短流程酸洗钢表面异物压入及压痕缺陷的控制方法和装置

技术领域

本发明涉及钢铁冶金生产技术领域，具体涉及一种短流程酸洗钢表面异物压入及压痕缺陷的控制方法和装置。

背景技术

在钢铁行业实现绿色制造背景下，采用薄板坯连铸连轧流程(短流程)生产薄规格热轧带钢得到大力发展，品种涵盖低碳钢、中高碳钢、低合金高强度钢、先进高强钢等，可广泛应用于汽车及零部件制造、集装箱、物流、电力工程、农机及机械制造、五金电器、工具等行业。

短流程产线生产薄规格热轧酸洗钢的各项力学性能、应用性能与同厚度规格冷轧产品相当，可实现“以热代冷”。虽然短流程薄规格热轧酸洗钢具有上述优点，但是其表面质量与传统热轧产品及冷轧产品存在一定差距，如短流程产线生产的薄规格热轧酸洗钢常出现表面异物压入及压痕缺陷，造成缺陷改判，显著影响相关产品在市场端及用户端的竞争力。

中国专利CN201820603831.1公开了一种减少钢卷带头卷取压痕的装置和带钢卷取设备，通过装置减少带钢卷绕的过程中压痕的产生。中国专利CN201610085325.3公开了一种消除热轧带钢头部压痕的方法，计算机根据不同的硬度和厚度自动调节助卷辊的跳开值并进行助卷辊压力的给定控制。上述技术主要解决的是卷取过程形成压痕。

中国专利CN201721124671.4提供了一种带钢边部毛刺处理装置，能够对板带切边形成的带钢边部进行碾压，有效消除带钢边部毛刺的同时，同时避免对带钢边部产生压痕。中国专利CN201120059865.7提供了一种防止带钢边部损伤的侧导板，由本体和衬板构成，所述衬板的边部设有与辊道形状配合的若干个弧面，所述的衬板轴向上靠近弧面切线位置开有一条导槽，减少碎屑掉落至钢板表面造成压痕缺陷的可能性。中国专利CN201610912673.3公开了一种防止异物压入的轧机装置，该轧机装置中增设喷嘴，通过喷嘴喷水冲刷掉钢板表面轧机流下的异物，提高表面质量，结构简单，成本低，清理异物效果明显。

但是上述公开技术并未在本质上解决毛刺及异物的来源问题。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种短流程酸洗钢表面异物压入及压痕缺陷的控制方法和装置，能有效降低短流程热轧酸洗钢生产时异物压入及压痕缺陷的质量降级率。

为实现上述目的，本发明所设计的短流程酸洗钢表面异物压入及压痕缺陷的控制方法，基于薄板坯连铸连轧酸洗钢制造流程，工序包括钢水冶炼、薄板坯连铸、板坯边部预补热、炉前板坯除鳞、板坯均热炉加热、精轧前除鳞、七机架精轧、层流冷却和卷取，最后通过平整、酸洗涂油形成热轧酸洗钢；

其中，板坯边部预补热为在薄板坯连铸的出口阶段对浇铸出的连铸坯边角部进行预补热，补偿连铸坯边角部因冷却快及随后炉前板坯除鳞造成的热损失，减少在奥氏体晶界的细小AlN析出，避免发生奥氏体降温至两相区析出晶界铁素体及铁素体内AlN的爆炸性析出；

在板坯均热炉加热阶段控制加热温度及加热时间，促进已析出的AlN向奥氏体回溶，提高板坯的高温热塑性，减少热轧时带钢边部毛刺形成；

在卷取前阶段通过侧导板压力控制减少带钢边部毛刺因压力导致的脱落，通过双向侧喷水调整减少脱落的毛刺附着在板面形成异物压入。

优选地，板坯边部预补热阶段，连铸坯出连铸机后采用边部加热器对连铸坯边角部进行预补热，预补热温度根据本炉次的实测化学成分计算的Ar3温度、钢奥氏体中Als及自由氮N

优选地，边部加热器采用电磁感应加热方式或煤气烧嘴加热。

优选地，板坯边角部加热宽度为50～100mm。

优选地，在板坯均热炉加热阶段，通过隧道式均热炉对经过补热及炉前除鳞的板坯进行加热及均热，控制板坯出炉温度T＝T

优选地，在卷取前阶段，卷取前侧导板压力≤2KN，在夹送辊前采用双向侧喷水冲刷板面异物，侧喷水压力为12～15bar。

优选地，短流程酸洗钢的化学成分质量百分比为C：0.01～0.08％，Si：0.01～0.20％，Mn：0.10～1.50％，S：≤0.010％，P：≤0.010％，N：0.002～0.008％，Als：0.02～0.07％；钢中残余Ti为0.0010～0.0020％。

