的重要原材料，有着广泛而重要的应用。中厚板表面质量，对中厚板的生产和使用均有重要的影响，而受到生产厂和用户的高度重视。因此，在生产过程中在保证性能的同时，必须加强对钢板表面质量影响的控制与检验，对影响钢板外观质量的缺陷进行准确的界定和判定，对缺陷产生的因素进行科学的分析，对减少和防止钢板外观缺陷的产生，提高钢板的外观质量有重要作用。

九江中厚板生产线于2010年4月份投产，该生产线为北钢院设计的双机架3500轧机，主要设备有3500粗、精轧机各一架、步进加热炉和推钢加热炉各一座、ACC冷却系统、热矫直机、双边剪、定尺剪等。本文针对该生产线投产以来常见缺陷进行总结探讨相关对策。

1 几种典型缺陷的特征．成因和影响

1.1 氧化铁皮压入

特点：钢板表面压入的氧化铁皮可分为一次氧化铁皮（灰褐色Fe3O4鳞层）和二次氧化铁皮（红棕色FeO和Fe2O3鳞层组成），依据氧化铁皮种类不同压入深度有深有浅分布面积有大有小多数呈块状或条状。

产生主要原因：

（1）加热时间过长，使钢坯表面形成的氧化铁皮太厚而不易清除。

（2）在轧制前，高压水压力不足或其它原因，钢坯表面氧化铁皮未能有效清理，造成轧制过程中部分较厚或附着力较强的氧化铁皮呈片状或块状被压入钢板本体。

对钢板的影响：氧化铁皮在钢板表面的压入深度和分布区域，通常情况下影响不如麻点。修磨后一般不影响钢板的使用。

控制措施：

（1）制定合理的加热制度，控制加热速度和加热时间，防止出现过度的氧化铁皮；

（2）控制轧制温度，防止出现过多的二次氧化铁皮；

（3）提高除鳞机除磷压力，改善除鳞效果。

1.2 裂纹

特征：在钢板表面形成具有一定深度和长度，一条或多条长短不一、宽窄不等、深浅不同、形状各异的条形缝隙或裂缝。从横截面观察，一般裂纹都有尖锐的根部，具有一定的深度并且于表面垂直，周边有严重的脱碳现象和非金属夹杂。裂纹破坏了钢板力学性能的连续性，是对钢板危害很大的缺陷。

产生主要原因：

（1）钢坯在加热炉内加热不均匀或轧件受力不均，使得轧件各部分延伸和宽展不一致，在钢板应力作用下形成裂纹；

（2）钢坯在加热炉内加热不均或者轧件受力不均，使得轧件各部分延伸和宽度不一致，钢板在应力作用下形成裂纹；

（3）钢坯加热或轧件冷却速度过快，产生较强的热应力或组织应力集中，而产生裂纹；

（4）轧制过程中，喷水过多，使轧制温度过低钢板延伸性变差，形成裂纹。

控制措施：

（1）严格钢坯质量检验，杜绝不合格坯料投入生产；

（2）加强钢坯的加热操作，控制好加热速度、加热温度和均匀加热，防止过热、过烧；

（3）制定合理的轧制温度制度和压下规程，防止钢板的冷却不均或局部过冷。

1.2.1 纵裂纹

特征：纵裂纹一般有两种形式：一种是成片状出现的沿轧制方向裂开的小裂口；一种是有一定宽度的粗黑线状裂纹。板厚大于20 mm的钢板出现纵裂纹的几率比较大。纵裂纹破坏了钢板的横向连续性、对钢板危害性很大。

产生主要原因：

（1）纵裂纹主要是由于钢坯在凝固过程中坯壳厚度不均造成的，当作用在坯壳的拉应力超过钢的允许强度时，在坯壳薄弱处产生应力集中而导致断裂，出结晶器后在二冷区扩展形成纵向裂纹，在纵向扎之中沿钢板轧制方向扩展并开裂；

