煉鋼缺陷SPHC鋼白色條狀缺陷的形成及控制

SPHC鋼為普通熱軋產(chǎn)品，雖然強(qiáng)度較低，但具有較高的塑性、韌性、焊接性能和良好的壓力加工性能，廣泛用于制造各種面板、焊接結(jié)構(gòu)件、冷熱軋薄鋼板及以其為原板制成的鍍鋅、鍍錫及塑料復(fù)合薄鋼板等。近年來該類產(chǎn)品在國內(nèi)市場中的需求量逐年上升，用戶對該鋼種的要求也越來越嚴(yán)格。用戶在使用本鋼生產(chǎn)的熱軋SPHC產(chǎn)品的過程中連續(xù)反饋出現(xiàn)白色條狀缺陷。

煉鋼缺陷缺陷形貌及微觀組成

1、宏觀形貌

SPHC冷軋基料主要供用戶鍍錫生產(chǎn)罐頭瓶、瓶蓋等，鍍鋅生產(chǎn)各種管、面板等。

2、微觀形貌及組成

通過大量的SPHC熱軋產(chǎn)品白色條狀缺陷樣品微觀組織的觀察及對比，白色條狀缺陷的微觀組織基本可以分為圖1中所示兩種組織形態(tài)。

在微觀下觀察表面缺陷部位，圖1（a）中存在明顯分層、起皮，而圖1（b）中則表現(xiàn)為長條鏈線狀碎裂異物嵌入。

圖2中缺陷部位繼續(xù)放大，微觀形貌及主要成分情況如圖2。

圖2（a）中1、3點(diǎn)及圖2（b）中主要是氧化鋁、氧化鐵夾雜，且含有鈣和磷的夾雜物，導(dǎo)致白色條狀的原因是以氧化鋁為主復(fù)合類夾雜物。而圖2（a）中2、4點(diǎn)則不含Al、Si等元素，應(yīng)為鑄坯皮下氣泡在后續(xù)軋制過程中拉長并破裂導(dǎo)致缺陷產(chǎn)生。

煉鋼缺陷缺陷形成原因分析

綜上微觀形貌及組成成分含量分析，白色條狀缺陷的形成主要是氣泡與以氧化鋁為主的復(fù)合類夾雜物共同作用的結(jié)果。轉(zhuǎn)爐出鋼過程中會將部分高氧化性爐渣帶入到鋼包中，精煉處理過程中對鋼包頂渣改質(zhì)不徹底，在澆鑄過程中通過長水口進(jìn)入中包中污染中包鋼水，或者合金化后軟吹時間及鎮(zhèn)靜時間不足，造成鋼水脫氧產(chǎn)物Al₂O₃夾雜物上浮不充分，滯留在鋼水中，在后續(xù)軋制過程中成為裂紋源，并在均熱之前導(dǎo)致裂紋形成，然后在后續(xù)軋制過程中Al₂O₃夾雜物再被壓碎，形成長條鏈線狀缺陷，這些線狀缺陷在鍍鋅、錫過程中被覆蓋，從而形成板面條狀缺陷。

如果鋼水脫氧不徹底，澆鑄保護(hù)不好導(dǎo)致澆鑄過程中鋼水吸氧，大包澆鑄末期下渣導(dǎo)致中包中全氧含量過高或者連鑄澆鑄過程中長水口和浸入水口吹氬過大導(dǎo)致鋼水中氬氣氣泡未充分上浮形成鑄坯皮下氣泡，在后續(xù)軋制過程中氣泡破裂形成表面起皮，宏觀表現(xiàn)為板面白色條狀缺陷針對上述產(chǎn)生白色條狀夾雜原因，對煉鋼廠的生產(chǎn)工藝進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：為降低合金成本，脫氧合金化調(diào)整到精煉前進(jìn)行，致使大量脫氧產(chǎn)物上浮不充分；部分用戶因C含量設(shè)計偏低，必須選擇RH路徑生產(chǎn)，導(dǎo)致頂渣無法改質(zhì)；LF路徑生產(chǎn)的SPHC處理時間較短，無法對頂渣進(jìn)行充分改質(zhì)，且軟吹時間偏短；連鑄澆鑄過程中，大包澆鑄末期下渣量較多，污染中包鋼水；為防止?jié)茶T過程中水口堵，浸入水口氬氣量較大，導(dǎo)致鑄坯內(nèi)氬氣泡較多，上浮不充分。因此，冷軋用SPHC鋼種生產(chǎn)過程中必須進(jìn)行工藝優(yōu)化，以保證鋼水純凈度滿足后續(xù)軋制工藝的要求。