一种用于所述短流程酸洗钢表面异物压入及压痕缺陷的控制方法的装置，包括板坯连铸机、边部加热器、炉前除鳞机、摆剪、隧道式均热炉、精轧除鳞机、精轧机、层流冷却装置和卷取机，所述的炉前除鳞机的末端设有边角部测温计，所述板坯连铸机生产的未切断连铸坯依次经过边部加热器、炉前除鳞机和摆剪制得切断后板坯，所述切断后板坯经过所述隧道式均热炉、精轧除鳞机、精轧机制得带钢，所述带钢经过层流冷却装置进入所述卷取机。

优选地，所述卷取机前设有卷取夹送辊及位于带钢两侧的卷取侧导板和夹送辊前侧喷。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：通过连铸出口阶段补热、加热阶段工艺控制、卷取阶段导板及侧喷工艺优化将酸洗钢表面异物压入及压痕缺陷导致的质量降级率降低至0.2％以下。

附图说明

图1为本发明用于短流程酸洗钢表面异物压入及压痕缺陷的控制方法的装置的示意图；

图2为夹送辊前采用双向侧喷水冲刷板面异物的示意图；

图3为短流程酸洗钢带钢边部毛刺缺陷(a)及表面异物压入缺陷(b)的金相分析结果；

图4为短流程酸洗钢表面异物压入及压痕缺陷形成机制示意图，(a)为带钢边部毛刺缺陷在侧导板作用下剥离，(b)为剥离毛刺在夹送辊碾压作用下压入板面；

图5为铸坯边角部在不同热履历下的相变及AlN析出行为示意图。

图中各部件标号如下：

板坯连铸机1、未切断连铸坯2、边部加热器3、炉前除鳞机4、边角部测温计5、摆剪6、切断后板坯7、隧道式均热炉8、精轧除鳞机9、精轧机10、带钢11、层流冷却装置12、卷取侧导板13a、夹送辊前侧喷13b、卷取夹送辊14、卷取机15。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，一种用于短流程酸洗钢表面异物压入及压痕缺陷的控制方法的装置，包括板坯连铸机1、边部加热器3、炉前除鳞机4、摆剪6、隧道式均热炉8、精轧除鳞机9、精轧机10、层流冷却装置12和卷取机15，的炉前除鳞机4的末端设有边角部测温计5，板坯连铸机1生产的未切断连铸坯2依次经过边部加热器3、炉前除鳞机4和摆剪6制得切断后板坯7，切断后板坯7经过隧道式均热炉8、精轧除鳞机9、精轧机10制得带钢11，带钢11经过层流冷却装置12进入卷取机15。

另外，结合图2所示，卷取机15前设有卷取夹送辊14及位于带钢11两侧的卷取侧导板13a和夹送辊前侧喷13b。

一种短流程酸洗钢表面异物压入及压痕缺陷的控制方法，基于薄板坯连铸连轧酸洗钢制造流程，工序包括钢水冶炼、薄板坯连铸、板坯边部预补热、炉前板坯除鳞、板坯均热炉加热、精轧前除鳞、七机架精轧、层流冷却和卷取，最后通过平整、酸洗涂油形成热轧酸洗钢；

其中，板坯边部预补热为在薄板坯连铸的出口阶段对浇铸出的连铸坯边角部进行预补热，补偿连铸坯边角部因冷却快及随后炉前板坯除鳞造成的热损失，减少在奥氏体晶界的细小AlN析出，避免发生奥氏体降温至两相区析出晶界铁素体及铁素体内AlN的爆炸性析出，板坯边部预补热阶段，连铸坯出连铸机后采用边部加热器对连铸坯边角部进行预补热，预补热温度根据本炉次的实测化学成分计算的Ar3温度、钢奥氏体中Als及自由氮N

在板坯均热炉加热阶段控制加热温度及加热时间，促进已析出的AlN向奥氏体回溶，提高板坯的高温热塑性，减少热轧时带钢边部毛刺形成，在板坯均热炉加热阶段，通过隧道式均热炉对经过补热及炉前除鳞的板坯进行加热及均热，控制板坯出炉温度T＝T

在卷取前阶段通过侧导板压力控制减少带钢边部毛刺因压力导致的脱落，通过双向侧喷水调整减少脱落的毛刺附着在板面形成异物压入，在卷取前阶段，卷取前侧导板压力≤2KN，在夹送辊前采用双向侧喷水冲刷板面异物，侧喷水压力为12～15bar。

具体地，边部加热器采用电磁感应加热方式或煤气烧嘴加热，板坯边角部加热宽度为50～100mm。

另外，短流程酸洗钢的化学成分质量百分比为C：0.01～0.08％，Si：0.01～0.20％，Mn：0.10～1.50％，S：≤0.010％，P：≤0.010％，N：0.002～0.008％，Als：0.02～0.07％；钢中残余Ti为0.0010～0.0020％。

