鋼帶表面質(zhì)量缺陷原因分析及改進(jìn)措施

范細(xì)忠，何士國，于斌，賀亮，付青才，王剛

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口115007）

熱軋鋼帶產(chǎn)品作為鋼材市場最為重要的品種之一，廣泛應(yīng)用于汽車、家電、管線、造船等領(lǐng)域。隨著鋼鐵市場的發(fā)展，部分鋼鐵企業(yè)更多地把眼光放在追求規(guī)模和成本上，忽視了產(chǎn)品質(zhì)量的提升。由于熱軋高溫連續(xù)化生產(chǎn)以及其工藝特點(diǎn)，在常規(guī)軋制時產(chǎn)品會出現(xiàn)表面麻點(diǎn)、鐵皮、周期性掛臘等表面質(zhì)量問題，無法正常交貨，嚴(yán)重時甚至需要判廢處理。因此，研究鋼帶表面質(zhì)量控制技術(shù)，對于提高熱軋表面質(zhì)量，提升產(chǎn)品品質(zhì)有著重要意義。

1 帶鋼表面質(zhì)量缺陷

帶鋼在連續(xù)化生產(chǎn)過程中，由于高溫軋制控制不當(dāng)，斷面溫度不均，操作控制不當(dāng)?shù)仍?，生產(chǎn)時會出現(xiàn)各種帶鋼表面質(zhì)量缺陷。按缺陷類型來分，有麻點(diǎn)缺陷、鐵皮缺陷、周期性掛臘缺陷、鉻印缺陷、劃傷缺陷、翹皮缺陷、夾雜缺陷、挫傷缺陷、飛刺缺陷、鉻痕缺陷等?？紤]到夾雜、翹皮缺陷主要由板坯帶來，飛刺、挫傷、鉻痕等缺陷產(chǎn)生原因單一，因此，著重介紹前三種缺陷，并在后續(xù)進(jìn)行原因分析和控制。

1.1 麻點(diǎn)缺陷

麻點(diǎn)缺陷在帶鋼表面上呈針點(diǎn)狀密集分布，嚴(yán)重時會呈片塊狀，甚至連續(xù)條狀分布，該缺陷一般產(chǎn)生于鋁鎮(zhèn)靜鋼，軋制溫度越高，軋制成品厚度規(guī)格越薄，缺陷產(chǎn)生幾率及程度都會明顯增加。缺陷經(jīng)酸洗后，在板面可以看到明顯的密集凹坑，缺陷嚴(yán)重時，有些不能徹底被酸洗干凈，酸洗后板面可見局部黑色物質(zhì)。在生產(chǎn)酸洗板、汽車用鋼、鍍錫板等有高表面質(zhì)量要求的鋼種時，該缺陷會嚴(yán)重影響后續(xù)產(chǎn)品的表面質(zhì)量。麻點(diǎn)缺陷如圖1所示。

圖1 麻點(diǎn)缺陷Fig.1 Pitting Defects

1.2 氧化鐵皮缺陷

氧化鐵皮缺陷在帶鋼表面上一般呈黑色或淺紅色、長條柳葉狀，長寬比一般在5∶1以上，連續(xù)或間斷分布。對于含硅量偏高的鋼種，在軋后會發(fā)現(xiàn)帶鋼表面有紅色鐵皮壓入，因壓入鋼帶表面相對深，在后續(xù)加工時不容易進(jìn)行去除，對后續(xù)產(chǎn)品質(zhì)量影響較大，不能直接用作原使用用途，嚴(yán)重時甚至需要判廢處理。氧化鐵皮缺陷如圖2所示。

圖2 氧化鐵皮缺陷Fig.2 Scale Defects

1.3 周期性掛蠟缺陷

周期性掛蠟缺陷在板面呈點(diǎn)狀或圓餅狀，相同缺陷在鋼帶上間距相等，且呈周期性分布。該缺陷比較容易在精軋機(jī)末機(jī)架帶鋼跑偏甩尾或者順折時發(fā)生，主要是工作輥粘連異物或者輥面受損造成，相同缺陷的間距基本與工作輥輥身周長相當(dāng)。該缺陷通過在線表面檢測儀表或?qū)嵨餀z查很容易發(fā)現(xiàn)，缺陷程度經(jīng)判定不符合產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)時，需要及時停軋更換工作輥。在生產(chǎn)薄規(guī)格出現(xiàn)此類缺陷時，由于更換工作輥后無法直接繼續(xù)生產(chǎn)原規(guī)格，對生產(chǎn)影響比較大。鋼板表面周期性掛臘缺陷見圖3。

