钢带表面质量缺陷原因分析及改进措施

2020-12-10范细忠何士国于斌贺亮付青才王刚

鞍钢技术 2020年6期

范细忠，何士国，于斌，贺亮，付青才，王刚

（鞍钢股份有限公司鲅鱼圈钢铁分公司，辽宁营口115007）

热轧钢带产品作为钢材市场最为重要的品种之一，广泛应用于汽车、家电、管线、造船等领域。随着钢铁市场的发展，部分钢铁企业更多地把眼光放在追求规模和成本上，忽视了产品质量的提升。由于热轧高温连续化生产以及其工艺特点，在常规轧制时产品会出现表面麻点、铁皮、周期性挂腊等表面质量问题，无法正常交货，严重时甚至需要判废处理。因此，研究钢带表面质量控制技术，对于提高热轧表面质量，提升产品品质有着重要意义。

1 带钢表面质量缺陷

带钢在连续化生产过程中，由于高温轧制控制不当，断面温度不均，操作控制不当等原因，生产时会出现各种带钢表面质量缺陷。按缺陷类型来分，有麻点缺陷、铁皮缺陷、周期性挂腊缺陷、铬印缺陷、划伤缺陷、翘皮缺陷、夹杂缺陷、挫伤缺陷、飞刺缺陷、铬痕缺陷等。考虑到夹杂、翘皮缺陷主要由板坯带来，飞刺、挫伤、铬痕等缺陷产生原因单一，因此，着重介绍前三种缺陷，并在后续进行原因分析和控制。

1.1 麻点缺陷

麻点缺陷在带钢表面上呈针点状密集分布，严重时会呈片块状，甚至连续条状分布，该缺陷一般产生于铝镇静钢，轧制温度越高，轧制成品厚度规格越薄，缺陷产生几率及程度都会明显增加。缺陷经酸洗后，在板面可以看到明显的密集凹坑，缺陷严重时，有些不能彻底被酸洗干净，酸洗后板面可见局部黑色物质。在生产酸洗板、汽车用钢、镀锡板等有高表面质量要求的钢种时，该缺陷会严重影响后续产品的表面质量。麻点缺陷如图1所示。

图1 麻点缺陷Fig.1 Pitting Defects

1.2 氧化铁皮缺陷

氧化铁皮缺陷在带钢表面上一般呈黑色或浅红色、长条柳叶状，长宽比一般在5∶1以上，连续或间断分布。对于含硅量偏高的钢种，在轧后会发现带钢表面有红色铁皮压入，因压入钢带表面相对深，在后续加工时不容易进行去除，对后续产品质量影响较大，不能直接用作原使用用途，严重时甚至需要判废处理。氧化铁皮缺陷如图2所示。

图2 氧化铁皮缺陷Fig.2 Scale Defects

1.3 周期性挂蜡缺陷

周期性挂蜡缺陷在板面呈点状或圆饼状，相同缺陷在钢带上间距相等，且呈周期性分布。该缺陷比较容易在精轧机末机架带钢跑偏甩尾或者顺折时发生，主要是工作辊粘连异物或者辊面受损造成，相同缺陷的间距基本与工作辊辊身周长相当。该缺陷通过在线表面检测仪表或实物检查很容易发现，缺陷程度经判定不符合产品标准时，需要及时停轧更换工作辊。在生产薄规格出现此类缺陷时，由于更换工作辊后无法直接继续生产原规格，对生产影响比较大。钢板表面周期性挂腊缺陷见图3。

图3 周期性挂腊缺陷Fig.3 Periodic Wax-hanging Defects

2 表面质量缺陷产生原因及分析

2.1 麻点缺陷

对钢板麻点缺陷位置进行能谱分析，检测缺陷构成元素主要是Fe和O，初步可以判定麻点缺陷属于氧化铁皮的一种类型。根据麻点缺陷钢卷的统计，产生麻点缺陷的钢种95%以上均属于铝镇静钢，且轧制温度越高，麻点缺陷的程度越重，但硅含量超过0.15%的钢种基本不产生麻点缺陷。从下机工作辊辊面看，对应产生麻点缺陷的生产周期，下机工作辊辊身状态不良，工作辊辊面有麻坑，甚至有氧化膜剥落现象发生。通过在线表面检测仪发现，板面出现麻点缺陷时，立即对工作辊进行全部更换后，在不改变原有工艺的情况下，麻点缺陷随之消失，但在轧制一段时间后会再次出现，由此可以判断，麻点的产生与工作辊辊面的状态有直接关系。工作辊氧化膜不良如图4所示。

图4 工作辊氧化膜不良Fig.4 Poor Oxidation Film on Work Rolls

结合上述实际生产结果及数据分析，可以判断麻点缺陷产生的过程为：钢带在高温轧制过程中表面氧化形成氧化铁皮，在工作辊轧制时被粗糙的工作辊辊面碾碎并压入带钢表面，在带钢表面形成麻点缺陷［1］。而在生产硅含量较高品种时，由于表面氧化铁皮的致密结构，工作辊辊身氧化膜损伤小，氧化铁皮被破碎反压入带钢表面的几率也大大降低，故麻点缺陷在此类钢种发生几率也比较低。

2.2 氧化铁皮缺陷

根据氧化铁皮缺陷颜色不同，分为黑色氧化铁皮和红色氧化铁皮。针对黑色氧化铁皮，根据产生原因不同，可以将氧化铁皮缺陷大致分成三类。第一类是除鳞不尽铁皮，主要由除鳞压力不足、喷嘴堵塞、除鳞时序不对等原因造成；第二类是刮擦式铁皮，主要是因板通道存在局部高点，带钢与这些过渡板高点刮碰造成的，这类缺陷一般发生在产品下表面；第三类是氧化膜脱落式铁皮，主要是轧辊氧化膜形成不好，在生产过程中带钢表层氧化铁皮破碎，轧辊氧化膜剥落导致铁皮压入带钢表面形成［2］。

