一种板带钢开裂缺陷成因的分析方法与流程

本发明涉及轧钢技术领域，尤其涉及一种板带钢开裂缺陷成因的分析方法。

背景技术：

板带材产品在热轧轧制过程中经常会出现一系列开裂类缺陷，如机械性剐蹭开裂裂纹、线状开裂裂纹、舌形开裂裂纹、不规则型开裂裂纹、边部链状开裂裂纹、边部毛刺状开裂裂纹等多种形貌的开裂类缺陷，如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示。这其中，除了机械性剐蹭缺陷可以根据缺陷形貌明确缺陷类型并直接锁定成因外，其它开裂类缺陷均无法判断其成因，对其成因的确定也没有方向性，更无法提出相应的控制措施。此类不明成因的缺陷往往长期存在，导致了大量带出品或废品的产生，严重影响了产品质量的控制及改善。

技术实现要素：

本发明通过提供一种板带钢开裂缺陷成因的分析方法，解决了现有技术中无法确定开裂类缺陷成因的技术问题，实现了提高产品质量的技术效果。

本发明提供了一种板带钢开裂缺陷成因的分析方法，包括：

判断板坯是否存在裂纹；

若所述板坯存在裂纹，确定导致带钢裂纹的原因为板坯裂纹；

若所述板坯不存在裂纹，判断开裂带钢裂纹处的晶粒尺寸是否均匀一致；和/或，确定裂纹处是否有两相或多相区存在；和/或，判断裂纹处析出物的元素构成是否为氧的化合物或脆性渗碳体；和/或，判断裂纹处的析出物是否为块状析出物，根据判断结果确定导致带钢裂纹的原因。

进一步地，所述判断板坯是否存在裂纹，包括：

清理板坯表皮后进行肉眼检查，判断所述板坯是否存在裂纹。

进一步地，所述判断开裂带钢裂纹处的晶粒尺寸是否均匀一致，包括：

通过显微镜观察裂纹处的晶粒尺寸是否均匀一致；

若裂纹处的晶粒尺寸大小不一致或裂纹处的显微组织与其周围组织不一致，则说明裂纹处存在混晶，组织不均匀，显微结构异常为导致材料开裂缺陷的原因之一。

进一步地，在所述通过显微镜观察裂纹处的晶粒尺寸是否均匀一致之前，还包括：

对缺陷试样进行磨抛。

进一步地，在所述对缺陷试样进行磨抛之后，还包括：

对缺陷试样进行酒精侵蚀。

进一步地，所述对缺陷试样进行酒精侵蚀，包括：

用4％的硝酸酒精侵蚀所述缺陷试样。

进一步地，所述确定裂纹处是否有两相或多相区存在，包括：

建立温度与相组成的对应关系图；

根据产线实际温度在所述对应关系图中查询对应的相组成，确定裂纹处是否在塑性加工过程中有两相或多相区存在；

若裂纹处在塑性加工过程中有两相或多相区存在，则说明塑性形变过程中的相变导致材料开裂。

进一步地，所述判断裂纹处析出物的元素构成是否为氧的化合物或脆性渗碳体，包括：

通过显微镜分析裂纹处析出物的元素构成，判断裂纹处析出物的元素构成是否为氧的化合物或脆性渗碳体；

若裂纹处析出物的元素构成为脆性渗碳体，说明在塑性加工过程中此类氧的化合物或脆性渗碳体存在区域的延塑性差，则导致开裂缺陷的产生。

进一步地，所述判断裂纹处的析出物是否为块状析出物，包括：

通过显微镜分析裂纹处析出物的尺寸，判断裂纹处的析出物是否为块状析出物；

若裂纹处的析出物为块状析出物，则说明块状存在的析出物对材料基体的延塑性不利，易产生开裂缺陷。

进一步地，还包括：

获取裂纹处析出物的析出温度；

若裂纹处析出物的元素构成为氧的化合物或脆性渗碳体，和/或，裂纹处的析出物为块状析出物，将所述析出温度与产线实际温度进行比对，确定出析出物在塑性加工过程中的析出工序。

本发明中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

先判断板坯是否存在裂纹；若板坯存在裂纹，则说明导致带钢开裂的原因为板坯裂纹，需解决板坯裂纹问题；若板坯不存在裂纹，则再对板带钢裂纹缺陷处的显微结构、裂纹缺陷处的相变规律和/或裂纹缺陷处的析出物的元素构成和/或尺寸进行分析，通过这些研究分析，可以准确、全面的锁定板带材产品在热轧轧制过程中开裂缺陷的形成原因，有效解决了现有技术中无法确定开裂类缺陷成因的技术问题，实现了提高产品质量的技术效果。

