汽车用冷轧板表面条状色差成因分析

郑 郧 张金玲 薛韶军 章 恒 戴立刚

(1.国家再制造汽车零部件产品质量监督检验中心(筹)，江苏张家港 215600；2.张家港清研再制造产业研究院，江苏张家港 215600；3.张家港清研首创再制造科技有限公司，江苏张家港 215600)

汽车用冷轧板表面条状色差成因分析

郑 郧1,2,3张金玲1,3薛韶军1,3章 恒1,3戴立刚1,2,3

(1.国家再制造汽车零部件产品质量监督检验中心(筹)，江苏张家港 215600；2.张家港清研再制造产业研究院，江苏张家港 215600；3.张家港清研首创再制造科技有限公司，江苏张家港 215600)

采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及激光共聚焦显微镜(LSCM)等测试手段对汽车用冷轧板表面色差形貌及成因进行了分析。结果表明，色差缺陷呈纵向黑白条纹相间分布，黑条区域较白条区域粗糙；冷轧末机架轧制油铺展不均匀，导致轧辊对带钢的转印率不均匀，是纵向色差缺陷产生的主要原因；通过降低轧制油颗粒度、减小轧制油颗粒接触角，提高轧制油颗粒均匀性及轧制油洁净度，冷轧汽车板纵向色差问题得到了有效解决。

冷轧汽车板 色差 粗糙度 轧制油

汽车用冷轧板表面质量缺陷严重影响产品的美观，用户对汽车板的表面质量有极高的要求，许多客户对高级别汽车板的表面质量要求为零缺陷。某厂汽车用冷轧板表面缺陷主要有起筋、夹杂、翘皮、麻点、密皱纹、色差等，尤以色差最为严重。国内专家学者对冷轧板色差问题的研究较多。许斌等[1]认为，钢板表面存在欠酸洗、表面粗糙度不均等缺陷，冷轧时产生局部粘着磨损现象，宏观上表现为色差缺陷；陈维晋等[2]认为，是轧机热划伤导致冷轧表面色差缺陷；刘晓程等[3]认为，是结晶器弯月面处铜板裂纹造成冷轧表面色差缺陷；郭晓波等[4]认为，热轧来料原始粗糙度、冷轧辊粗糙度、冷轧轧制速度是影响纵向条纹缺陷(色差)的主要因素。

本文采用扫描电镜、能谱仪及激光共聚焦显微镜等测试手段对汽车用冷轧板表面纵向条状色差缺陷进行了分析，并结合冷轧板的全流程生产工艺，讨论了色差缺陷产生的原因，以期为冷轧板表面质量的改进提供依据。

1 试验材料和方法

试验材料为DC03冷轧板，其化学成分如表1所示。DC03冷轧板的生产工艺流程为：热轧原料- 5机架酸连轧- 电解清洗- 连续退火- 平整- 重卷。在冷轧板上截取存在色差缺陷的试样，经超声波清洗后吹干。利用扫描电镜和激光共聚焦显微镜对缺陷的微观形貌进行分析。

表1 DC03钢的化学成分(质量分数)Table 1 Chemical composition of the DC03 steel(mass fraction) %

2 试验结果

2.1 宏观形貌

试验冷轧板色差缺陷的宏观形貌如图1所示，可见冷轧板表面呈黑色和白色条纹相间分布，一般通卷连续性存在，且头尾色差较重，中间色差较轻，带钢经平整后色差变轻微。

2.2 微观形貌

色差缺陷的微观形貌如图2所示，可见黑色条纹区域表面凹凸不平，坑的深度明显高于白色条纹区域。EDS能谱分析显示，白色及黑色条纹区域均无氧化铁等异物。

采用激光共聚焦显微镜观察到的色差缺陷形貌如图3所示。粗糙度分析结果表明，黑条区域粗糙度Rα为2.4 μm，白条区域粗糙度Rα为1.7 μm。

图1 试验冷轧板色差缺陷的宏观形貌Fig.1 Macrograph of chromatism on the tested cold- rolled sheet

图2 试验冷轧板色差缺陷的微观形貌 Fig.2 Micrographs of chromatism on the tested cold- rolled sheet