红色氧化铁皮缺陷产品主要品种多为硅镇静钢。从缺陷能谱检测看，缺陷成分含硅、铁和氧。通过查阅文献资料［3-5］，结合现场实际，分析主要是硅含量高，在加热过程中，形成硅铁化合物钉扎带钢表面，而轧线除鳞压力有限，无法彻底除去，在后续轧制过程中压入带钢表面，氧化形成红色氧化铁皮缺陷。

2.3 周期性挂蜡缺陷

周期性缺陷主要发生在精轧末机架轧机，由于带钢跑偏导致尾部甩尾，头尾部顺折，破碎的局部带钢粘连在工作辊上，在后续带钢上形成连续、间距相等的周期性凹坑，或者是带钢快速跑偏轧碎造成工作辊局部受损，在后续生产出的带钢上形成连续、间距相等的周期性凸起。

3 控制措施

3.1 麻点缺陷控制

根据麻点缺陷产生原因分析，麻点缺陷产生的两个必要条件：一是带钢在进入工作辊前表面形成相对脆性的氧化铁皮，二是工作辊辊身氧化膜不良（辊面粗糙）。为了控制麻点缺陷的产生，主要从上述两个方面采取措施。

（1）限制精轧机入口上限温度。在保证带钢终轧温度的前提下，尽可能限制精轧机入口上限温度，可以有效降低带钢在轧制过程中的表面氧化，进而降低麻点缺陷产生几率。以低碳钢SPHC 2.75 mm×1 250 mm为例，精轧机入口上限温度最好控制在1 050℃以下。

（2）投入热轧工艺润滑。工艺润滑的投入，不仅可以改善工作辊辊面，还可以有效控制带钢在机架间的高温氧化，有效降低麻点缺陷产生。

（3）增设并充分利用辊缝冷却水。辊缝冷却水增设在工作辊入口，起到有效降低轧前表面温度的目的，不仅可以减轻铁皮产生，还对辊面改善有着较好的效果。

（4）前机架使用高速钢材质工作辊。相对其它材质轧辊，高速钢轧辊具有高耐磨性、辊身氧化膜致密，能大大延长工作辊使用周期，改善带钢表面质量。

（5）保持良好的工作辊冷却状态。利用检修、换辊等停轧期间，定期对工作辊冷却水状态进行检查，保证冷却通畅。同时，定期检测喷嘴流量，确保流量达到设计要求。

3.2 氧化铁皮缺陷控制

针对除鳞不尽原因导致的铁皮压入缺陷，在生产线上可以明显判断，通过更换喷嘴、调整角度、优化时序等措施比较容易解决。对第二类刮擦式铁皮缺陷，通过氧化铁皮的形貌、大小、分布可以较容易找准产生缺陷的区域，再有针对性地采取相应措施予以解决。第三类氧化铁皮压入缺陷因影响因素相对较多，缺陷形貌复杂，大小不一，判断相对困难。由于其主要因轧辊辊面状态不好造成，所以表现出来的缺陷一般为带钢上表面有零星或间断连续铁皮缺陷，并且轧头部缺陷较重，轧尾相对较轻，而在对应的下表面主要表现为比较严重的麻点缺陷。对第三类铁皮缺陷，可以从提高轧机冷却水通透性，改变轧机冷却水量分布，投入工艺润滑和使用辊缝冷却水等措施予以解决。

针对红色氧化铁皮缺陷，由于出现该类缺陷的钢种一般硅含量相对高（通常＞0.15%），硅铁形成化合物对钢坯的钉扎作用，去除相对困难。表1为鞍钢1580热轧产线SPA-H红色氧化铁皮缺陷控制措施。经试验，采取以下四项措施后，产品表面红色氧化铁皮的缺陷大大减少。

表1 鞍钢1580热轧产线SPA-H红色氧化铁皮缺陷控制措施Table 1 SPA-H Red Scale Defect Control Measures of 1580 Hot Rolling Production Line in Ansteel

3.3 周期性挂蜡缺陷控制

在生产过程中发生甩尾、顺折等异常状态后，需及时通过在线表面检测仪表，观测带钢是否存在周期性缺陷。确认缺陷存在之后，可以视情况采取如下措施：

（1）带钢破碎非常严重的，立即停轧，对工作辊进行更换。

（2）对于带钢破碎中等及以下程度的，屈服强度大于350 MPa的相对硬质带钢，根据生产统计经验，一般为轻微铬印缺陷（板面表现为周期性凸起状态），可以视产品用途，后续是否需要再次平整等情况，决定是否停轧立即更换工作辊。

（3）对于带钢破碎中等程度的，屈服强度小于350 MPa的相对软质带钢，根据生产统计经验一般为周期性挂腊缺陷（板面表现为周期性凹坑状态），可以在轧制间隙，通过反复采取控制末机架工作辊压靠至0～300 t的方式，结合后续实物检查、产品用途等，决定是否停轧更换工作辊。

4 实施效果

根据上述措施，形成作业指导文件，在鞍钢1580热轧生产线运行实施。采取措施前后缺陷发生率对比见图5，经过一年的评价，产品麻点铁皮质量缺陷发生率降幅80%，周期性质量缺陷发生率降幅77%，钢带表面质量总缺陷发生率在0.2%以下，产品品质得到较大改善。产品经下游冷轧客户使用评价，一致反映带钢表面质量缺陷非常少，产品质量稳定。