附图说明

图1为机械性剐蹭开裂裂纹的实际照片；

图2为线状开裂裂纹的实际照片；

图3为舌形开裂裂纹的实际照片；

图4为不规则型开裂裂纹的实际照片；

图5为边部链状开裂裂纹的实际照片；

图6为边部毛刺状开裂裂纹的实际照片；

图7为本发明实施例提供的板带钢开裂缺陷成因的分析方法的原理图；

图8为本实施例一中的边部舌形开裂裂纹的第一实际照片；

图9为本实施例一中的边部舌形开裂裂纹的第二实际照片；

图10为本实施例二中的边部链状开裂缺陷的第一实际照片；

图11为本实施例二中的边部链状开裂缺陷的第二实际照片。

具体实施方式

本发明实施例通过提供一种板带钢开裂缺陷成因的分析方法，解决了现有技术中无法确定开裂类缺陷成因的技术问题，实现了提高产品质量的技术效果。

本发明实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：

先判断与存在裂纹的板带钢的同一钢种板坯是否存在裂纹；若板坯存在裂纹，则说明导致带钢开裂的原因为板坯裂纹，需解决板坯裂纹问题；若板坯不存在裂纹，则再对板带钢裂纹缺陷处的显微结构、裂纹缺陷处的相变规律和/或裂纹缺陷处的析出物的元素构成和/或尺寸进行分析，通过这些研究分析，可以准确、全面的锁定板带材产品在热轧轧制过程中开裂缺陷的形成原因，有效解决了现有技术中无法确定开裂类缺陷成因的技术问题，实现了提高产品质量的技术效果。

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

参见图7，本发明实施例提供的板带钢开裂缺陷成因的分析方法，包括：

判断与存在裂纹的板带钢的同一钢种板坯是否存在裂纹；

若板坯存在裂纹，确定导致带钢裂纹的原因为板坯裂纹，需解决板坯裂纹问题；

若板坯不存在裂纹，判断开裂带钢裂纹处的晶粒尺寸是否均匀一致；和/或，确定裂纹处是否有两相或多相区存在；和/或，判断裂纹处析出物的元素构成是否为氧的化合物或脆性渗碳体；和/或，判断裂纹处的析出物是否为块状析出物，从而能够确定出板坯在热轧轧制过程中开裂缺陷的形成原因，继而进行有针对性的改进措施。

其中，判断板坯是否存在裂纹，包括：

清理板坯表皮后进行肉眼检查，判断板坯是否存在裂纹。

具体地，用火焰清理枪清理板坯表皮后进行肉眼检查，且清理深度为2-5mm。

判断开裂带钢裂纹处的晶粒尺寸是否均匀一致，包括：

通过显微镜观察裂纹处的晶粒尺寸是否均匀一致；

具体地，通过金相显微镜观察裂纹处的晶粒尺寸是否均匀一致；

若裂纹处的晶粒尺寸大小不一致或裂纹处的显微组织与其周围组织不一致，则说明裂纹处存在混晶，组织不均匀，显微结构异常为导致材料开裂缺陷的原因之一。

对本过程进行进一步说明：

针对有开裂缺陷的板带钢，在开裂缺陷处用线切割机切割常规金相试样，尺寸一般15mm*15mm以内*板带厚度，在金相显微镜下通过晶界观察其晶粒尺寸，观察晶粒尺寸是否均匀一致。若存在晶粒尺寸大小不一致，或缺陷处显微组织与其周围组织不一致的情况，则说明缺陷处存在混晶，组织不均匀，显微结构异常为导致材料开裂缺陷产生的原因之一，在改善开裂缺陷时则需从组织均匀化角度入手。