煉鋼缺陷工藝優(yōu)化

1、出鋼過程脫氧

煉鋼出鋼過程進(jìn)行脫氧，保證精煉前鋼水中氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)<50×10^–6。為降低合金成本，脫氧合金化調(diào)整到精煉前進(jìn)行，在實(shí)際使用過程中用戶反饋白色條狀缺陷增加，因此仍然調(diào)整為轉(zhuǎn)爐出鋼過程中脫氧合金化。煉鋼出鋼過程中脫氧，由于出鋼過程鋼水的攪動，以及出鋼后吊運(yùn)到精煉處理位前鎮(zhèn)靜，促使大部分脫氧產(chǎn)物Al₂O₃夾雜顆粒上浮，由頂渣吸納。而如果在精煉處理前期脫氧，雖然可以吹氬攪拌使夾雜物上浮，但其攪拌力度較出鋼過程鋼水沖擊力度小，夾雜物上浮也不如前者充分。因此煉鋼出鋼過程充分脫氧可以減少白色條狀缺陷的形成。

通過對比生產(chǎn)的轉(zhuǎn)爐出鋼脫氧和精煉LF前脫氧的兩個牌號SPHC產(chǎn)量和熱連軋軋制過程中產(chǎn)生夾雜的比例發(fā)現(xiàn)，LF處理前脫氧爐次在熱軋軋制過程中產(chǎn)生的夾雜比例（3.28%）遠(yuǎn)高于轉(zhuǎn)爐出鋼過程脫氧爐次的比例（0.62%）。

2、調(diào)整生產(chǎn)工藝

由于早期SPHC冷軋基料設(shè)計碳含量較低，工藝路徑采用RH，無法對頂渣進(jìn)行改質(zhì)，未改質(zhì)的頂渣中氧含量較高，在精煉處理過程中與鋼水進(jìn)行傳質(zhì)，導(dǎo)致精煉處理困難，且在鎮(zhèn)靜過程中進(jìn)一步向鋼水中擴(kuò)散，造成燒鋁、硅等現(xiàn)象，且在澆鑄過程中在大包澆鑄結(jié)束前出現(xiàn)下渣現(xiàn)象造成未改質(zhì)頂渣對鋼水的污染，導(dǎo)致鑄坯中產(chǎn)生Al₂O₃夾雜，進(jìn)而在軋制過程中形成白色條狀缺陷。因此與用戶及研發(fā)部門協(xié)調(diào)，對鋼種設(shè)計成分進(jìn)行調(diào)整。碳含量適當(dāng)提高，采用精煉LF處理位進(jìn)行處理，處理過程中造白渣對鋼包頂渣進(jìn)行改質(zhì)處理。

3、合理安排生產(chǎn)

合理安排生產(chǎn)節(jié)奏，保證精煉處理周期，尤其需要保證脫氧合金化后的軟吹時間和處理后鋼水鎮(zhèn)靜時間。精煉處理過程中要有充足的時間進(jìn)行造渣處理，減少鋼水頂渣的氧含量；脫氧合金化后適當(dāng)?shù)能洿岛玩?zhèn)靜時間能夠促使精煉處理過程中的二次脫氧產(chǎn)物充分上浮排除，減少白色條狀缺陷的形成。有資料表明，隨著軟吹氬氣時間的增加，鋼中總氧含量不斷降低，在軟吹氬12min后，鋼水總氧含量變化不明顯。從軟吹氬過程中鋼中夾雜物含量變化來看，鋼包軟吹氬時間應(yīng)保持在15min以上。