（2）如果钢板出现多道贯穿轧制方向的裂纹，则有可能是比较严重的钢坯横裂在钢坯横向轧制时扩展和开裂形成的；

（3）钢中大量气泡的存在，在加热及轧制过程中形成沿受力方向延伸的小裂纹，并经进一步扩展而导致开裂。

对钢板的影响：视裂纹的长度、深度、数量、分布情况而定。通常情况下，导致钢板被判废的可能性很高。

控制措施：

（1）采取措施使结晶器弯月面区域坯壳生长厚度均匀。

（2）钢的碳含量、夹杂物含量、钢液温度控制、浸入式水口设计与插入深度、结晶器保护渣性质、结晶器导热均匀性、结晶器液面波动、二次冷却和钢液中气体含量等。

因此稳定冶炼，连铸机轧制工艺是减少钢板表面纵裂纹产生的关键。

1.2.2 横裂纹

特征：裂纹基本与钢板的轧制方向呈30°～90°夹角，呈不规则的条状或线状等形态，分布的位置、数量、形态、大小各异，具有一定深度和长度，破坏了钢板纵向连续性。

产生主要原因：表面横裂纹多出现在铸坯的内弧振痕的波谷处，造成振痕部有微裂纹或坚壳带较薄，振痕越深，横裂纹越严重。在振痕底部，一般存在S、P等元素的正偏析，还往往填有保护渣，降低了钢的高温塑性；钢种AL、N含量过高，促使AlN质点沿A晶界析出以及C、N化合物等很容易在此处的奥氏体晶界上沉积而产生应力集中诱发横裂纹，钢坯在低温脆性区的铸坯表面受外力（700～900℃矫直，二次冷却强度过高（水量大，表面温度低，外狐处于受压阶段，内弧处于受拉阶段，在而拉速过慢））拉伸作用时，就会使振痕波谷处的微裂纹扩展和开裂，或者是钢坯不明显的钢坯纵裂纹在钢坯横向轧制时扩展和开裂。

主要影响因素：

（1）钢的化学成分，主要指影响钢材热塑性的化学成分，如S、Al、Nb、V等元素，他们非常容易与钢中的C、N等元素结合后在奥氏体晶界上析出，阻碍奥氏体再结晶的进程并弱化晶界强度，从而降低了钢的高温塑性。

（2）振痕，振痕越深越容易出现横裂纹，有研究指出当负滑脱时间在0.16s以上范围时，提高振动频率，降低振幅可以降低振痕的平均深度。当结晶器液面波动范围大时，也易出现比较深的振痕，所以应注意入水口的浸入位置、拉坯速度等，以保证结晶器液面的稳定；

（3）矫直温度，连铸机矫直温度对铸坯表面横向裂纹有至关重要的影响。当铸坯在700～900℃的热脆温度区矫直时，铸坯在低塑性状态下，受到矫直机械力的作用，铸坯表面容易在拉应力的作用下产生横裂纹。为避免这种横裂纹的形成，可采用平稳的弱冷却，使矫直时铸坯的表面温度高于质点沉淀温度或高于γ/α转变温度，避开低塑性区。

（4）局部急冷，机后冷却水管破裂等原因导致漏水浇到钢板局部区域导致该区域钢板迅速降温产生应力，导致出现裂纹。

对钢板的影响：横裂纹在钢板表面表现形态较多，其深度通常在0.5～1.5 mm，个别严重的可达到钢板厚度的1/4～1/3，造成钢板判废的倾向性较高。

控制措施：

（1）采用高频率、小振幅结晶器振动；

（2）二冷配水量分布应使钢坯表面温度均匀并尽量减少钢坯表面和边部的温差；

（3）根据钢种不同选择合适的保护渣，保护渣的用量和黏度既要保证减浅振痕，又要防止坯壳粘结；

（4）钢坯矫直时避开脆性温度区；

（5）合理控制钢中Al、N的含量，以减少AlN的形成和析出。

（6）加强轧机区域设备维护，避免产生局部漏水；产生局部漏水时机后抛钢抛远一些，避免漏的水浇到钢板上。

1.3 龟裂

特征：一般多产生在高碳钢和合金钢等大截面产品的表面，裂纹呈龟背状，一般长度较短，多呈弧形、人字形，方向各异。龟裂常伴随或衍生出其他形态的裂纹，其深度基本都超过钢板的厚度负公差之半，严重时，产品会在堆垛中被压断，因此被判废的可能性较高。

产生主要原因：

（1）钢坯在较低温度进行火焰清理时，表面温度聚然升高，引起热应力或清理后的冷却过程中产生组织应力，使钢坯表面轻微炸裂；

（2）钢坯加热温度或加热速度控制不当，造成钢坯局部过热（通常钢坯的下加热面）加热部分出现一定深度的脱碳层，降低钢的塑性，在轧制过程中，由于表面延伸产生龟裂；

（3）钢坯表面的网状裂纹，和星形裂纹在轧制中扩展和开裂。

（4）含Cu钢中的Cu易向表面扩散，在钢表面及氧化铁皮下富集一薄层熔点低于1100℃的富Cu合金，此合金在1100℃以上溶化并浸蚀钢表面晶界，在轧制变形时，是钢表面沿晶界发生热脆裂开裂。

