1.Waar komt het porositeitsdefect bij koud-gewalste rollen vandaan?
Porositeitsdefecten in koud-gewalste rollen zijn vrijwel volledig overgenomen van de stroomopwaartse continu gegoten plaat en zijn afkomstig van holtes gevormd door gassen in het gestolde staal tijdens de staalproductie en continugieten. Ze kunnen hoofdzakelijk in twee categorieën worden ingedeeld:
Onderhuidse belletjes: kleine poriën verborgen onder het oppervlak van de plaat. Dit is de belangrijkste bron van oppervlaktedefecten in koud-gewalste platen.
Pinholes/poriën: Nog kleinere poriën of poriën in de plaat.
Op basis van hun oorsprong kunnen deze poriën verder worden geclassificeerd in argonbellen en reactieporiën (zoals CO-bellen), enz.
2. Hoe ontstaan argonbellen tijdens het continugieten en leiden deze uiteindelijk tot defecten bij het koudwalsen?
Bellenvorming: Tijdens continu gieten wordt argongas doorgaans door stoppers of het bovenste mondstuk naar binnen geblazen om verstopping van het ondergedompelde ingangsmondstuk te voorkomen. Onder de turbulente stroming van het gesmolten staal wordt dit argongas in kleine belletjes gebroken.
Bellenmeevoering: De meeste argonbellen stijgen naar het oppervlak en worden geabsorbeerd door de beschermende slak. Als de argonstroomsnelheid echter onstabiel is of als het stromingsveld niet goed wordt gecontroleerd, zullen sommige argonbellen met de stroom gesmolten staal diep in de kristallisator doordringen en worden opgevangen door de stollende knuppelomhulling, waardoor onderhuidse poriën worden gevormd.
Rolling Evolution: Deze onderhuidse poriën worden uitgerekt en afgevlakt tijdens warm en koud walsen. Als de poriewanden tijdens het walsen niet goed kunnen lassen, zullen ze barsten of uitzetten tijdens de daaropvolgende verwerking, waardoor uiteindelijk afbladderende, schilferige of puntvormige defecten op het oppervlak van de koud- koudgewalste plaat ontstaan.
3. Welke andere metallurgische factoren kunnen, naast argonbellen, porositeit veroorzaken?
Slechte deoxidatie: Wanneer het zuurstofgehalte in gesmolten staal te hoog is, of wanneer onvoldoende deoxidatiemiddelen (zoals aluminium of silicium) worden toegevoegd, vindt er tijdens het stollen een koolstof-zuurstofreactie plaats, waarbij koolmonoxide (CO)-gas ontstaat. Als het gesmolten staal een hoge viscositeit heeft of te snel stolt, kan het CO-gas niet opstijgen en ontsnappen, waardoor het vast komt te zitten in de knuppel en poriën vormt.
Gasoververzadiging: Als het gehalte aan opgeloste waterstof, stikstof of andere gassen in het gesmolten staal te hoog is, zullen deze tijdens het stollen neerslaan als gevolg van een plotselinge daling van de oplosbaarheid, waardoor ze zich mogelijk ophopen en poriën vormen.
Slechte droging van mondstukken of beschermende slak: Als de beschermende slak of het mondstukmateriaal dat wordt gebruikt bij continugieten vocht bevat, zal er bij contact met het gesmolten staal bij hoge temperaturen waterdamp ontstaan, waardoor er onmiddellijk belletjes ontstaan die vervolgens in het staal worden opgesloten.
Uit onderzoek blijkt dat deze belletjes soms vergezeld gaan van oxidedeeltjes en zelfs kunnen worden verwijderd tijdens het daaropvolgende beitsen, waardoor alleen eenvoudige poriën overblijven.
4. Hoe evolueren porositeitsdefecten tijdens het walsproces? Welke vorm nemen ze uiteindelijk aan op de koudgewalste rol?
Begintoestand: In continu gegoten platen zijn de poriën bolvormig of ellipsvormig, variërend in grootte van microscopisch tot zichtbaar voor het blote oog, verdeeld onder het oppervlak of intern.
