冷軋不銹鋼帶色差性輥印產(chǎn)生原因分析

【摘要】冷軋不銹鋼帶周期性的色差稱之為色差性輥印，產(chǎn)生的主要原因是軋制前鋼帶表面氧化變色，產(chǎn)生一層較厚的硬化膜。硬化膜在軋制壓下過程中磨損軋輥，形成以軋輥周長(zhǎng)為周期的色差，影響表面質(zhì)量。硬化膜產(chǎn)生的主要原因是在光亮退火過程中產(chǎn)生表面氧化變色。

【關(guān)鍵詞】不銹鋼帶；色差；光亮退火；變色；輥印

冷軋作業(yè)后，板面出現(xiàn)橫向色差，并伴隨著嚴(yán)重的橫紋，周期為軋機(jī)工作輥周長(zhǎng)，一般稱為色差性輥印，同時(shí)軋輥粗糙發(fā)白（俗稱白輥，正常軋制為黑輥）。此缺陷在2012年11月至12月，發(fā)生率高達(dá)40%，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。經(jīng)過加強(qiáng)氛圍氣質(zhì)量的控制，缺陷基本消除。

1.原因分析

色差性輥印產(chǎn)生的主要原因是冷軋前鋼帶板面出現(xiàn)發(fā)黃或發(fā)藍(lán)變色，形成一層硬化膜。該膜在軋制過程中損傷軋輥，影響板面質(zhì)量。硬化膜的產(chǎn)生，主要原因是在光亮退火過程中的氧化變色。

不銹鋼光亮退火是在氫氣或氨分解保護(hù)氣氛下對(duì)帶鋼進(jìn)行固溶化熱處理，目的是消除加工硬化，獲得滿意的金相組織、維持壓延時(shí)的不銹鋼光澤表面。如果產(chǎn)生變色，將對(duì)不銹鋼帶后續(xù)加工的表面產(chǎn)生不良影響，造成產(chǎn)品質(zhì)量下降。

不銹帶鋼的主要合金成分有Fe、Cr、Ni、Mn、Ti、Si等。經(jīng)試驗(yàn)得知，在退火溫度范圍內(nèi)及保護(hù)氣氛中， Fe、Ni 的氧化雖然也存在，但不是主要問題。合金Cr、Mn、Si、Ti 的氧化區(qū)間恰好在氧化溫度范圍內(nèi)，因此影響較大。正是這些合金元素的氧化影響了帶鋼的表面光亮度。特別是鉻的氧化使帶鋼表面脫鉻，會(huì)降低不銹鋼的耐蝕性[1]。表面發(fā)藍(lán)、發(fā)黃是氧化變色的一種體現(xiàn)。

2.在光亮退火過程中產(chǎn)生表面氧化的原因

2.1氛圍氣質(zhì)量差或供給量不足。不銹鋼光亮退火最關(guān)鍵的就是保持氣氛為中性或還原性，氣體露點(diǎn)溫度控制低于-40℃以下，爐內(nèi)溫度控制在1038℃以上才能真正溶解碳化物和消除殘余應(yīng)力。一般光亮退火的保護(hù)氣使用純氫或者氨分解氣（氫氮混合氣）進(jìn)行保護(hù)。所以，光亮退火對(duì)保護(hù)氣體的純凈度、露點(diǎn)、殘氧量、水汽的控制要求較高，必須達(dá)到規(guī)定的要求，才能保證板面的光澤，因此爐內(nèi)氣氛控制是極為重要的因素。氫氣或氫氮混合氣的作用主要是隔絕氧氣防止鋼帶在爐內(nèi)高溫氧化，爐內(nèi)氫氣的需要量與爐內(nèi)的氧含量和水蒸氣的濃度有關(guān)，一般用露點(diǎn)進(jìn)行表示。實(shí)際操作中，影響氛圍氣質(zhì)量的環(huán)節(jié)比較多，主要有液氨的純度，我們要求液氨的純度必須達(dá)到99.9%以上；在使用中必須保證分解裝置的溫度、干燥等達(dá)到工藝要求技術(shù)指標(biāo)，避免出現(xiàn)分子篩中毒，導(dǎo)致殘留水汽、氨氣，降低氛圍氣純度，同時(shí)，爐內(nèi)潮氣也影響純度，必須烘干。保護(hù)氣純度的降低，極易產(chǎn)生鋼帶氧化。

2.2退火爐前室溫度過高，密封不嚴(yán)。由于入口處為毛氈密封，在鋼帶進(jìn)入爐口時(shí)，多少都會(huì)有輕微的空氣進(jìn)入，如果前室溫度過高，會(huì)導(dǎo)致鋼帶在前室發(fā)黃氧化。如果出入口密封較好，從冷卻區(qū)進(jìn)入的氛圍氣將均勻的向退火爐和冷卻區(qū)進(jìn)行補(bǔ)充。入口密封不好，造成氣氛不穩(wěn)定，空氣會(huì)隨著鋼帶進(jìn)入爐內(nèi)造成氧化，如果入口的溫度處在不銹鋼的敏化溫度區(qū)間，表面氧化會(huì)更加嚴(yán)重，在退火爐內(nèi)無法全部進(jìn)行還原，便會(huì)產(chǎn)生發(fā)黃現(xiàn)象。