对钢板的影响：存在一定的脱碳层，有时也伴随或衍生出其他形态的裂纹。裂纹深度基本超过钢板的厚度公差之半。

控制措施：

（1）采取预热或利用产品余热进行火焰清理；

（2）控制加热制度，防止出现过热、过烧；

（3）防止钢坯出现网裂或星裂等原始缺陷。

1.4 发裂

特征：在钢板表面分布着形状不一、深度较浅的发状细纹，有长有短，有的分散，有的成簇分布，有时会布满钢板表面，有时沿钢板横向分布，

产生主要原因：

（1）由于连铸机的一冷二冷冷速及拉速不合理，或者保护渣选用不合适，保护渣受潮，造成钢坯表面许多微裂纹，在轧制中暴露和扩展；

（2）某些钢种因加热速度和加热温度不当，使钢坯表面出现裂纹和少量的脱碳导致塑性降低，轧制中在钢板表面形成细小裂纹；

（3）钢坯本身存在的皮下气泡皮下夹杂等，在轧制中暴露而形成微小裂纹。

对钢板的影响：钢坯微裂纹形成的细小裂纹在钢板上的形态大多呈现出有规律的弧线形，弧线的顶端与轧制方向相同。加热不当产生的裂纹规律性不强，大多呈长短不一的“蚯蚓”形线状，修磨清理后不影响。但发裂有时不易发现，在钢板弯曲或卷取加工时，如果缺陷在钢板外弧面将产生较明显的裂纹或开裂。

控制措施：

（1）加强连铸工艺的控制和钢坯的验收、检查及清理；

（2）制定合理的加热制度和加热速度，尽可能增加压缩比，采用合适的压下规程和冷却制度。

1.5 微裂纹

特征：在钢板表面的不同部位出现一些不易辨识的、形状不规则、缝隙细小、长度不连续、形态零乱的裂纹，这种裂纹有的分散，有的成簇分布，有时会布满钢板表面，有时沿钢板横向分布，有时与其他形态的裂纹或缺陷伴随。如果钢板表面存有未清理的微裂纹，在成型加工中很容易在工件的外侧面出现显著的裂纹甚至开裂。

对钢板的影响：单纯的微裂纹，通常清理后深度小于钢板的负公差之半，对钢板的质量性能的影响较小；而与其他形态的裂纹或缺陷伴随出现的微裂纹对钢板性能的影响，大多数情况下取决于钢板的严重程度。

产生主要原因：

（1）铸坯方面的因素是由于连铸机的一冷、二冷拉速的不合理，和保护渣选用不合理或受潮，造成铸坯表面出现许多微裂纹，在轧制中暴露和扩展而导致钢板表面形成细小裂纹。

（2）有些钢种因加热速度和加热温度不当，钢坯表面出现热裂纹或少量脱碳，使塑性降低，在轧制过程中沿钢板表面形成细小裂纹。

（3）钢坯的皮下气泡、皮下夹杂在轧制中暴露，形成微小裂纹。

（4）在蓝脆区（250～300℃）剪切钢板时，由于钢材塑性变差，表面受拉应力作用时产生微裂纹。

对钢板的影响：单独出现的裂纹对钢板的影响较小，通常清理后深度小于钢板的负公差之半；与其他形态的裂纹或缺陷伴随出现的微裂纹对钢板的影响，大多数情况受相关缺陷严重程度的影响。

1.6 气泡

特征：在钢板表面分布出现无规律分布的、或大或小的鼓包，外形比较圆滑。气泡开裂后，裂口呈不规则的缝隙或空隙，裂口周边有明显的涨裂产生的不规则“犬齿”，裂口的末梢有清晰的现线状塌陷，裂口内部有肉眼可见的夹杂物富集。

产生主要原因：气泡缺陷的成因有两类。一类是钢坯皮下夹杂物引起的，它主要与中间包水口对中不良或保护渣质量有关，保护渣卷入钢水后产生的含有非金属夹杂的气囊，在轧制时，气体体积缩小，压力增大而引起鼓包并呈现在钢板局部表面上，此类缺陷表面处呈青色。另一类是钢中气体引起的，连铸时由于拉速较快，钢坯内部的气体没有充分的时间溢出，留在钢坯内部形成气泡，在轧制时气泡扩展，导致金属局部难以焊合，当气泡内压力足够大时将在钢板表面鼓起形成鼓包。