本发明中，短流程低合金钢表面压痕缺陷在带钢边部分布，缺陷部位与钢基呈分离态，呈现异物压入状态，异物部位与钢基成分无明显差异，如异物发生脱落遗留形成压痕。同时发现出现压痕缺陷的钢卷还存在带钢边部毛刺，两者存在明显的相关性。边部毛刺部位金相未发现夹杂物和高温氧化圆点，缺陷附近微观组织未见明显异常，说明缺陷不是来源于铸坯裂纹缺陷。附图3为短流程酸洗钢带钢边部毛刺及表面异物压入缺陷金相分析结果，附图4为短流程酸洗钢表面异物压入及压痕缺陷形成机制示意图，带钢存在边部毛刺，边部毛刺在侧导板作用下发生剥离并掉落至板面，在卷取夹送辊的碾压作用下压入板面，部分未压入的毛刺掉落，则留下压痕。异物压入及压痕均会导致带钢的质量降级。取连铸板坯进行分析，在板坯边部并未发现横角裂纹缺陷，因此带钢边部毛刺产生于精轧阶段，与轧制时带钢边部高温塑性较低相关。

基于短流程产线的工艺履历特点，短流程酸洗钢表面容易受到铸坯表面缺陷(保护渣渣膜烧结、保护渣增碳、振痕)遗传的影响，为获得良好的表面质量，高表面要求的酸洗钢必须使用较大除鳞压力对进入均热炉前的连铸坯表面进行除鳞，去除保护渣渣膜并加速增碳、振痕缺陷层的清除。然而，由于铸坯边角散热快，温降较大，在除鳞水的作用下铸坯边角部容易降至Ar3温度以下进入奥氏体γ+铁素体α两相区。短流程铸坯的晶粒尺寸较大(800～1000μm)，因此在粗大的奥氏体晶界析出铁素体薄膜，并根据AlN在奥氏体及铁素体中的固溶度积公式lg([Al][N])

因此，短流程酸洗钢表面异物压入及压痕缺陷控制方法的关键在于连铸坯边角部的热塑性控制，并辅以卷取侧导板及夹送辊前侧喷的工艺控制。

下面结合具体的实施例进行进一步介绍，如表1为各实施例及对比例的熔炼化学成分(质量百分比)及Ar3、T

表1各实施例及对比例的熔炼化学成分(质量百分比)及Ar3、T

表2各实施例及对比例的边部补热及加热工艺对比

表3各实施例及对比例的卷取前侧导板及夹送辊前侧喷工艺

各实施例及对比例在不同工艺下得到的带钢边部毛刺、异物压入及压痕缺陷表检结果如表4所示。可以看出实施例工艺下带钢边部毛刺、异物压入及压痕缺陷发生率与对比例相比均有显著降低。本发明通过连铸出口阶段、板坯加热阶段、卷取前阶段等工序的综合优化，实现基于熔炼成分的析出物控制及板坯高温塑性的调控。某高表面要求酸洗钢表面异物压入及压痕缺陷导致的降级率降低至0.2％以下。

表4各实施例及对比例在不同工艺下带钢边部毛刺、异物压入及压痕缺陷结果

在此，需要说明的是，上述技术方案的描述是示例性的，本说明书可以以不同形式来体现，并且不应被解释为限于本文阐述的技术方案。相反，提供这些说明将使得本发明公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本说明书所公开的范围。此外，本发明的技术方案仅由权利要求的范围限定。

用于描述本说明书和权利要求的各方面公开的仅仅是示例，因此，本说明书和权利要求的不限于所示出的细节。在上述描述中，当相关的已知功能或配置的详细描述被确定为不必要地模糊本说明书和权利要求的重点时，将省略详细描述。

在使用本说明书中描述的“包括”、“具有”和“包含”的情况下，除非使用否则还可以具有另一部分或其他部分，所用的术语通常可以是单数但也可以表示复数形式。

最后，应当指出，以上内容是结合具体实施方式对发明所做的进一步详细说明，不能认为本发明的具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，所做出的简单替换，都应当视为属于本本发明的保护范围。以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应认为属于本发明的保护范围。

同时，需要说明的是，上述技术方案的描述是示例性的，本说明书可以以不同形式来体现，并且不应被解释为限于本文阐述的技术方案。相反，提供这些说明将使得本发明公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本说明书所公开的范围。此外，本发明的技术方案仅由权利要求的范围限定。本发明的各种实施方案的特征可以部分地或全部地彼此组合或者拼接，并且可以如本领域技术人员可以充分理解的以各种不同地构造来执行。本发明的实施方案可以彼此独立地执行，或者可以以相互依赖的关系一起执行。

对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当视为属于本发明的保护范围。