冷轧商品卷表面质量控制及工艺优化

2022-11-22樊利智齐进刚杨海西王少博张觉灵

中国金属通报 2022年2期

樊利智，齐进刚，杨海西，王少博，张觉灵

据调查我国多数的冷轧厂已经陆续投产了罩式退火炉、酸轧机组和平整机。伴随冷轧厂机械设备的不断完善，大量的冷轧商品卷源源不断进入钢材市场。本次研究的冷轧厂生产冷轧商品卷主要借助了CSP 生产热轧钢卷经过酸洗冷连轧联合机组冷轧的原理。该工艺模式下要想提高冷轧商品卷表面质量就需要经过平整机的平整处理，将屈服平台消除，进一步提高冷轧产品的冲压性能，以此确保冷轧商品卷表面质量。退火处理后的产品表面质量普遍不高，大量的氧化铁皮、酸洗缺陷、锟印、边裂、色差、裂纹、压痕、振纹等出现在冷轧商品卷表面，直接增大了冷轧商品卷表面缺陷问题的发生几率。如果冷轧商品卷表面缺陷问题较为严重，直接提高了钢带切损率。严重者会损坏冷轧生产中的轧锟，引起相应的设备故障。而轻微的冷轧商品卷表面缺陷则会降低产品品级率，增加冷轧厂生产成本，对于冷轧厂可持续发展目标的实现具有较大阻碍。因此针对现阶段我国多数冷轧厂冷轧商品卷存在的表面质量问题需要加以分析，不断优化生产工艺，提高冷轧商品卷表面质量。

1 冷轧商品卷主要表面缺陷问题、原因及防治措施

1.1 氧化铁皮压入麻点

1.1.1 缺陷判定

麻面是钢材最常见的表面缺陷，钢材一旦出现麻面问题，其产品表面变得较为粗糙，失去了原来的平滑性，用手摸上去会感到凹凸不平。钢材上的麻面有些连续成片出现，也有些局部出现，还有些钢材麻面以周期的方式出现。钢材表面的麻点是被允许存在的，但是这些麻点深度如果超过被允许的范围，则可以定义为麻点缺陷问题。因此工作人员需要确保钢材上的麻点深度在产品厚度偏差范围内。此种表面缺陷问题出现在冷轧酸轧钢卷一面，麻点大片分散分布。颜色为黑灰色，多为针孔状。使用扫描电镜观察麻点可以看到麻点呈凹凸不平破碎状，并且多条颗粒状物质包含在麻点内部，这些颗粒状物质主要成份是Fe 和O。

1.1.2 产生原因

热轧氧化铁皮包括不同类型，比如损伤型氧化铁皮、一次氧化铁皮二次以及三次氧化铁皮。冷轧商品卷中的氧化铁皮为压入状态，且分布特征与热轧三次氧化铁皮具有很大的相似性。精轧机架容易出现热轧三次氧化铁皮，精轧工作锟承受的压力较大，锟面老化较为严重，此时锟面氧化膜会出现剥落。剥落后的氧化膜可以在热轧带钢表面粘附，也可以再次被碾压进入带钢表面，此时会在带钢表面形成三次氧化铁皮缺陷。钢板表面麻点对钢板表面质量的影响与其产生的凹坑和凹痕深度密切相关，如果麻点引起的凹坑或者凹深度较大，此时钢材表面麻点对钢材表面质量的影响就越大。因此一般情况下可以将麻点身凹坑或者凹痕的深度与钢材表面质量看成负相关的关系，深度越大则钢材质量就越低。工作人员采用喷丸的方式对钢材表面进行处理后，钢材表面的麻点会暴露出来，会看到这些麻点在钢材表面上以凹坑或者凹痕的形式出现，直接降低了整个钢材表面质量。这些凹坑或者凹痕是不规则的。但是经过处理后的钢材，麻点问题会逐渐淡化，这些凹坑和凹痕经过修磨清理后，深度会逐渐减小，如果处理后的深度在所允许的标准范围内，此时存在麻点的钢材是不影响使用的。