圖3 周期性掛臘缺陷Fig.3 Periodic Wax-hanging Defects

2 表面質(zhì)量缺陷產(chǎn)生原因及分析

2.1 麻點(diǎn)缺陷

對鋼板麻點(diǎn)缺陷位置進(jìn)行能譜分析，檢測缺陷構(gòu)成元素主要是Fe和O，初步可以判定麻點(diǎn)缺陷屬于氧化鐵皮的一種類型。根據(jù)麻點(diǎn)缺陷鋼卷的統(tǒng)計，產(chǎn)生麻點(diǎn)缺陷的鋼種95%以上均屬于鋁鎮(zhèn)靜鋼，且軋制溫度越高，麻點(diǎn)缺陷的程度越重，但硅含量超過0.15%的鋼種基本不產(chǎn)生麻點(diǎn)缺陷。從下機(jī)工作輥輥面看，對應(yīng)產(chǎn)生麻點(diǎn)缺陷的生產(chǎn)周期，下機(jī)工作輥輥身狀態(tài)不良，工作輥輥面有麻坑，甚至有氧化膜剝落現(xiàn)象發(fā)生。通過在線表面檢測儀發(fā)現(xiàn)，板面出現(xiàn)麻點(diǎn)缺陷時，立即對工作輥進(jìn)行全部更換后，在不改變原有工藝的情況下，麻點(diǎn)缺陷隨之消失，但在軋制一段時間后會再次出現(xiàn)，由此可以判斷，麻點(diǎn)的產(chǎn)生與工作輥輥面的狀態(tài)有直接關(guān)系。工作輥氧化膜不良如圖4所示。

圖4 工作輥氧化膜不良Fig.4 Poor Oxidation Film on Work Rolls

結(jié)合上述實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析，可以判斷麻點(diǎn)缺陷產(chǎn)生的過程為：鋼帶在高溫軋制過程中表面氧化形成氧化鐵皮，在工作輥軋制時被粗糙的工作輥輥面碾碎并壓入帶鋼表面，在帶鋼表面形成麻點(diǎn)缺陷［1］。而在生產(chǎn)硅含量較高品種時，由于表面氧化鐵皮的致密結(jié)構(gòu)，工作輥輥身氧化膜損傷小，氧化鐵皮被破碎反壓入帶鋼表面的幾率也大大降低，故麻點(diǎn)缺陷在此類鋼種發(fā)生幾率也比較低。

2.2 氧化鐵皮缺陷

根據(jù)氧化鐵皮缺陷顏色不同，分為黑色氧化鐵皮和紅色氧化鐵皮。針對黑色氧化鐵皮，根據(jù)產(chǎn)生原因不同，可以將氧化鐵皮缺陷大致分成三類。第一類是除鱗不盡鐵皮，主要由除鱗壓力不足、噴嘴堵塞、除鱗時序不對等原因造成；第二類是刮擦式鐵皮，主要是因板通道存在局部高點(diǎn)，帶鋼與這些過渡板高點(diǎn)刮碰造成的，這類缺陷一般發(fā)生在產(chǎn)品下表面；第三類是氧化膜脫落式鐵皮，主要是軋輥氧化膜形成不好，在生產(chǎn)過程中帶鋼表層氧化鐵皮破碎，軋輥氧化膜剝落導(dǎo)致鐵皮壓入帶鋼表面形成［2］。

紅色氧化鐵皮缺陷產(chǎn)品主要品種多為硅鎮(zhèn)靜鋼。從缺陷能譜檢測看，缺陷成分含硅、鐵和氧。通過查閱文獻(xiàn)資料［3-5］，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，分析主要是硅含量高，在加熱過程中，形成硅鐵化合物釘扎帶鋼表面，而軋線除鱗壓力有限，無法徹底除去，在后續(xù)軋制過程中壓入帶鋼表面，氧化形成紅色氧化鐵皮缺陷。