图3 试验冷轧板色差缺陷的共聚焦形貌及粗糙度Fig.3 LSCM images and surface roughness of the tested cold- rolled sheet

3 汽车用冷轧板色差缺陷形成原因

3.1 酸轧快停试验

热轧原料表面存在条状氧化铁皮缺陷时(见图4(a))，酸洗后表面存在粗糙度不均匀现象(见图4(b))，宏观上形成灰黑条状色差。选取带有条状氧化铁皮缺陷的热轧原料，研究热轧原料粗糙度对冷轧色差形成的影响。1～4号轧辊采用0.4～0.6 μm的光辊，5号轧辊采用粗糙度为3.0 μm的毛辊，轧制过程中快速停止，用手持式粗糙度仪测量各机架间带钢表面粗糙度，并观察各机架间冷轧板的色差。表2列出了试验冷轧板在各机架间的粗糙度及色差。

图4 热轧原料表面条状氧化铁皮的(a)宏观形貌及(b)酸洗后的微观形貌Fig.4 (a) Macrograph of striped oxide scale on the surface of hot- rolled sheet and (b) micrograph after pickling

表2 试验冷轧板在各机架间的粗糙度及色差Table 2 Roughness and chromatism of the tested cold- rolled sheet steel between different hot strip mills

试验得出：热轧原料的黑白条状色差缺陷在2号机架轧制后消除，说明冷轧可以在一定程度上消除来料表面的粗糙度不均问题。2～5号机架间皆没有明显色差缺陷，轧机出口出现色差缺陷，说明色差缺陷产生于5号机架，观察其表面情况，未发现明显条带状缺陷。

3.2 酸轧减速试验

关于轧制速度对色差的影响，有研究[1]认为，冷轧速度高，有助于轧辊抓取乳化液以建立油膜厚度。但过快的轧制速度会造成乳化液在辊面分布不均，使变形区的油膜厚度不一致。油膜厚的地方导致轧辊对带钢表面的转印效果差，油膜薄的地方转印效果好。转印效果不均匀导致纵向色差缺陷的形成。

研究了轧制速度对色差缺陷的影响。轧制速度设置如图5所示，观察不同轧制速度下的色差情况。试验结果表明，带钢升降速时，色差较重；带钢匀速轧制时，色差较轻微。其原因为，带钢加速及减速时，轧制油压力及流量调节缓慢，导致其在轧辊表面分布不均匀。

图5 轧制速度设置Fig.5 Setting of rolling speed

3.3 末机架光辊和毛辊轧制试验

末机架分别采用光辊和毛辊轧制，研究了轧辊粗糙度对色差的影响。光辊粗糙度为0.4 μm，毛辊粗糙度为3.0 μm。试验结果表明，光辊轧制产生的色差缺陷较毛辊轧制严重。其原因主要为：毛辊对带钢表面的转印效果要好于光辊，毛辊能够有效降低带钢表面粗糙度差异，如表3所示，光辊黑白条纹间粗糙度的差异明显大于毛辊的。带钢表面粗糙度大小不会造成色差缺陷，区域性粗糙度差异才会在宏观上表现为色差缺陷，粗糙度差异越大，色差越明显。

表3 末机架光辊和毛辊轧制表面粗糙度对比Table 3 Comparison of the surface roughnesses after bright and textured final strand rolling μm

3.4 色差卷平整试验

将带有色差缺陷的钢卷进行平整，平整辊粗糙度为2.6 μm，平整伸长率为1.5%。观察平整前后色差缺陷。试验结果表明，平整后带钢表面仍存在色差，但是色差变轻微。平整前、后带钢表面共聚焦粗糙度分析结果如表4所示，可见平整辊对带钢表面的转印使得平整后带钢表面的粗糙度增大，且黑白条纹间粗糙度差异减小，宏观上表现为色差变轻微。

表4 平整前、后表面粗糙度对比Table 4 Comparison of the surface roughnesses after pre and post strip skin pass μm

3.5 试验总结

上述试验结果表明，热轧原料表面存在粗糙度差异时，通过冷轧可适当缓解甚至消除；提高末机架轧辊粗糙度、对带钢进行毛辊平整等对色差有一定的缓解作用，但不是本类色差产生的根本原因。本类色差产生于末机架，末机架轧辊未发现条状缺陷，升速及降速轧制时色差较匀速轧制严重。综合以上分析得出，该类缺陷产生原因为末机架油膜铺展不均匀，导致轧辊对带钢的转印率不均匀，造成板面存在区域性粗糙度差异，宏观上表现为色差缺陷。

