皮下氣泡

皮下氣泡(subsurface blowholes)是指存在於鋼錠皮下的氣孔，其危害是造成軋材產生深口、裂痕。皮下氣泡有兩種形態：一種是以針狀細孔形態大面積分佈於鋼錠皮下，這是由於鋼液脱氧不足，鋼水凝固時析出的氧與碳反應生成CO氣泡所致。這種皮下氣泡主要靠強化脱氧來防止。另一種是以較大的氣泡形態零散分佈於鋼錠皮下。這是由於鋼水中含氣量過高，或者是澆注系統潮濕或保護渣潮濕，澆注時氣體析集於皮下所造成，其防止措施主要是加強原材料烘烤，降低鋼水含氣量，保持澆注系統和保護渣乾燥 ^[1]  。

1)皮下氣泡暴露在鋼材（坯）表面上即成氣泡裂紋，不超過 允許清理深度的氣泡裂紋可以進行表面清理，氣泡裂紋超過允許 清理深度時即使數量很少，若留在鋼中，也會在使用中造成事故， 所以這種鋼材應當報廢；

2)允許按錠盤分選組批，複驗後判定；

3)大規格產品可以改軋成小規格的冷加工用材。

為系統研究超低碳鋼鑄坯皮下氣泡缺陷的形貌，對超低碳鋼鑄坯表面進行了觀察和低倍分析。檢測發現在鑄坯橫截面的四個邊部均存在皮下氣泡，對應角部的皮下氣泡比較密集，氣泡的深度達到2 ～ 5 mm，直徑在1 ～ 1． 5 mm，由於氣泡的深度較大，軋製前的加熱和高壓水除鱗處理不能夠將之完全消除，後續軋製生產時，則會在盤條表面產生結疤缺陷，影響成品軋材的表面質量。為印證此問題，對皮下氣泡嚴重的超低碳鋼鑄坯進行了軋製工業試驗，並對軋製4 個道次後的中間坯和成品盤條進行取樣分析。發現在軋製4 個道次後的中間坯周邊存在很多皮下氣泡缺陷，有的已從鑄坯近表層延展到中間坯表面，更嚴重的已經在中間坯表面產生開裂裂紋，繼續向後道軋製，將產生大量的表面裂紋和結疤缺陷，甚至會導致憋鋼事故，影響軋製生產的進行。通過對成品盤條進行掃描電鏡分析發現，在其基體表層存在經軋製延展狀態的皮下氣泡缺陷，有的呈橢圓形，通過細小的徑口向外展開，有的呈尖角狀，在盤條表層已經形成細小的裂紋通道，徑向深度在50 μm 左右，內部均存在氧化鐵物質。

對超低碳鋼熱軋盤條表面缺陷進行觀察分析發現，超低碳鋼鑄坯皮下氣泡在軋製生產中會在其熱軋盤條表面產生嚴重的結疤缺陷。按形狀可劃分為:點狀結疤、塊狀結疤和鋸齒狀結疤。點狀結疤很薄，結疤處有鏽蝕色，多數容易脱落，尺寸大小在1 ～2 mm ²，在盤條表面彌散分佈，用手觸摸有刮手的感覺;塊狀結疤有的為單體，有的為連續的長條狀，寬度在3 ～ 6 mm，長度在5 ～ 12 mm，盤條表面到結疤凹坑底部的深度大於1 mm;鋸齒狀結疤沿縱向分佈在盤條表面，其一側與盤條基體相連，另一側翹起或壓貼在盤條表面，邊部呈鋸齒狀，長度在3 mm 以上。以上所述三類結疤缺陷分佈沒有規律，有的整盤盤條通身存在，有的在盤條的局部表面存在。塊狀和鋸齒狀結疤缺陷對盤條後續的拔絲生產影響嚴重，結疤缺陷會在拉拔過程中延展，向拉拔細絲的表面傳遞，在成品銅包鋼絲表面留下起皮缺陷，更嚴重的會導致拉拔斷絲 ^[2]  。

1 .超低碳鋼鑄坯皮下氣泡產生原因

超低碳鋼鑄坯皮下氣泡的產生與鋼中氣體含量緊密相關。隨着鋼水凝固過程的進行，樹枝晶間液相中溶質元素( 碳、氧、氮、氫) 逐漸富集，當碳、氧富集到一定程度時，超出碳－氧平衡值，就會發生碳氧反應，生成CO 氣體;同時，氮、氫富集到一定程度也會形成N₂、H₂，隨着凝固過程的進一步進行，這些氣體逐步聚集，氣體壓強逐增大，生成氣體總壓強。對於方坯超低碳鋼而言，生成的氣體總壓強主要為CO 氣體產生的壓強。

2 .控制措施及效果

要降低鑄坯皮下氣泡缺陷產生的幾率，關鍵在於對鋼液中氧含量的控制。鋼中[C]、[O]含量與產生皮下氣泡的對應關係，即對於超低碳鋼而言，鋼液中的氧活度要穩定控制到小於80 μg /g，才能夠有效降低鑄坯皮下氣泡的產生幾率，同時要考慮到過程吸氣及凝固過程其它氣體的富集，對鋼液中氧活度的控制應更加嚴格。鋼廠在開發超低碳鋼的過程中，嚴格執行以上措施，有效地控制了超低碳鋼鑄坯皮下氣泡的產生。統計了改善措施實施後，某段時期內超低碳鋼鑄坯的低倍檢測分析結果。發現其鑄坯表層皮下氣泡級別控制在≤1． 5 級，90% 的鑄坯表層皮下氣泡級別控制在≤1． 0 級，皮下氣泡的深度小於1． 5 mm，直徑小於1 mm。有效消除了盤條表面結疤缺陷，保證了成品盤條的表面質量，滿足了高端用户的使用要求。

(1)超低碳鋼鑄坯皮下氣泡在軋製生產中會導致其熱軋盤條表面產生嚴重的結疤缺陷，對後續盤條的拔絲生產影響嚴重，會在成品銅包鋼絲表面留下起皮缺陷，更嚴重的導致拉拔斷絲。

(2)超低碳鋼鑄坯皮下氣泡的產生與鋼中氣體含量緊密相關，當鋼液內生成氣體的壓強大於阻礙其產生的壓強時，將會在其鑄坯表層產生皮下氣泡缺陷。

(3)通過穩定控制超低碳鋼鋼液中的氧活度在80 μg /g 以下，能夠有效控制超低碳鋼鑄坯皮下氣泡缺陷產生的幾率，保證其成品盤條表面質量的穩定，滿足了高端用户的使用要求 ^[3]  。