1.1.3 防治措施

针对以上缺陷工作人员需要定期检查并维护精轧锟设备，确保精轧锟设备性能良好，避免锟面磨损引起的表面质量缺陷。此外，工作人员还可以采取以下措施加以控制。一是按坯料规格及钢种的不同，采用不同的加热制度，合理控制加热炉各段的加热温度，合理控制煤气（燃油）、空气配比，提高燃烧的充分性；二是因轧钢或后部等过程的断续影响，加热炉的操作要与轧钢等后部工序保持密切联系，实时降温，或提前平缓升温，防止长时间高温加热和急速升温；三是在加热炉待温时，要有效地控制烧嘴火焰的强度，控制炉内气氛和压力；四是经常检查烧嘴的工作状况，控制烧嘴火焰的喷烧位置，避免火焰长时间对钢坯直接烧蚀。

1.2 夹杂物麻点

1.2.1 缺陷判定

冷轧板切块、高速旋压成型后此时麻点问题显露出现，夹杂物麻点主要出现在钢卷一面局部区域，颜色为黑灰色，簇状分布形状主要是椭圆形或者圆形。

1.2.2 产生原因

冷轧商品卷连铸工序较多，连铸工序如果出现异常操作情况，大量渣类物质会被浇筑到冷轧商品卷中。这些渣类物质为复合型杂质，不具备可塑性。因此在冷轧过程中不会伴随基板同步延伸形成皮下夹杂，而在旋压过程中脱落形成孔洞。

1.2.3 防治措施

针对杂夹杂物麻点可以采取以下措施防治。一是控制好大包钢水衔接节奏，将连铸等钢水时间减少；二是保证钢水洁净程度，避免大包水口出现结瘤等问题，提高大包自流率；三是均匀降低中包包末浇铸拉速，避免因瞬间拉速快速下降导致旋涡出现在钢液表面，引起卷渣；四是选择合适的大包引流砂，确保引流砂灌砂操作的规范性，提高大包自流率。

1.3 线棒材麻点

1.3.1 缺陷判定

孔型表面粗糙导致棒材表面呈现出凹凸不平的问题，这是引起线棒财麻点的主要原因。工作人员可以根据以上内容判断线棒材麻点。

1.3.2 产生原因

线棒材麻点产生的原因主要包括以下几点。一是孔型轧制量较多；二是轧槽冷却水管理方式不合适，或者冷却方法不合理；三是轧辊材质硬度不高，组织分布不均匀；四是轧槽冷却水使用不合理，或者轧槽磨损较为严重；五是冷却水酸碱数值设置不当，腐蚀了WC 辊环中的黏结剂。被腐蚀的黏结剂使得WC 颗粒在轧制过程中从原本的位置脱落下来。

1.3.3 防治措施

针对线棒材麻点问题需要采取以下措施加以预防。一是对轧槽轧制吨位作出合理化的规定；二是进一步优化轧槽冷却水冷却方法，科学合理设置轧槽冷却水水压和水量。此外，工作人员需要对轧槽冷却水定期检查，判断轧槽冷却水的水质，避免水质不过关降低轧制质量。再者工作人员还需要对轧辊冷却水管定期检查，判断冷却水管是否被堵塞。

2 优化工艺，提高冷轧商品卷表面质量的措施分析

2.1 加强对原料质量的控制

加强对原料质量的控制是提高冷轧商品卷表面质量的措施之一。本次研究的冷轧厂伴随冷轧项目的正式投产，质量一贯制管理模式在冷轧厂逐渐推广开来。所谓质量一贯制管理模式就是从炼钢到镀锌均实施全流程化的质量管理。调整精炼工艺，控制钢水夹杂物。热轧生产中借助高压除磷优化、锟役控制、修磨加热炉炉锟等控制措施，减少了氧化铁皮压入带钢表面的问题产生。

2.2 增强酸轧机组润滑效果，提高冷硬卷表面质量

改善乳化液油品配方并优化现场工艺润滑作业，制定并完善科学的乳化液管理制度，可以将冷硬卷带钢表面反射率明显提高。本次研究的冷轧厂采取以上措施优化生产工艺后，冷硬卷带钢反射率提高到了60%，带钢表面乳化液出残余量得到了有效控制。