为了能够清晰显示金属材料内部晶界及晶粒尺寸，在通过显微镜观察裂纹处的晶粒尺寸是否均匀一致之前，还包括：

对缺陷试样进行磨抛。

为了能够清晰显示金属材料内部显微组织，在对缺陷试样进行磨抛之后，还包括：

对缺陷试样进行酒精侵蚀。

具体地，对缺陷试样进行酒精侵蚀，包括：

用4％的硝酸酒精侵蚀缺陷试样，该浓度的硝酸酒精溶液侵蚀金属材料后可以确保能够清晰显示金属材料内部的显微组织结构。

确定裂纹处是否有两相或多相区存在，包括：

建立温度与相组成的对应关系图；

根据产线实际温度在对应关系图中查询对应的相组成，确定裂纹处是否在塑性加工过程中有两相或多相区存在；

若裂纹处在塑性加工过程中有两相或多相区存在，则说明塑性形变过程中的相变导致材料开裂。

对本过程进行进一步说明：

用热力学计算软件，如thermo-calc等软件。首先根据材料的化学成分计算出该成分体系在不同温度的相组成。其次结合产线实际，分析在塑性变形过程中不同塑性加工阶段的温度，根据温度确定在每一个塑性加工阶段的相组成，明确缺陷处的相构成，确定缺陷处是否在塑性加工过程中有两相或多相区的存在。若有两相或多相区的存在，则由于不同相的塑性不同而导致材料在塑性加工过程中的延塑性不均，从而进一步引起材料开裂。此种情况下则说明塑性形变过程中相变导致材料开裂，从而可以针对此原因采取相应的解决措施。

判断裂纹处析出物的元素构成是否为氧的化合物或脆性渗碳体，包括：

通过显微镜分析裂纹处析出物的元素构成，判断裂纹处析出物的元素构成是否为氧的化合物或脆性渗碳体；

具体地，通过扫描电子显微镜或透射电子显微镜分析裂纹处析出物的元素构成。

若裂纹处析出物的元素构成为脆性渗碳体，说明在塑性加工过程中此类氧的化合物或脆性渗碳体存在区域的延塑性差，则导致开裂缺陷的产生。

对本过程进行进一步说明：

针对有开裂缺陷的板带钢，在开裂缺陷处用线切割机切割常规金相试样，尺寸一般15mm*15mm以内*板带厚度，磨抛后用扫描电子显微镜或透射电子显微镜分析其析出物的元素构成。析出物一般包括氧、碳、氮、硫的化合物，其中氧化物为脆性析出物，碳化物中的渗碳体为脆性渗碳体。若开裂缺陷处析出物的元素构成为氧的化合物或脆性渗碳体，则说明在塑性加工过程中此类氧的化合物或脆性渗碳体存在区域的延塑性差，则导致开裂缺陷的产生，从而可以针对此原因采取相应的解决措施。

判断裂纹处的析出物是否为块状析出物，包括：

通过显微镜分析裂纹处析出物的尺寸，判断裂纹处的析出物是否为块状析出物；

若裂纹处的析出物为块状析出物，则说明块状存在的析出物对材料基体的延塑性不利，易产生开裂缺陷。

对本过程进行进一步说明：

用扫描电子显微镜或透射电子显微镜分析其析出物的尺寸，从析出物的尺寸上进行判断来看，大块状存在的析出物对材料基体的延塑性不利，易产生开裂缺陷，细小弥散分布的析出物对材料基体的延塑性没有大的影响，由此来判断开裂缺陷的产生原因是否由于塑性加工过程中块状析出物所导致的，从而可以采取相应的解决措施。其中，大块状存在的析出物是指氧、碳、硫、氮的单一化合物或这些元素的两种及两种以上的复合化合物，其分布较正常试样的化合物更加密集，尺寸数量级为μm及μm以上的析出物。

为了能够确定出析出物在塑性加工过程中的析出工序，以便于能够更有针对性地采取相应的应对措施，还包括：

获取裂纹处析出物的析出温度；

若裂纹处析出物的元素构成为氧的化合物或脆性渗碳体，和/或，裂纹处的析出物为块状析出物，将析出温度与产线实际温度进行比对，确定出析出物在塑性加工过程中的析出工序。因此，可以结合不同类型析出物的析出温度，可明确析出物在塑性加工过程中的析出工序，由此在解决由于塑性加工过程中析出物的存在而导致的开裂问题时，则可以从析出物的类型、尺寸、析出温度的控制角度入手解决开裂问题。

需要说明的是，本发明实施例提供的分析方法可以针对板带材在热轧轧制过程中形成的非机械性刮蹭开裂，包括线状裂纹、舌形或不规则型裂纹、边部开裂型裂纹、边部毛刺类缺陷等多种形貌的开裂类缺陷的形成原因进行确定，且得到的板带材在热轧轧制过程中的非机械剐蹭类开裂缺陷的形成原因为以下五类原因中的一种或几种：板坯原生裂纹导致、板坯后生裂纹导致、显微结构异常导致、塑性形变过程中相变导致、塑性形变过程中析出物导致。

