湿平整工艺中带钢黄斑缺陷问题分析及改进措施

张婷

中国石化润滑油有限公司华南分公司

本文针对2020 年7 月份东北某大型钢铁企业的冷轧带钢平整后板面出现黄斑缺陷问题进行了研究，通过扫描电子显微镜和能谱分析技术分析了黄斑缺陷的形貌和元素，并从现场环境、平整液性能、生产工艺特点等方面分析了导致黄斑产生的影响因素，有针对性地制定改进方案并进行现场应用，有效地控制了黄斑缺陷的产生，减少了客户质量异议。

平整工艺是提高冷轧带钢表面质量的一道重要工序，是小压下率下的冷精轧过程，对冷轧带钢成品的表面质量、板材形状、力学结构等性能有重要意义。平整工艺按是否加平整液分为干平整和湿平整两种工艺，湿平整工艺因具有轧制力低、带钢表面质量高、防锈性能好等优点，目前被广泛采用[1]。

东北某大型钢铁企业主要生产镀锌板、彩涂卷、冷轧板等产品，主要包括SPHC、SPHD、SPHE、Q195L、Q235 等材质，三类产品年产量均为25 万t/a 左右，主要用于建材、轻工等行业。该企业现有一台平整机用于平整工艺，平整机工艺参数如下：

◇设计产量：30 万t；

◇轧机形式：4 辊平整机；

◇机组速度：最大600 m/min；

◇钢板产品规格：厚度0.20～1.50 mm，宽度700～1 350 mm；

◇钢卷重量：18 t。

该生产线2019 年12 月调试完成并开始投入生产，湿平整液使用基本正常，冷轧带钢黄斑发生率控制在3%以下。2020 年7 月，现场反馈冷轧带钢平整后板面出现大量黄斑缺陷，黄斑发生率超过20%。

在湿平整工艺中，黄斑缺陷的频繁出现一直是国内大型钢铁企业的一项难题，分析并解决黄斑缺陷对带钢产品质量提高具有重要意义。

黄斑缺陷的微区形貌和元素分析

冷轧带钢表面黄斑缺陷样板为该钢铁企业自供冷轧带钢，黄斑缺陷外观为条状暗黄色或深棕色斑迹，如图1 所示。

图1 冷轧带钢表面平整黄斑缺陷

黄斑缺陷大部分是在湿平整工艺后钢卷存放后一段时间产生，为分析其产生机制，采用美国FEI 有限公司Nova NanoSEM450 型扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）和美国EDAX公司APOLLO XP 型能量色散X 射线光谱仪（Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy，EDS）分析冷轧带钢表面黄斑缺陷的表面形貌和微区元素，结果见图2、表1。

表1 冷轧带钢表面平整黄斑缺陷和正常部位的元素分析

图2 冷轧带钢表面平整黄斑缺陷和正常部位的表面形貌和EDS谱图

供图/张婷

从图2（a）、（b）可以看出，冷轧带钢表面正常形貌是比较平整均一的，无明显异状物，而黄斑表面形貌为：有明显的团状突出物不均匀地分布在黄斑缺陷处。图2（c）、（d）的EDS 能谱及表1 元素分析结果表明，与钢带正常部分对比，黄斑缺陷部分有2.89%的Na 元素，0.81%的K 元素等，说明黄斑缺陷部分可能存在残留的湿平整液，同时黄斑缺陷部分O 元素含量大大增加，C 元素稍有升高，说明有铁氧化物生成，这也与其他文献中的黄斑缺陷实际上是一种“锈蚀”的观点一致[2]。锈蚀产生的原因主要是带钢经平整后存在电位差，同时钢板表面残留了部分平整液，在高温、高湿环境下带钢表面发生原电池反应而形成黄斑，反应机理如下[3]：

阳极反应：

阴极反应：

电池反应：

Fe（OH）2被空气中氧气氧化生成FeOOH（黄褐色）Fe（OH）2+1/4O2→FeOOH+1/2H2O

导致黄斑缺陷产生的影响因素分析

根据黄斑微区形貌分析结果可知，湿平整工艺黄斑缺陷是一种“锈蚀”，产生原因较为复杂，与平整液自身抗黄斑性能和现场工艺条件及环境等因素都有关。下面将结合湿平整工艺的特点从外部环境、平整液性能、生产工艺特点等3 方面着重对其进行分析。

环境

现场反馈平整后板面出现大量黄斑缺陷的时间是在7 月份，其他月份也有偶发，但不严重，黄斑发生率控制在3%以下。7 月至8 月处于夏季，是北方一年中温度较高、湿度较大的时间段，高温高湿环境会加重黄斑缺陷的产生，从而导致黄斑大面积爆发。

平整液性能

为满足湿平整工艺的要求，湿平整液配方研制时必须考虑到要同时具备较好的清洗性能、防锈性能和适当的润滑性能。其中，湿平整液的清洗性能和防锈性能对带钢表面质量的控制有较大的影响。

清洗性能

平整液的清洗性能可通过JB/T 4323—2018《水基金属清洗剂》中洗油能力（重量法）试验方法来判定。对于湿平整工艺来说，如果喷淋在辊缝的平整液清洗性不好，带钢表面的轧制后形成的铁粉和残炭就不能被及时清除掉。当平整后的带钢表面残留较多的铁粉杂质时，将削弱带钢表面的平整液工序间防锈能力，进一步造成锈蚀缺陷。提高平整液的清洗性能有利于改善锈蚀缺陷。一般通过添加清洗剂来增强湿平整液的清洗性能，湿平整液的水基清洗剂是由表面活性剂和清洗助剂组成，其中表面活性剂作为清洗剂的主要成分，一般以具有较强的清洗能力的非离子表面活性剂为主，如常见的醚、酯、酰胺、聚醚等[4]。