对钢板的影响：使钢板一处或多处甚至大面积出现闭合或开裂的气隙及腔隙，通常情况下都造成钢板的判废。

控制措施：

（1）只要将连铸钢水的溶解氧含量控制在一定的范围内，就能够控制气泡，保证连铸及铸坯轧制工艺顺行；

（2）全程保护浇铸的镇静钢的氩气泡，通过控制气体流量和优化结晶器钢水流场，就能够得到有效控制。

（3）选择合适的坯型，正确制定加热制度和压下规程，增加气泡等缺陷的焊合。

1.7 结疤

特征：钢板表面呈现为舌状、块状或鱼鳞状压入或翘皮的金属片：一种是与钢的本体相连接，并折合到表面上不易脱落；另一种与钢的本体无连接，但粘合到表面，易于脱落。结疤大小不一、深浅不等，结疤下常附着较多的氧化铁皮或夹杂物。

产生主要原因：钢坯热态下表面粘结有外来金属物，如钢坯热切割时火焰切割渣铁的粘结，在轨道上输送时轨道表面粘附物（金属或金属氧化物）的压入，加热时滑轨表面粘附物的压入，炉底处堆积过后的氧化渣铁的粘附，在轧制过程中压入钢板表面。

1.8 分层

特征：在剪切断面上呈现一条或多条平行的缝隙。实质上是钢板内部存在有局部或整体的基本平行与钢板表面的未焊合界（层）面，破坏了钢板厚度方向的连续性，有时缝隙中有肉眼可见的夹杂物。

产生主要原因：

（1）钢中的非金属夹杂物，在轧制的过程中，因素性变形由球状变为椭圆状，最后为片状，由于夹杂物与基体界面的结合力较弱，所以微小的应变就可使夹杂物与基体脱离，在界面上形成空洞，随着变形的进行，空间长大、聚集，直至形成分层；

（2）钢坯中心区域的低溶质元素富集，对含硫偏高的钢，中心偏析带内往往存在大量硫化物聚集，使钢中产生夹杂性裂纹，形成分层；

（3）在进入轧制前钢坯内部存在裂纹、疏松、缩孔等原始缺陷，在轧制过程中，由于变性条件不适宜，内部缺陷不能完全焊合，产生分层。

对钢板产生影响：分层对钢板的质量影响，取决于分层的严重程度，如果分布的较为弥散，对钢板的性能影响较小；如果分布较为密集，且有一定的长度和明显的宽度，将导致钢板的判废。

控制措施：

（1）合理控制钢坯中夹杂物的数量、形状、大小和分布状态；

（2）制定合理的冶炼及连铸工艺，减少钢坯内的裂纹、疏松、缩孔等缺陷；

（3）选择合适的坯型，正确制定加热制度和压下规程，增加裂纹、疏松等缺陷的焊合。

1.9 瓢曲

特征：在钢板长度或宽度方向上出现的同一方向的弧形翘曲，严重者呈船底形。

产生主要原因：主要由于轧制过程中辊缝的不平行造成钢板的纵向延伸一侧大于另一侧；钢板两侧冷却条件不一致或冷却速度不均匀；终轧道次压下量给定不合理；终矫温度不合理。

对钢板产生影响：各种原因造成的较明显的瓢曲，热矫直机很难矫直，在生产线没有装备冷矫直机的情况下，钢板改尺和被判次的可能性很大，且难以生产高附加值如管线钢等种类钢板。

2 结论

（1）控制好钢的化学成分，减少铸坯的各种表面缺陷；

（2）严格铸坯质量检查，不合格的不投产；

（3）加制定合理的加热制度，控制加热温度、加热速度和加热时间，防止钢坯产生过热（烧）现象。

（4）完善轧制制度，制定合理的轧制温度、压下量和翻钢道次，防止低温轧制；

（5）防止在低温脆性区矫直、剪切。

3 结语

钢板表面缺陷的存在都不同程度地影响了钢板的质量和利用的价值。只有认真检查钢板的表面质量，发现并及时找出缺陷产生的原因，才能避免钢板发生质量问题，减少经济损失，提高产品的信誉，打造名牌产品，提高经济效益。

参考文献

［1］ 张希元、崔风平.中厚板外观缺陷的种类、形态及成因［M］.北京：冶金工业出版社，2005.

［2］ 牛玮，董胜峰.中厚板表面质量分析［J］.轧钢，2002（2）：33-34

［3］ 崔风平，房轲，唐愈，等.几种典型中厚板材外观缺陷的种类、形态及成因［J］.宽厚板，2006（5）：16-20.