实施例一(ss400钢种边部线状开裂缺陷研究)：

北京首钢股份有限公司，2160热连轧生产线，3座步进式加热炉，钢种ss400频繁出现边部舌形开裂裂纹，热轧百事泰表面检测仪上对应的缺陷图片如图8和图9所示。对于开裂缺陷的产生原因无法确定，在没有有效的控制措施的情况下，采用本发明实施例提供的分析方法，首先对下线连铸板坯进行分析，对热卷开裂位置对应的连铸板坯上的相应位置进行了火焰枪扫弧检查，扫弧清理深度为2mm，在板坯的相应位置即发现了类似的裂纹存在，因此确定ss400钢种热轧板带上出现的开裂缺陷为连铸板坯遗传而来，其控制措施也从连铸板坯的裂纹控制入手。通过本发明实施例提供的分析方法，快速、有序、准确的锁定了ss400热轧板带钢边部开裂的原因，并提出了有针对性的控制措施，及时有效地抑制了开裂缺陷的发生。

实施例二(s09钢种边部毛刺状开裂缺陷研究)：

北京首钢股份有限公司，1580热连轧生产线，3座步进式加热炉，s09钢种上频繁发生边部链状开裂缺陷，缺陷发生率高达80％以上。热轧卷上链状开裂缺陷图片如下图10和图11所示。对于开裂缺陷的产生原因无法确定，在没有有效的控制措施的情况下，通过本发明实施例提供的分析方法，按序进行了板坯裂纹检查研究分析、缺陷处显微结构研究分析、缺陷处相变规律研究分析和缺陷处析出物研究分析。在进行裂纹缺陷处显微结构研究分析时，发现裂纹缺陷处的晶粒尺寸存在严重不均的现象；在进行裂纹缺陷处相变规律研究分析时，发现s09钢种在现有加热温度下在加热炉内处于单相铁素体区，单相铁素体区加热的缺点是容易导致铸坯晶粒的急剧长大，粗大的晶粒在塑性加工过程中会出现形变及再结晶，由于边部温度低，再结晶不充分，导致原本粗大的晶粒不完全再结晶，带钢边部出现晶粒尺寸差异较大的混晶组织，进而导致塑性形变过程中因形变应力不均而在边部出现开裂裂纹。在进行板坯裂纹检查研究分析及缺陷处析出物研究分析阶段未发现异常。因此，确定s09钢种的边部链状开裂缺陷的产生原因为塑性形变过程中显微结构异常，并提出了有针对性的有效控制措施，将s09钢钟边部链状开裂缺陷的发生率降低到30％以下。

【技术效果】

1、先判断与存在裂纹的板带钢的同一钢种板坯是否存在裂纹；若板坯存在裂纹，则说明导致带钢开裂的原因为板坯裂纹，需解决板坯裂纹问题；若板坯不存在裂纹，则再对板带钢裂纹缺陷处的显微结构、裂纹缺陷处的相变规律和/或裂纹缺陷处的析出物的元素构成和/或尺寸进行分析，通过这些研究分析，可以准确、全面的锁定板带材产品在热轧轧制过程中开裂缺陷的形成原因，有效解决了现有技术中无法确定开裂类缺陷成因的技术问题，实现了提高产品质量的技术效果。

2、在通过显微镜观察裂纹处的晶粒尺寸是否均匀一致之前，还对缺陷试样进行磨抛，磨抛后能够清晰显示金属材料内部晶界及晶粒尺寸。

3、在对缺陷试样进行磨抛之后，还对缺陷试样进行酒精侵蚀，侵蚀后能够清晰显示金属材料内部显微组织。

4、用4％的硝酸酒精侵蚀缺陷试样，该浓度的硝酸酒精溶液侵蚀金属材料后可以确保能够清晰显示金属材料内部的显微组织结构。

5、还能够确定出析出物在塑性加工过程中的析出工序，以便于能够更有针对性地采取相应的应对措施。

本发明实施例提供了一种明确的系统的研究方法，来研究裂纹缺陷的形成原因，能够全面、快速、准确地锁定裂纹缺陷的成因，为缺陷控制措施的提出提供了方向。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。