調(diào)整精煉處理周期以前，冷軋基料SPHC精煉處理周期與其他低碳鋼種生產(chǎn)時間相同，按35min進(jìn)行處理，如非必要在精煉處理過程中不進(jìn)行改渣處理。冷軋基料生產(chǎn)時間延長10min，處理過程中必須對鋼包頂渣進(jìn)行改渣處理，并延長精煉處理后的軟吹時間，考慮生產(chǎn)節(jié)奏、靜置時間等因素，軟吹時間由原來的6min延長到12~15min，通過吹氬使夾雜物充分上浮。

4、控制氬氣流量

在連鑄澆鑄過程中，為防止水口堵，水口保護(hù)氬氣流量較大，現(xiàn)場觀察經(jīng)?？梢钥吹綕茶T過程中為保證結(jié)晶器內(nèi)鋼水液面的氣泡數(shù)量，浸入水口氬氣流量開到最大。

為避免氬氣流量過大致使氬氣氣泡進(jìn)入鋼水中形成鑄坯皮下氣泡，在軋制過程中氣泡破裂出現(xiàn)白色條狀缺陷，在連鑄做好保護(hù)澆鑄，控制浸入水口氬氣流≤5L/h。

5、控制大包下渣量

在大包澆鑄末期，由于靠近鋼包水口處鋼水形成了漩渦，導(dǎo)致鋼包渣可能沿長水口進(jìn)入中間包中。而煉鋼廠為降低鋼鐵料的損耗，大包澆鑄末期一般都是在下渣檢測紅燈亮后才關(guān)閉滑板，會出現(xiàn)少量鋼包渣進(jìn)入中間包中污染鋼水。為避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，煉鋼廠提高了冷軋基料SPHC生產(chǎn)過程的下渣檢測等級，規(guī)定黃燈亮即關(guān)閉滑板，減少進(jìn)入中間包中的鋼包渣。 2100433B

煉鋼缺陷結(jié)疤

煉鋼（澆鑄）造成的主要原因有：（1）上鑄錠未采取防濺措施或下鑄錠開鑄過猛造成飛濺結(jié)疤。（2）下鑄錠保護(hù)渣性能不佳或模子不清潔、不干燥，造成鋼錠（連鑄坯）表面或皮下夾雜、氣泡和重皮。（3）模壁嚴(yán)重缺陷或鑄溫過高造成凸疤和粘模，經(jīng)軋制或鍛壓加工演變?yōu)榻Y(jié)疤。

軋鋼方面造成結(jié)疤的原因有：（1）成品前某道（架）軋輥或?qū)l(wèi)裝置缺陷或操作不當(dāng)造成軋件凸包、耳子、劃疤，經(jīng)再軋形成結(jié)疤。（2）鋼坯火焰清理清痕過陡或殘渣未除凈，外物落在鋼坯上被軋成結(jié)疤。

煉鋼缺陷裂紋

按裂紋形狀和形成原因有多種名稱，如拉裂、橫裂、裂縫、裂紋、發(fā)紋、炸裂（響裂）、脆裂（矯裂）、軋裂和剪裂等。從煉鋼、軋鋼到鋼材深加工幾乎每道工序都有造成裂紋的因素。

（1）煉鋼方面。鋼中硫、磷含量高，鋼的強(qiáng)度、塑性低；鑄錠澆鑄（模鑄、連鑄）溫度過高，澆鑄速度過快，鑄流不正；鋼錠模、結(jié)晶器設(shè)計不合理；冷卻強(qiáng)度不足或冷卻不均，造成激冷層薄或局部應(yīng)力過大；鋼錠模有嚴(yán)重缺陷或保溫帽安裝不良造成鋼錠凝固過程懸掛；保護(hù)渣性能不佳，模子潮和各種澆鑄操作不良都能造成鋼錠表面質(zhì)量不佳，在鋼材上形成裂紋。