4 色差缺陷改进试验

现场试验发现，末机架油膜铺展不均匀是导致色差产生的主要原因。而影响末机架油膜铺展均匀性的因素有：(1)轧制油润滑性能；(2)轧制油颗粒均匀性；(3)轧制油稳定性；(4)轧制油油膜铺展性能；(5)轧制油洁净度。

要提高油膜铺展均匀性，就需要针对上述影响因素进行改进。改进方案如表5所示。

表5 改进方案Table 5 Improved scheme

图6为优化前、后冷轧汽车板表面状况，可见，通过提高末机架轧制油油膜铺展的均匀性，色差问题得到了有效解决。

图6 优化前(a)、后(b)试验冷轧板的表面状况Fig.6 Surface conditions of the tested cold- rolled sheet steel before(a) and after(b) optimization

5 结论

(1)汽车用冷轧板表面色差缺陷呈纵向黑白条纹相间分布，黑条区域较白条区域粗糙；带钢表面粗糙度大或小不会造成色差缺陷，区域性粗糙度差异才会在宏观上表现为色差缺陷，粗糙度差异越大，色差越明显。

(2)带钢升降速轧制时，色差比匀速轧制明显；末机架光辊轧制产生的色差缺陷较毛辊轧制严重；经平整后带钢的色差变轻微。

(3)冷轧在一定程度上可消除热轧来料表面的粗糙度不均匀问题。

(4)冷轧末机架带钢表面附着的轧制油颗粒度不均匀及油膜分布不均匀，导致轧辊对带钢的转印率不均匀，是色差产生的主要原因。

(5)通过降低轧制油颗粒度、减小轧制油颗粒接触角，提高轧制油颗粒均匀性及轧制油洁净度，汽车用冷轧板的色差问题得到了有效解决。

[1] 许斌,谷凤龙.汽车用冷轧板表面色差缺陷的研究[C]//2010年全国冷轧板带生产技术交流会论文集(上).青岛：中国金属学会，2010:204- 209.

[2] 陈维晋,何小丽,张晓宇.轧硬板表面色差及凹坑缺陷的成因分析[J].四川冶金,2016,38(2): 33- 36.

[3] 刘晓程,张向东,孙学玉.冷轧板表面色差缺陷控制[J].河北冶金,2013(11):60- 62.

[4] 郭晓波,钟莉莉,刘跃华,等.冷轧板表面纵向条纹缺陷成因分析[J].鞍钢技术,2016(6):53- 55.

收修改稿日期：2017- 03- 01

CauseAnalysisonStripedChromatismonSurfaceofCold-rolledSheetforAutomobile

Zheng Yun1,2,3Zhang Jinling1,3Xue Shaojun1,3Zhang Heng1,3Dai Ligang1,2,3
(1.National Quality Supervision and Testing Center for Remanufacturing Automotive Part Products (preparatory period), Zhangjiagang Jiangsu 215600,China;2.Zhangjiagang Tsingyan Remanufacturing Industry Institute, Zhangjiagang Jiangsu 215600,China;3.Zhangjiagang Tsingyanshouchuang Remanufacturing Technology Co., Ltd., Zhangjiagang Jiangsu 215600, China)

The morphology and cause of striped chromatism on the surface of cold- rolled automobile sheet was investigated by SEM, EDS and LSCM and so on. The results showed that the chromatism appeared to be black streaks alternating with white ones, and the black region was coarser than white area. The main cause of striped chromatism was the inhomogeneous spreading of rolling oil on the last stand of tandem cold mill lead to the uneven of the transfer efficiency. Through reducing the granularity and contact angle of rolling oil, increasing the uniformity and cleanliness of rolling oil, the striped chromatism of cold- rolled automobile sheet was improved effectively.

cold- rolled automobile sheet，striped chromatism，roughness，rolling oil

郑郧，男，工程师，从事汽车零部件再制造研究，Email：zjl050314@163.com