影響退火冷板表面質(zhì)量的因素

畢俊召

（吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林省 吉林市132021）

1 引言

現(xiàn)階段，冷軋退火帶鋼在石油、化工及紡織等行業(yè)中的包裝與存儲中均有著十分廣泛的應(yīng)用，而退火帶鋼的生產(chǎn)工序較為復(fù)雜，其在罩式退火環(huán)節(jié)極易因各種因素而對退火冷板表面質(zhì)量造成難以挽回的影響與損失，如本文將重點闡釋的因長時間高溫而產(chǎn)生的粘結(jié)缺陷。嚴重的粘結(jié)缺陷會對產(chǎn)品表面質(zhì)量造成嚴重影響，最終所生產(chǎn)出的產(chǎn)品還會降級甚至變?yōu)閺U品，企業(yè)的經(jīng)濟效益大大受損，生產(chǎn)效率也大大降低。因此，我們需從多道工序出發(fā)，全面排查形成粘結(jié)缺陷的相關(guān)因素，并據(jù)此采取相應(yīng)的控制措施。

2 粘結(jié)缺陷實例分析

某鋼廠生產(chǎn)0.9mm×930mm規(guī)格的油桶板生產(chǎn)流水線上，在經(jīng)冷軋平整時發(fā)現(xiàn)，距帶鋼邊部操作側(cè)40～90mm以及距傳動側(cè)50mm處，沿軋制方向發(fā)現(xiàn)了間斷粘結(jié)缺陷，缺陷形狀呈月牙狀或馬蹄狀，寬度約為25～35mm，觸之有明顯手感。

該廠技術(shù)人員采用掃描電子顯微鏡觀察了出現(xiàn)此類缺陷的帶鋼表面形貌，結(jié)果表明，在冷軋軋制時沒有采用毛化輥軋制的產(chǎn)品均未發(fā)生粘結(jié)缺陷，其帶鋼表面的形貌特征主要表現(xiàn)為規(guī)則的原斑形貌。在發(fā)生粘結(jié)的部位，月牙狀缺陷主要表現(xiàn)為輕微擦痕，圓斑特征不明顯；馬蹄狀缺陷的形貌位置則主要表現(xiàn)為嚴重的撕裂痕跡，圓斑特征消失。不管是月牙狀還是馬蹄狀，罩退產(chǎn)品粘結(jié)缺陷的表面在厚度上均不存在差異，且都較為平坦。

3 粘結(jié)缺陷形成機理及影響因素

在退火過程中，冷軋帶鋼所產(chǎn)生的一種表面質(zhì)量缺陷稱之為粘結(jié)現(xiàn)象。該缺陷的主要形成機理如下：帶鋼卷層在長時間壓合中形成局部焊合，然后在平整工藝中會由于帶鋼突然撕開，帶鋼局部應(yīng)力超過屈服極限而形成垂直于帶鋼長度方向的弧形粘結(jié)紋缺陷。造成粘結(jié)現(xiàn)象的因素較多，主要有帶鋼自身材質(zhì)、軋制工藝、冷卻制度等。

3.1 帶鋼材質(zhì)

為分析帶鋼材質(zhì)對粘結(jié)缺陷的影響，該廠技術(shù)人員進行了多次試驗，試驗發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)發(fā)生粘結(jié)缺陷的帶鋼帶寬均不超過1020mm，軋制厚度均不大于1.2mm，在鋼含量上，Q類鋼含量均不超過0.08%，SPCC、08AI、DC類鋼碳含量則均不超過0.02%[1]。下面筆者將分別從帶寬、軋制厚度以及碳含量分析帶鋼自身材質(zhì)對粘結(jié)缺陷的影響。

①帶寬：通常而言，鋼廠的帶卷重量在20～21t，帶鋼寬度與鋼卷的外徑和徑向溫度的梯度成反比，而徑向溫度的梯度直接影響粘結(jié)缺陷的發(fā)生。對此，我們在實際生產(chǎn)中應(yīng)合理設(shè)置帶鋼的寬度，寬度越大，外徑越小，徑向溫度的梯度越小，粘結(jié)缺陷即可得到有效控制。②軋制厚度：擴散定律公式如下：J=-Ddc/dX，式（1）中，J為擴散流量，D為擴散系數(shù)。從公式我們可以看出，單位時間內(nèi)通過垂直于板厚方向單位面積的鐵原子量與該方向上鐵原子的濃度梯度成正比。因此，越小的軋制厚度意味著更大的鐵原子濃度梯度與擴散流量，而粘結(jié)缺陷的發(fā)生情況此時也就越加嚴重。③碳含量：碳含量增加后，碳原子會占據(jù)更多的空位，此時原本用于鐵原子擴散的空位濃度隨之降低，而自擴散系數(shù)則會出現(xiàn)減小的情況。與此同時，帶鋼卷層間的塑形變形會隨著高溫屈服極限的增大而減小，粘結(jié)缺陷的發(fā)生率則會得到降低。