（2）軋鋼（鍛造）方面。鋼錠、鋼坯加熱溫度不均或過燒造成裂紋；高碳鋼加熱或冷卻過快，火焰清理或火焰切割鋼材溫度過低造成炸裂；鋼材矯直應(yīng)力過大，矯直次數(shù)過多而又未進(jìn)行適當(dāng)熱處理時易產(chǎn)生矯裂；冷拔管、線鋼料熱處理不良或過酸洗造成裂紋；鋼件在藍(lán)脆區(qū)剪切易剪裂；焊接工藝不當(dāng)造成焊縫或熱影響區(qū)裂紋。

煉鋼缺陷分層

鋼材基體上出現(xiàn)的互不結(jié)合的兩層結(jié)構(gòu)。分層一般都平行于壓力加工表面，在縱、橫向斷面低倍試片上均有黑線。分層嚴(yán)重時有裂縫發(fā)生，在裂縫中往往有氧化鐵、非金屬夾雜和嚴(yán)重的偏析物質(zhì)。

煉鋼缺陷白點(diǎn)

在鋼材縱、橫斷面酸浸試片上，出現(xiàn)的不同長度無規(guī)則的發(fā)紋。它在橫向低倍試片上呈放射狀、同心圓或不規(guī)則分布，多距鋼件中心或與表面有一定距離。型鋼在橫向或縱向斷口上，呈圓形或橢圓形白亮點(diǎn)。直徑一般為3～10mm。

白點(diǎn)產(chǎn)生的原因，一般認(rèn)為是鋼中氫含量偏高和組織應(yīng)力共同作用的結(jié)果。奧氏體中溶解的氫，在冷卻相變過程中，其溶解度顯著降低，所析出的氫原子聚集在鋼材微孔中或晶間偏析區(qū)或夾雜物周圍，結(jié)合成氫分子，產(chǎn)生巨大局部壓力，當(dāng)這種壓力與相變組織應(yīng)力相結(jié)合超過鋼的強(qiáng)度時，則產(chǎn)生裂紋，形成白點(diǎn)。

煉鋼缺陷偏析

產(chǎn)生的原因是鋼水在凝固過程中，由于選分結(jié)晶造成的。首先結(jié)晶出來的晶核純度較高，雜質(zhì)遺留在后結(jié)晶的鋼水中。因此，結(jié)晶前沿的鋼水為碳、硫、磷等雜質(zhì)富集。隨著溫度降低，雜質(zhì)凝固在樹枝晶間，或形成不同程度的偏析帶。此外，隨著溫度降低，氣體在鋼水中溶解度下降，在結(jié)晶前沿析出并形成氣泡上浮，富集雜質(zhì)的鋼水沿上山軌跡形成條狀偏析帶。由于偏析在鋼錠上出現(xiàn)部位不同和在低倍試片上表現(xiàn)出形式各異，偏析可分為方形偏析、“V”、“＾”形偏析、點(diǎn)狀偏析、中心偏析和晶間偏析等。

煉鋼缺陷疏松

鋼材截面熱酸蝕試片上組織不致密的現(xiàn)象。在鋼材橫斷面熱酸蝕試片上，存在許多孔隙和小黑點(diǎn)子，呈現(xiàn)組織不致密現(xiàn)象，當(dāng)這些孔隙和小黑點(diǎn)子分布在整個試片上時叫一股疏松，集中分布在中心的叫做中心疏松。在縱向熱酸蝕試片上，疏松表現(xiàn)為不同長度的條紋，但仔細(xì)觀察或用8～10倍放大鏡觀察，條紋沒有深度。用掃描電子顯微鏡觀察孔隙或條紋，可以發(fā)現(xiàn)樹枝晶末梢有金屬結(jié)晶的自由表面特征。

疏松的成因與鋼水冷凝收縮和選分結(jié)晶有關(guān)。鋼水在結(jié)晶時，先結(jié)晶的樹枝晶晶軸比較純凈，而枝晶問富集偏析元素、氣體、非金屬夾雜和少量未凝固的鋼水，最后凝固時，不能夠全部充滿枝晶間，因而形成一些細(xì)小微孔。

鋼在冶煉和軋制（鍛造）加工過程中，由于設(shè)備、工藝和操作等原因造成鋼的欠缺。主要包括結(jié)疤、裂紋、縮孔殘余、分層、白點(diǎn)、偏析、非金屬夾雜、疏松和帶狀組織等。