2.3 周期性掛蠟缺陷

周期性缺陷主要發(fā)生在精軋末機(jī)架軋機(jī)，由于帶鋼跑偏導(dǎo)致尾部甩尾，頭尾部順折，破碎的局部帶鋼粘連在工作輥上，在后續(xù)帶鋼上形成連續(xù)、間距相等的周期性凹坑，或者是帶鋼快速跑偏軋碎造成工作輥局部受損，在后續(xù)生產(chǎn)出的帶鋼上形成連續(xù)、間距相等的周期性凸起。

3 控制措施

3.1 麻點(diǎn)缺陷控制

根據(jù)麻點(diǎn)缺陷產(chǎn)生原因分析，麻點(diǎn)缺陷產(chǎn)生的兩個必要條件：一是帶鋼在進(jìn)入工作輥前表面形成相對脆性的氧化鐵皮，二是工作輥輥身氧化膜不良（輥面粗糙）。為了控制麻點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生，主要從上述兩個方面采取措施。

（1）限制精軋機(jī)入口上限溫度。在保證帶鋼終軋溫度的前提下，盡可能限制精軋機(jī)入口上限溫度，可以有效降低帶鋼在軋制過程中的表面氧化，進(jìn)而降低麻點(diǎn)缺陷產(chǎn)生幾率。以低碳鋼SPHC 2.75 mm×1 250 mm為例，精軋機(jī)入口上限溫度最好控制在1 050℃以下。

（2）投入熱軋工藝潤滑。工藝潤滑的投入，不僅可以改善工作輥輥面，還可以有效控制帶鋼在機(jī)架間的高溫氧化，有效降低麻點(diǎn)缺陷產(chǎn)生。

（3）增設(shè)并充分利用輥縫冷卻水。輥縫冷卻水增設(shè)在工作輥入口，起到有效降低軋前表面溫度的目的，不僅可以減輕鐵皮產(chǎn)生，還對輥面改善有著較好的效果。

（4）前機(jī)架使用高速鋼材質(zhì)工作輥。相對其它材質(zhì)軋輥，高速鋼軋輥具有高耐磨性、輥身氧化膜致密，能大大延長工作輥使用周期，改善帶鋼表面質(zhì)量。

（5）保持良好的工作輥冷卻狀態(tài)。利用檢修、換輥等停軋期間，定期對工作輥冷卻水狀態(tài)進(jìn)行檢查，保證冷卻通暢。同時，定期檢測噴嘴流量，確保流量達(dá)到設(shè)計要求。

3.2 氧化鐵皮缺陷控制

針對除鱗不盡原因?qū)е碌蔫F皮壓入缺陷，在生產(chǎn)線上可以明顯判斷，通過更換噴嘴、調(diào)整角度、優(yōu)化時序等措施比較容易解決。對第二類刮擦式鐵皮缺陷，通過氧化鐵皮的形貌、大小、分布可以較容易找準(zhǔn)產(chǎn)生缺陷的區(qū)域，再有針對性地采取相應(yīng)措施予以解決。第三類氧化鐵皮壓入缺陷因影響因素相對較多，缺陷形貌復(fù)雜，大小不一，判斷相對困難。由于其主要因軋輥輥面狀態(tài)不好造成，所以表現(xiàn)出來的缺陷一般為帶鋼上表面有零星或間斷連續(xù)鐵皮缺陷，并且軋頭部缺陷較重，軋尾相對較輕，而在對應(yīng)的下表面主要表現(xiàn)為比較嚴(yán)重的麻點(diǎn)缺陷。對第三類鐵皮缺陷，可以從提高軋機(jī)冷卻水通透性，改變軋機(jī)冷卻水量分布，投入工藝潤滑和使用輥縫冷卻水等措施予以解決。

針對紅色氧化鐵皮缺陷，由于出現(xiàn)該類缺陷的鋼種一般硅含量相對高（通常＞0.15%），硅鐵形成化合物對鋼坯的釘扎作用，去除相對困難。表1為鞍鋼1580熱軋產(chǎn)線SPA-H紅色氧化鐵皮缺陷控制措施。經(jīng)試驗(yàn)，采取以下四項措施后，產(chǎn)品表面紅色氧化鐵皮的缺陷大大減少。

