1. 引言
边裂缺陷指板带边缘沿长度方向的单侧或两侧出现破裂呈裂口状 [1]，包括热卷原料边部开裂，或者经冷轧轧制后边裂，两者均对下游客户使用效果产生不良影响，包括损伤辊面、影响成材率和使用性能等，严重时甚至断带。冷轧边裂缺陷是严重制约卷板中冷轧基料用途产品的重要因素，降低因冷轧边裂导致的降级率迫在眉睫。
前人已对板带冷轧后边裂进行了研究。王健 [2] 等人通过对SPHC冷轧板带出现边裂的研究发现，板带边部晶粒较粗大，且存在三次渗碳体是造成边裂的主要原因。宋进英 [3] 等人研究了夹杂物引起的边裂，钢板边部脱碳严重引起的边裂，横向冷却不均匀引起的边裂和聚集的气泡引起的边裂。李波涛 [4] 研究了SPHC钢板卷边裂原因，分析认为铸坯的加热不当造成铸坯过热、过烧，使边部晶粒异常长大，并且局部晶界产生缩孔是导致边裂的主要原因。
近期，下游客户反馈Q195冷轧基料用途卷板，经冷轧后存在边裂现象。本文对冷轧缺陷边裂的产生原因进行了分析，通过开展精轧工序的优化试验，在一定程度上减少了冷轧后出现边裂的现象。
2. 冷轧边裂缺陷基本情况
经统计，该类冷轧后边裂缺陷出现在Q195，坯型主要集中在200 * 940 mm和200 * 1020 mm，客户采取裁边后(裁边宽度为7~10 mm左右)进行冷轧加工工艺，采用单机架生产模式由原料厚度3.0 mm经6道次轧制到0.18~0.39 mm，变形比为89%~94%。严重时客户降级率可达到7%，严重影响客户使用效果。产品生产的工艺流程为炼钢→连铸→加热→粗轧→精轧(7连轧)→层冷→卷取。
化学成分见表1所示，成分控制符合判定标准。冷轧边裂缺陷分布的一般规律为边裂分布位置在冷轧成品卷芯60 mm，单侧出现占比65%，且操作侧频率高于传动侧，少量双侧均会出现，裂口深度1.5~2 mm，严重时达到3 mm。结合客户生产工艺，对应热轧卷板位置为尾部40~50 m范围内。具体形貌如图1所示。
Table 1. Chemical composition (wt%)
表1. 化学成分(wt%)
3. 实验部分
3.1. 研究方法
采用型号AbrasiMet250金相切割机截取距离钢带边部90 mm范围内横截面试样，每个位置尺寸为30 * 8 mm，取样位置如图2所示。依次使用400目→1200目→2000目砂纸研磨后，使用2.5 μm抛光剂进行粗抛，再以1.0 μm抛光剂进行精抛，最终使用清水进行精抛，去除表面残留物质。金相组织采用4%硝酸酒精腐蚀，腐蚀时间10 s，最终采用Axio Imager. A1m金相显微镜观察金相组织。
Figure 2. Schematic diagram of sampling location
图2. 取样位置示意图
3.2. 金相检测分析
如图3和图4所示，操作侧距离边部15 mm范围内为全厚度混晶组织，晶粒均匀性较差；传动侧距离边部10 mm范围内为全厚度混晶组织，晶粒均匀性较差。
(a) 左，距边部5 mm，200× 
(b) 中，距边部10 mm，200× 
(c) 右，距边部15 mm，200×
Figure 3. Metallographic structure of operation side
图3. 操作侧边部金相组织
(a) 左，距边部5 mm，200× 
(b) 中，距边部10 mm，200× 
(c) 右，距边部15 mm，200×
Figure 4. Metallographic structure of transmission side
图4. 传动侧边部金相组织
3.3. 边部粗晶及混晶形成原因
精轧过程冷却水种类主要包括机架间冷却水、防剥落水、逆喷水等，通过现场调查发现，Q195系列冷轧基料生产控制模式中机架间水投入自动模式(一般数量为F1~F3)，且F1和F2机架间冷却水量较大，边部接触水量较多，冷却速度较快。钢带尾部F1抛钢后，防剥落水未及时关闭，防剥落水冲浇钢带尾部，导致钢带尾部冷却速度较快。
高温带钢边部位置属于二维传热，边部热损失较主体位置快，因而导致带钢边部及近边部表层的相变先于中间部分发生，带钢在两相区(α + γ)终轧时，奥氏体和已转变的部分铁素体会同时变形。变形后的奥氏体在随后的冷却转变中，由于再结晶和相变使得变形潜能得到消除或部分消除；而变形后的铁素体，由于其变形潜能无法通过相变或再结晶消除而留在组织中。这些变形潜能以畸变能或亚结构等形式存在于铁素体之中，相当于带钢表面(带钢表面由于温度较低而处于铁素体状态)留有一定的冷加工硬化，在后续冷却的过程中，容易发生晶粒粗化及边部混晶现象。经理论数据查询，Q195低碳钢两相区温度为800℃~875℃，对应现有终轧温度880℃，结合现场实际温度测量，F1~F3精轧阶段温降对边部粗晶形成有较大影响。
4. 改善措施
4.1. 减少机架间冷却水使用试验
试验钢种：Q195，试验规格：3.0 * 927 mm，通过调整轧制速度及精轧入口温度≤1040℃，终轧温度设定900℃，轧制过程投入F1机架间冷却水，防剥落水F1~F3，逆喷水F6、F7，同时机架间冷却水边部水嘴进行封堵，封堵数量为8个。
金相检测结果如表2所示：钢带尾部6 m取样位置边部粗晶范围≤ 50 mm，操作侧全厚度方向混晶16 mm；传动侧无全厚度方向混晶，边部粗晶范围控制较前期有明显改善；钢带尾部24 m取样位置边部粗晶范围< 25 mm，操作侧及传动侧均无全厚度方向混晶现象。
Table 2. The metallographic structure of the edges of reducing the use of cooling water between racks
表2. 减少机架间冷却水使用试验方案边部金相组织检测情况
4.2. 关闭防剥落水使用试验
试验钢种：Q195，试验规格：3.0 * 1010 mm，针对F1抛钢后，防剥落水冲浇尾部现象，进行关闭F1~F3防剥落水试验，与开启F1~F3防剥落水进行比对。
金相检测结果如表3所示：钢带尾部6 m取样位置边部粗晶范围≤ 30 mm，粗晶范围进一步缩小，操作侧及传动侧均无全厚度方向混晶现象。
Table 3. Metallographic structure of closing the anti stripping water
表3. 关闭防剥落水边部组织检测情况
5. 结语
以上试验结果表明，通过减少机架间冷却水使用，钢带尾部6 m处边部粗晶范围可缩减至50 mm范围内，全厚度混晶范围≤ 16 mm，钢带尾部24 m处全厚度混晶现象。在此基础上，关闭F1~F3防剥落水试验，钢带尾部6 m处边部粗晶范围可缩减至30 mm范围内，无全厚度混晶现象，有效改善冷轧后边裂缺陷。
以上两种方案试验卷，经冷轧试用后，冷轧边裂现象得到明显改善，0.20~0.25 mm厚度：改善前降级边缘(1~1.5 mm)占比15.38%，达到降级标准占比7.69%；改善料降级边缘占比7.59%，较之前下降7.79%，达降级标准1.27%，较之前下降6.42%。