Heetwalsstadium: Onder hoge temperaturen en enorme walsdruk worden de poriën afgeplat en langwerpig, en strekken ze zich uit langs de walsrichting. Als de porieoppervlakken goed contact kunnen maken en bij hoge temperatuur aan elkaar kunnen lassen, kan het defect verdwijnen; als het laswerk slecht is, zal er micro-delaminatie of discontinuïteit ontstaan.
Koudwalsen en gloeistadium:
Schaalvorming: Ongelaste ondergrondse poriën zullen tijdens het koudwalsen op of nabij het oppervlak bloot komen te liggen, waardoor tong-achtige uitstulpingen ontstaan (dwz zware kalkaanslag).
Vorming van lege ruimten: Ernstige poriën of bellenclusters kunnen, wanneer ze tot zeer dunne afmetingen worden gerold, niet volledig door metaal worden bedekt, waardoor ze uiteindelijk scheuren en perforaties vormen.
Blaarvorming: Gas dat in de strip is opgesloten, zet uit tijdens het uitgloeien, waardoor plaatselijke uitstulpingen op het oppervlak ontstaan.
Uiteindelijke vorm: Bij koud-gewalste producten manifesteren porositeitsdefecten zich meestal als punt--- of strip---achtige afbladdering, enkele of meerdere geclusterde kleine gaatjes en intermitterend afpellen.
5. Hoe kunnen we defecten identificeren die door poriën worden veroorzaakt, zowel op macroscopisch als op microscopisch niveau?
Macroscopische identificatiekenmerken:
Distributielocatie: Defecten veroorzaakt door argonbellen worden vaak verspreid aan de randen van de strip (20-50 mm vanaf de rand), omdat de randen daar gemakkelijk belletjes opsluiten. Defecten veroorzaakt door interne reactieporiën kunnen op elke plek over de stripbreedte voorkomen.
Defectmorfologie:
Pit-zoals afpellen: ziet eruit als kleine, verhoogde puntjes zonder duidelijke insluitsels eromheen; gebruikelijk bij hoog-koolstofstaal of diep-trekstaal.
Enkel klein gaatje: Er verschijnt een geïsoleerd klein gaatje op de dunne plaat; het gebied rond het gat is glad, zonder tekenen van scheurgroei.
Microscopische bevestiging:
Metallografische analyse: Er wordt een dwarsdoorsnede-gesneden van de locatie van het defect, geslepen en geobserveerd. Bij het loslaten veroorzaakt door belletjes komen vaak holtes of delaminatie aan het licht die zich uitstrekken langs de walsrichting eronder, zonder duidelijke niet-metalen insluitsels in de omringende matrix.
Scanning-elektronenmicroscopie (SEM) en energiedispersieve spectroscopie (EDS) analyse:
Door de afbladderende huid te openen of de binnenwand van de poriën te observeren, bewijst de detectie van argon (Ar) direct dat het defect afkomstig is van argonbellen (hoewel het argon mogelijk al is verdwenen, wat detectie moeilijk maakt).
Vaker worden sporen van oxidedeeltjes (zoals FeO, MnO, SiO₂, enz.) gedetecteerd, wat erop wijst dat de poriën bij hoge temperaturen interne wandoxidatie ondergingen.
Als een grote hoeveelheid beschermende slakcomponenten zoals Ca, Na en K wordt gedetecteerd, geeft dit aan dat het defect waarschijnlijker wordt veroorzaakt door het invangen van slak dan door eenvoudige belletjes.
Belangrijkste criterium: Als er geen grote hoeveelheid macroscopische insluitsels wordt gevonden op de locatie van het defect, maar de morfologie voldoet aan de kenmerken van "gelaagdheid, borrelen en enkele poriën", en de locatie zich aan de rand bevindt of als er een geschiedenis is van argoninsluiting in het proces, kan in het algemeen worden vastgesteld dat het een porositeitsdefect is.