2.3 加大控制冷轧卷粘结缺陷

2.3.1 粘结缺陷影响因素

粘结缺陷的影响因素较多，一是板形不良，厚度、板凸度不均，存在局部高点等导致钢卷层压力呈现出不均匀的分布状态，增大了局部压应力；二是酸轧卷取张力较大，张力过大的情况下增加了粘结缺陷的发生几率；三是捆带和吊具相互碰撞，使得钢卷产生了局部变形点，此时钢卷的局部应力显著增大；四是退火工艺中冷却阶段和加热阶段出现了热点和冷点温差，促使很高的热应力出现在了钢卷径向上；五是退火工艺在退火温度较高或者保温段较长的情况下，直接约束了晶界界面能和铁原子的扩散能力。此时钢卷层之间在高温影响下，会相互压合，金属表面原子得到的能量较多，这些能力彼此扩散，晶界出现重合由此产生共生晶粒；六是钢卷层之间金属铁粒子的影响，在高温条件下形成了与焊点相似的现象；七是进入平整机后的退火钢卷，开卷速度、开卷角度以及延伸率也会增加粘结缺陷的发生率；八是带钢表面粗糙程度也会影响钢卷层之间的接触状态，增加粘结缺陷发生率。

2.3.2 防治粘结缺陷的有效对策

防治粘结缺陷可以从以下几方面分析。一是控制酸轧末机架工作锟的粗糙程度；二是控制平整机速度和张力；三是加强酸轧机组目标板形对粘结缺陷问题的深入研究；四是将加热段的加热速度降低，并冷却罩式炉带加热罩，加强对冷却速度的研究；五是将酸轧线卷取张力降低，在张力锥的作用下控制好张力和长度；六是加强板面凸度对粘结影响的研究；七是全面落实钢卷芯部防划伤措施的研究。以上措施均可以有效避免粘结缺陷的发生。本次研究的冷轧厂落实以上措施后粘结情况得到了显著改善，尾部缺陷基本被消除。

2.4 加强对乳化液斑迹和黑斑缺陷的控制

乳化液斑迹和黑斑也是冷轧商品卷常见的表面质量问题。一旦出现乳化液斑迹和黑斑直接降低冷轧商品卷表面质量。针对本次研究的冷轧厂商品卷出现的乳化液斑迹和黑斑问题可以采取以下措施加以解决。一是酸轧机在非定修启机后，在没有启机之前可以喷淋两分钟的乳化液，之后将空气吹扫打开，吹扫1min ～2min，随后启动轧制。按照以上流程作业可以清洗并吹扫干净板带表面残留的油污；二是酸轧机组在带钢情况下需要冲洗洗轧机，冲洗作业可借助高压水枪。在无带钢情况下可自动清洗。启动酸轧机组之前需要用高压水枪将残留较多的油和乳化液冲洗掉，之后再启动酸轧机组；三是酸轧机组正常作业时工作人员确保乳化液温度在55℃左右，温度稳定在54℃～58℃，此时可以达到较好的作业效果；四是将去罩式炉钢卷板形控制为平板，将无浪形作为目标板形，并修改目标板形参数，确保板形平直，避免板形不良导致局部封闭区出现在带钢表面，影响吹扫效果；五是退火过程中残留在板面上的乳化液吹扫不干净是导致乳化液斑迹最主要的原因，需要工作人员在罩式炉机组专门设定针对停机卷的退火程序，可以设置保温平台，该平台温度设置在500℃，可以将乳化液在高温挥发区内的滞留时间延长，此时可以起到很好的控制乳化液斑迹的效果；六是进入冬季温度较低，酸轧机组处在低温环境中，轧制过程中产生的油雾水蒸气较多。此时这些油雾水蒸气如果排出不及时，冷凝水就会出现在轧机出口牌坊上顶盖和各种仪表框架上，一旦冷凝水滴落到带钢表面，在水和氧气的作用下会出现斑迹。为了避免斑迹出现降低冷轧商品卷表面质量工作人员可以加强对轧机排雾风机系统的定期维护和管理。本次研究的冷轧厂全面落实以上措施后，乳化液斑迹和黑斑缺陷得到了有效控制，即便少数停机卷退火后仍然有少许的乳化液残留现象，但是经过平整处理后可以极大改善甚至消除。