2.3冷卻段溫度過高，造成冷卻緩慢，表面氧化。我們知道，奧氏體不銹鋼經(jīng)高溫加熱后緩慢冷卻，就會(huì)使碳化鉻自奧氏體中析出，造成鉻缺乏層（貧鉻）。固溶化處理后，如在460～800℃溫度停留時(shí)間過長(zhǎng)，碳化鉻的析出過程更強(qiáng)烈，使鋼對(duì)晶間腐蝕特別敏感。鑒于上述情況，當(dāng)不銹鋼帶經(jīng)高溫加熱固溶后，應(yīng)快速冷卻，以使碳化鉻來不及自奧氏體中析出。在熱處理過程中，應(yīng)盡可能避免不銹鋼受到敏化溫度的影響，縮短敏化處理的時(shí)間。究其原因，碳化鉻析出是原子擴(kuò)散過程，溫度和時(shí)間對(duì)這一過程影響很大。溫度很低時(shí)（300℃以下），碳原子無力擴(kuò)散，碳化鉻不可能在晶界出現(xiàn)，也不發(fā)生晶界貧鉻現(xiàn)象；溫度升高，碳化鉻析出能力增加，碳原子向晶界擴(kuò)散能力比鉻原子向晶界擴(kuò)散補(bǔ)充的能力增加得快，故溫度升高會(huì)加速晶界貧鉻。實(shí)驗(yàn)證明該溫度是450～850℃，稱為敏化溫度[2]。奧氏體不銹鋼在敏化溫度區(qū)受熱時(shí)，隨時(shí)間延長(zhǎng)晶界上碳化物逐漸增多直至飽和，發(fā)生晶界貧鉻現(xiàn)象，造成氧化變色。

所以，在退火過程中，采用急冷方式，嚴(yán)格控制冷卻溫度在350℃以下，防止鋼帶在敏化區(qū)間停留時(shí)間過長(zhǎng)，產(chǎn)生表面氧化現(xiàn)象。因此，最終產(chǎn)品的表面質(zhì)量與冷卻速度息息相關(guān)，冷卻速度越慢，其氧化也就越明顯，最終表面會(huì)從光亮表面變?yōu)闇\灰色或淺藍(lán)色表面。

2.4環(huán)境溫度的影響：液氨的汽化量是保證氛圍氣供給的重要因素，受到環(huán)境溫度的影響較大，特別是在冬季，由于環(huán)境溫度較低，直接影響到液氨的汽化量，從而造成氨氣供給不足，分解量減少，造成爐內(nèi)氛圍氣的供給不穩(wěn)定，導(dǎo)致光亮退火爐內(nèi)保護(hù)氣氛難以維持穩(wěn)定，并且晝夜溫差的變化也會(huì)影響到氨氣的汽化量，雖然波動(dòng)較小，但仍然會(huì)造成氛圍氣的供給變化，從而造成鋼帶表面的顏色不均勻。另，溫度的變化對(duì)爐內(nèi)氣氛也有影響，當(dāng)溫度較低時(shí)，實(shí)際爐內(nèi)露點(diǎn)會(huì)升高，在氫氣含量不變的情況下，使保護(hù)氣氛轉(zhuǎn)化為氧化性氣氛，對(duì)鋼帶產(chǎn)生氧化作用[3]。

2.5脫脂的質(zhì)量：脫脂不良造成鋼帶表面異物殘留。鋼帶在進(jìn)入光亮退火爐前進(jìn)行脫脂、清洗、烘干是一項(xiàng)必不可少的重要環(huán)節(jié)，它與鋼帶的表面質(zhì)量直接相關(guān)，對(duì)于爐內(nèi)的氣氛控制有較大的影響。入爐前鋼帶所帶的氧化物雜質(zhì)的多少，對(duì)鋼帶退火后的表面及爐內(nèi)氣氛有很大的影響。目前，脫脂大部分采用堿液脫脂的方法，一般脫脂的溫度必須控制在60℃以上，之后用熱水、冷水和純水進(jìn)行清洗和烘干。清洗對(duì)水質(zhì)的要求也較高，一般使用軟化水，特別要求的最后一道清洗可以使用純水，這樣水的殘留雜質(zhì)就降到最低。清洗后的鋼帶必須干燥，一般的烘干溫度為90℃以上，如果烘干不徹底，造成水分殘留，會(huì)直接對(duì)表面產(chǎn)生氧化，進(jìn)而破壞爐內(nèi)氣氛的穩(wěn)定性。

上述原因造成鋼帶表面產(chǎn)生氧化變色，此表面氧化膜在軋制時(shí)，損傷軋輥，造成表面粗糙，形成橫紋及色差狀輥印。

3.采取措施

3.1對(duì)液氨質(zhì)量做嚴(yán)格要求，確保液氨純度在99.9%以上。

3.2保證分解裝置的溫度、干燥等達(dá)到工藝要求技術(shù)指標(biāo)，避免出現(xiàn)分子篩中毒。保證氛圍氣質(zhì)量，露點(diǎn)保持在-40℃以下，氧含量保持在10ppm以下。

3.3進(jìn)行設(shè)備改造，在爐口前端增加隔熱裝置及冷卻水流量，降低前室溫度。

3.4增加冷卻段功率，對(duì)冷卻段溫度進(jìn)行專人管理，實(shí)時(shí)調(diào)整，保證冷卻段溫度控制在300～400℃之間。

4.改進(jìn)效果

通過以上措施的實(shí)施，鋼帶板面氧化變色現(xiàn)象基本杜絕，板面色差性輥印、粗糙及橫紋的發(fā)生率降低為0。

5.總結(jié)

通過以上幾方面的分析，產(chǎn)生色差性輥印的根本原因是退火過程中發(fā)生氧化變色，防止或避免的有效辦法是控制氛圍氣質(zhì)量，降低前室及冷卻段溫度。

參考文獻(xiàn)

[1]張安利.試論不銹鋼光亮退火的若干問題[J].上海金屬，2000年01期.

[2]馮志猛，蔡宏圖.奧氏體不銹鋼及其復(fù)合板熱加工與敏化溫度[J].石油化工設(shè)備，2002年06期

[3]李登超.不銹鋼板帶材生產(chǎn)技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008年版