防锈性能

平整液的防锈性能可通过铁屑滤纸法（参考IP287 测试）和GB/T 6144—2010《合成切削液》中单片、叠片防锈性试验来判定。在湿平整工艺中，湿平整液一般要加水稀释至一定的浓度后进行使用，而水的存在是造成金属表面锈蚀的原因之一。为满足现场生产的工序间防锈要求，湿平整液浓缩液中要添加足量的水基防锈剂。

生产工艺特点

湿平整工艺条件较为复杂，主要有三个因素对带钢表面黄斑缺陷的形成有影响。

平整前板面清洁度

平整前两道工序分别为冷轧和罩式退火。冷轧后带钢的表面清洁度和退火后带钢表面清洁度对平整后带钢表面质量都有影响。带钢清洁度不高的情况下，经湿平整工艺后会有较多的湿平整液残留，进一步导致黄斑缺陷形成[5]。一般建议带钢在轧制后进行清洗脱脂工序，提高带钢表面清洁度。

平整液的温度、浓度和流量

平整液使用过程中，需要确定使用的温度、浓度和流量。根据平整液的特性一般建议平整液的使用浓度4%～6%（质量分数），使用温度一般是常温，但冬季温度低时应提高温度使用，以增强湿平整液的挥发性。同时湿平整液应有适宜的喷射流量，流量过低时，无法将混合了铁粉的平整液及时排出，影响带钢表面质量。当平整后板面出现黄斑缺陷时，应适当提高平整液浓度，增强防锈性，同时调整喷射的流量，起到有效清除带钢表面的铁粉作用。

平整机吹扫系统工艺参数

平整机组出口的压缩空气湿度、吹扫压力对带钢表面质量的控制也至关重要[6，7]。当出口处压缩空气温度较低、吹扫压力不足时，造成多余的平整液吹扫不充分，不能被有效地去除，容易导致平整成品卷板面黄斑的形成。

改进方案

大多数使用湿平整液的钢铁企业都会将改进方案寄希望于湿平整液厂家改进配方，实际上湿平整工艺板面黄斑缺陷的产生与外部环境、平整液性能、生产工艺特点都有关，其中外部环境随季节更替突然改变极大地导致了现场黄斑发生率的升高，但季节更替属于客观事实无法改变。下面将从湿平整液配方改进、现场工艺改进两方面来制定改进方案。

湿平整液配方改进

根据对黄斑缺陷产生影响因素的分析，湿平整液的清洗性能和防锈性能对黄斑缺陷的产生有一定的影响。为改善带钢平整后表面质量，减少黄斑缺陷的产生，技术团队对原有配方进行优化，引入提高清洗性能的非离子型表面活性剂，同时调整了不同有机防锈剂的配比。经过试验验证，改变各组分配比，最终得到抗黄斑性能良好的湿平整液配方。改进后配方与原配方相比清洗性能、防锈性能均有提升，数据对比见表2、表3。

表2 平整液改进后配方与原配方清洗性能对比

表3 平整液改进后配方与原配方防锈性能对比

现场工艺条件改进

根据湿平整工艺特点对现场湿平整工艺前来料清洁度、平整液使用及平整机工艺参数等进行了详细的调研。湿平整工艺前来料清洁度在80%左右，清洁度处于较好的水平，而现场平整液的使用及平整机工艺参数方面存在导致黄斑发生的因素，对其中相关的参数进行了调整。

调整吹扫系统工艺

现场吹扫系统吹扫压力为0.2 MPa，吹扫压缩空气相对湿度为30%～40%，存在吹扫压力不足、吹扫空气湿度较大导致多余平整液残留在带钢表面的情况，增大了黄斑发生率。建议现场调整吹扫压力不为0.5 MPa，增加压缩空气干燥设备将空气湿度控制在10%以下。

规范平整液的使用

基于成本控制，现场平整液的使用浓度低于厂家建议使用浓度4%～6%。浓度过低，湿平整液防锈性能会下降。建议现场按实际情况尝试提高浓度使用，避免因平整液防锈性能不足导致黄斑大面积发生的情况。

现场应用效果

2020 年11 月将改进后的平整液配方应用到该东北大型钢铁企业湿平整工艺现场，同时与现场沟通生产工艺改进，调整现场工艺参数、平整液浓度等。经过连续的现场试验，效果较为显著。据统计，2021年1 月的黄斑发生率同比降低了80%，而在2021 年7 月，属于北方一年中高温高湿的月份，黄斑发生率同比也降低了65%。由此说明，此次黄斑缺陷改进方案有效地控制了黄斑缺陷的产生，减少了客户质量异议。

结论

通过对平整后黄斑缺陷进行扫描电子显微镜和能谱分析，验证了黄斑缺陷实际上是一种“锈蚀”。从外部环境、平整液性能、生产工艺特点3 方面分析了导致黄斑产生的影响因素，并着重在湿平整液配方、现场工艺两方面制定了相应的改进措施。其中，湿平整液配方改进了防锈性能和清洗性能，现场工艺调整方面包括调整吹扫系统工艺、规范平整液的使用。现场改进后，应用效果较为显著，黄斑发生率较改进前大大降低。