2.5 加强对黄斑缺陷的控制

所谓冷轧商品卷表面存在的黄斑缺陷就是一种电化学腐蚀现象。分析冷轧商品卷出现黄斑缺陷的原因主要有以下几种。一是平整来料清洁度所致，残留在带钢中部和两侧的碳和铁粉含量不一样，导致电位差出现在了带钢表面；二是退火后一层均匀的氧化层出现在了带钢上，带钢经过平整处理后表面氧化层遭到了损坏，老界面和新界面出现了电位差；三是带钢经过平整后表面残留的水分吹扫不干净，残留水分的存在为电腐蚀创造了条件，提供了电解质；四是黄斑缺陷的形成也与平整液在带钢表面氧化膜养成的速度有关。以上因素交叉存在均可以导致冷轧商品卷出现黄斑缺陷。针对冷轧商品卷出现的黄斑表面缺陷可以采取以下对策加以解决。一是确保酸轧机架乳化液的浓度小于1.0%，将其控制在0.5%最合适；二是进一步改进并优化压缩空气吹扫装置，避免酸轧机架出现窜液问题；三是调整轧制油的配方，改善轧制油的退火挥发性，提高板面清洁效果；四是定期清理导流板，清理过程中可借助钢刷子；五是定期清洗退火炉饱和气体出口；六是在产能满足条件的情况下，可以将3h ～4h 的保温台增加在退火温度420℃左右时刻，这样可以提高退火板面清洁度。

2.6 加强对裂边质量控制

加强对裂边的质量控制要注意以下几点。一是剪切间距的调节要根据冷轧带钢自身厚度，设置合适的间距，确保冷轧带钢剪切精准度；二是对于热轧钢原板出现的缺陷问题，工作人员需要将其缺陷部位在冷轧之前切除，避免原板质量问题影响后续带钢冷轧效果。反之如果热轧钢板原板存在的缺陷问题在冷轧之前可没有解决，则后续冷轧工序中带钢表面会出现不同程度的裂纹、细纹，直接降低冷轧带钢表面质量。因此工作人员要密切注意热轧钢板原板存在的缺陷问题，及时解决避免问题扩大开来；三是带钢运输环节工作人员需要做好相应的保护措施，避免运输工程中带钢相互碰撞，损坏表面，降低带钢质量。

2.7 加强对锟印质量控制

冷轧带钢表面会出现凸型印痕，这种呈现在冷轧带钢表面的印痕成为锟印。大量生产实践证实，锟印是影响冷轧带钢产品质量的重要因素，出现锟印的冷轧带钢质量是不满足要求的。针对冷轧带钢表面呈现出来的锟印需要工作人员采取有效的措施加以解决，避免锟印降低冷轧带钢产品质量。一是工作人员需要对轧锟质量严格控制，避免冷轧带钢表面出现影响产品质量的印痕。工作人员需要对轧锟工艺严格把控，确保各个生产部件质量满足要求，杜绝部件脱落或者工艺措施不当而降低冷轧带钢产品质量；二是张力是导致冷轧带钢锟印产生的重要原因，因此工作人员要采取有效措施消除张力引起的锟印问题，避免轧锟时带钢出现变形或者位移。一旦轧锟时带钢出现变形或者位移问题会影响冷轧带钢原本的张力，张力过大或者过小都会导致冷轧带钢表面出现不同程度的锟印，直接降低冷轧带钢产品质量；三是进一步提高润滑工艺水平，确保冷轧带钢的生产工艺都满足规定要求，各项指标检测均符符合标准，避免带钢与带钢之间产生摩擦，导致带钢挫动，引起不同程度的锟印；四是各个部件使用乳化液润滑处理，注意润滑液所含成分满足检测要求，在标准范围内，避免乳化液所含成分不合适影响冷轧带钢表面质量。

2.8 加强对划伤质量控制

划伤问题在冷轧带钢表面也较为常见。冷轧带钢表面存在的划伤问题一般沿着轧制方向分布，并且表面的划伤呈现出凹型直线状。加强对冷轧带钢划伤质量控制要注意以下问题。一是带钢与冷轧设备要保持合适的距离，避免两者彼此干扰，降低冷轧带钢产品质量；二是将冷轧带钢生产线上的异物清理干净，避免异物降低冷轧带钢产品质量；三是技术人员需要定期检测冷轧带钢生产线，避免冷轧带钢生产工艺问题降低带钢产品质量。尤其是传动锟，该装置如果运行不良直接导致冷轧带钢表面质量问题。因此相关部门需要安排专业检测人员定期对冷轧带钢生产线检修维护，避免生产工艺降低带钢产品质量。