煉鋼出版發(fā)行

據(jù)2020年3月14日中國知網(wǎng)顯示，《煉鋼》共出版文獻(xiàn)3512篇 。

據(jù)2020年3月14日萬方數(shù)據(jù)知識服務(wù)平臺顯示，《煉鋼》共載文2182篇、基金論文量為287篇 。

煉鋼收錄情況

《煉鋼》是CA化學(xué)文摘（美）（2014）來源期刊、北京大學(xué)《中文核心期刊要目總覽》來源期刊（1992年第一版，1996年第二版，2000年版，2004年版，2008年版，2011年版，2014年版，2017年版）、中國學(xué)術(shù)期刊（光盤版）來源期刊、中國治金類中文核心期刊、美國劍橋科學(xué)文摘（CSA）核心期刊、美國烏利希期刊指南收錄期刊，是中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)知識服務(wù)平臺收錄期刊 。

煉鋼影響因子

據(jù)2020年3月14日中國知網(wǎng)顯示，《煉鋼》總被下載485899次、總被引17621次，（2019版）復(fù)合影響因子為0.759、（2019版）綜合影響因子為0.627 。

據(jù)2020年3月14日萬方數(shù)據(jù)知識服務(wù)平臺顯示，《煉鋼》被引量為12834次、下載量為89687次；據(jù)2017年中國期刊引證報告（擴(kuò)刊版）數(shù)據(jù)顯示，該刊影響因子為0.8（機(jī)械制造工藝與設(shè)備刊均影響因子為0.42），在全部統(tǒng)計源期刊（6670種）中排第2012名 。

煉鋼榮譽(yù)表彰

《煉鋼》雜志被評為中國鋼鐵工業(yè)協(xié)會優(yōu)秀期刊、第五屆湖北省優(yōu)秀期刊。

《煉鋼》雜志曾獲得中國金屬學(xué)會優(yōu)秀期刊三等獎（2002年） 。

煉鋼辦刊宗旨

《煉鋼》雜志辦刊宗旨是立足煉鋼生產(chǎn)實(shí)際，引領(lǐng)煉鋼科技發(fā)展 。

煉鋼投稿指南

1、稿件字?jǐn)?shù)在6000字以內(nèi)（含圖、表），特約稿件字?jǐn)?shù)不作要求，投稿能反映煉鋼生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)展與水平；論點(diǎn)明確，論據(jù)充分，內(nèi)容完整，數(shù)據(jù)可靠，條理清晰，文字簡練；綜述性稿件應(yīng)內(nèi)容新穎并有自己的觀點(diǎn)，試驗(yàn)研究報告應(yīng)為具有創(chuàng)新性研究的階段性成果。

2、文章題目限20字以內(nèi)，能夠準(zhǔn)確反映文章的主要內(nèi)容。

3、作者姓名及單位寫在標(biāo)題下方，標(biāo)明工作單位全稱，所在省市及郵編；多個作者的署名用逗號隔開；不同單位的作者應(yīng)在姓名右上角加注不同的阿拉伯?dāng)?shù)字序號，并在其單位名稱前加上與作者姓名序號相同的數(shù)字。

4、中文摘要要求用200～300字且對相關(guān)參數(shù)應(yīng)量化表述，應(yīng)具有獨(dú)立性和自明性，充分反映研究的創(chuàng)新之處，并擁有與文獻(xiàn)同等量的主要信息，即不閱讀全文就能獲得必要的信息，須給出3～5個關(guān)鍵詞，置于摘要之后。

5、要求寫出英文標(biāo)題、作者姓名漢語拼音、單位名稱的標(biāo)準(zhǔn)翻譯及相應(yīng)的英文摘要與關(guān)鍵詞。

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7、標(biāo)題層次，一級用“1”，二級用“1.1”，三級用“1.1.1”，標(biāo)題僅限3級，要求層次清楚，措詞簡單明了 。

serious defect

對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力性能或安裝使用性能有決定性影響的缺陷。