表1 鞍鋼1580熱軋產(chǎn)線SPA-H紅色氧化鐵皮缺陷控制措施Table 1 SPA-H Red Scale Defect Control Measures of 1580 Hot Rolling Production Line in Ansteel

3.3 周期性掛蠟缺陷控制

在生產(chǎn)過程中發(fā)生甩尾、順折等異常狀態(tài)后，需及時通過在線表面檢測儀表，觀測帶鋼是否存在周期性缺陷。確認(rèn)缺陷存在之后，可以視情況采取如下措施：

（1）帶鋼破碎非常嚴(yán)重的，立即停軋，對工作輥進(jìn)行更換。

（2）對于帶鋼破碎中等及以下程度的，屈服強(qiáng)度大于350 MPa的相對硬質(zhì)帶鋼，根據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計經(jīng)驗(yàn)，一般為輕微鉻印缺陷（板面表現(xiàn)為周期性凸起狀態(tài)），可以視產(chǎn)品用途，后續(xù)是否需要再次平整等情況，決定是否停軋立即更換工作輥。

（3）對于帶鋼破碎中等程度的，屈服強(qiáng)度小于350 MPa的相對軟質(zhì)帶鋼，根據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計經(jīng)驗(yàn)一般為周期性掛臘缺陷 （板面表現(xiàn)為周期性凹坑狀態(tài)），可以在軋制間隙，通過反復(fù)采取控制末機(jī)架工作輥壓靠至0～300 t的方式，結(jié)合后續(xù)實(shí)物檢查、產(chǎn)品用途等，決定是否停軋更換工作輥。

4 實(shí)施效果

根據(jù)上述措施，形成作業(yè)指導(dǎo)文件，在鞍鋼1580熱軋生產(chǎn)線運(yùn)行實(shí)施。采取措施前后缺陷發(fā)生率對比見圖5，經(jīng)過一年的評價，產(chǎn)品麻點(diǎn)鐵皮質(zhì)量缺陷發(fā)生率降幅80%，周期性質(zhì)量缺陷發(fā)生率降幅77%，鋼帶表面質(zhì)量總?cè)毕莅l(fā)生率在0.2%以下，產(chǎn)品品質(zhì)得到較大改善。產(chǎn)品經(jīng)下游冷軋客戶使用評價，一致反映帶鋼表面質(zhì)量缺陷非常少，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

圖5 采取措施前后缺陷發(fā)生率對比Fig.5 Comparison of Defect Rates before and after Taking Measures

5 結(jié)論

在熱軋連續(xù)化生產(chǎn)過程中，采取適當(dāng)措施，可以有效控制并消除生產(chǎn)時常出現(xiàn)的麻點(diǎn)、氧化鐵皮、周期性缺陷，提升熱軋帶鋼的產(chǎn)品品質(zhì)。

（1）采取限制帶鋼進(jìn)精軋機(jī)入口上限溫度，增設(shè)并充分利用輥縫冷卻水，投入工藝潤滑等措施，可以大大減少甚至可以消除麻點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生。

（2）采取區(qū)分氧化鐵皮形貌，定期實(shí)施除鱗打擊試驗(yàn)，更換噴嘴，保護(hù)軋輥氧化膜，調(diào)整空燃比，以及優(yōu)化除鱗道次等方式，可以大大減少氧化鐵皮缺陷的發(fā)生。

（3）根據(jù)帶鋼跑偏程度，結(jié)合材質(zhì)硬度，采取無鋼工作輥壓靠的方式，可以減少掛臘缺陷的發(fā)生，結(jié)合管理措施，可以降低周期性缺陷發(fā)生幾率。

（4）通過帶鋼表面質(zhì)量缺陷改善對策的實(shí)施，產(chǎn)品麻點(diǎn)鐵皮質(zhì)量缺陷發(fā)生率降幅80%，周期性質(zhì)量缺陷發(fā)生率降幅77%，鋼帶表面質(zhì)量缺陷發(fā)生率可以控制在0.2%以下。