3.2 軋制工藝

經(jīng)多次試驗以及對該生產(chǎn)流水線所有粘結(jié)缺陷的統(tǒng)計與總結(jié)，該廠技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)，帶鋼頭尾部是發(fā)生粘結(jié)的主要部位。從軋制工藝對退火冷板表面質(zhì)量的影響來看，原料的頭尾板形、冷軋率下降、卷取張力以及帶鋼表面清潔度與粗糙度是造成粘結(jié)缺陷的主要影響因素[2]。

①熱軋原料頭尾板形。數(shù)據(jù)表明，90%的冷軋退火卷粘結(jié)現(xiàn)象的發(fā)生部位都在頭尾部，即在熱軋原料卷頭尾150mm左右。經(jīng)技術(shù)人員查看，粘結(jié)發(fā)生卷對應(yīng)熱軋原料頭尾部的楔形較大，往往都超過了35μm。在后續(xù)冷軋工藝中，因熱軋原料楔形過大而造成的粘結(jié)缺陷無法消除，該缺陷不僅會造成冷軋成品的楔形過大，還會產(chǎn)生單邊浪等問題。在退火環(huán)節(jié)，不均勻的冷軋產(chǎn)品單側(cè)厚度與浪形過大的部位均會增大發(fā)生局部焊合的可能性，如果再加上其他作用因素，此時發(fā)生粘結(jié)的概率就會更大。②冷軋壓下率。冷軋壓下率越大，軋后板的凸度就越小，而冷軋壓下率正是通過影響凸度來間接影響粘結(jié)缺陷的發(fā)生?；谏鲜龇治?，我們可通過增大冷軋壓下率來減少鋼卷中部的徑向應(yīng)力，進而達到減少粘結(jié)缺陷的目的。③表面清潔度。如前文所述，粘結(jié)是高溫狀態(tài)下鋼卷層與層間原子相互滲透的結(jié)構(gòu)，而帶鋼表面的清潔度對原子的滲透能力有著極大的影響，清潔度過高或過低均會影響粘結(jié)的發(fā)生概率。帶鋼表面清潔度不夠會導(dǎo)致表面留有鐵粉等殘余物，其在罩式爐中會在全氫高溫還原環(huán)境下被還原成微細的純鐵顆粒，而這一系列的化學(xué)反應(yīng)會使緊緊壓合在一起的卷層焊合形成粘結(jié)缺陷。對此，技術(shù)人員應(yīng)充分考慮帶鋼表面殘余物存在情況，并采取措施對帶鋼表面進行清潔，盡最大可能降低殘余物質(zhì)尤其是鐵粉的含量。④表面粗糙度。帶鋼表面的粗糙度Ra值增大后，退火鋼卷層與層間界面原子的結(jié)合阻力也會相應(yīng)得到提高，因此Ra值越大，越可有效避免粘結(jié)缺陷的發(fā)生。然而，多次試驗表明，表面粗糙度的增加必將伴隨著表面清潔度被破壞，而表面清潔度的破壞必然又會影響帶鋼其他表面指標，進而還將影響粘結(jié)控制措施的實施，因此過大提高工作輥原始表面粗糙度是不可取的[3]。⑤卷取張力。鋼卷高溫冷卻時，卷層間壓應(yīng)力的形成與卷取張力有關(guān)，冷連軋卷取張力越大，退火冷卻時層間熱壓應(yīng)力也就越大。而根據(jù)彈性力學(xué)理論，卷取張力值與徑向應(yīng)力值應(yīng)是相等的[4]。對此，我們可通過降低軋鋼卷取張力值來達到減少退火高溫狀態(tài)下因鋼卷層與層之間邊部原子相互滲透而造成的粘結(jié)缺陷的目的。

3.3 罩式退火過程中冷卻制度

該廠在進行工藝優(yōu)化前所采用的加快冷卻速度一直是風(fēng)冷方式，這一方式因有助于生產(chǎn)效率的提高而在罩式退火環(huán)節(jié)中得到了廣泛應(yīng)用。在冷卻初始階段，冷卻速度越快，鋼卷所受的熱應(yīng)力也就越大，如此必然會增大粘結(jié)現(xiàn)象的發(fā)生趨勢[5]。此外，平整工藝前過高的溫度也會增大粘結(jié)的趨勢。

4 控制粘結(jié)缺陷的有效措施

在分析影響退火冷板質(zhì)量的因素的基礎(chǔ)上，我們可總結(jié)出如下控制或消除退火粘結(jié)缺陷的措施：①正確選擇卷取張力：對于厚度≤1.2mm的帶鋼，我們應(yīng)盡量減小卷取張力，當然需在保證軋制及板形的前提下進行。②合理控制板形與末機架工作輥的粗糙度。③嚴格遵照退滅操作流程與相關(guān)規(guī)章制度，合理控制退火溫度與時間。④在吊運帶卷時，應(yīng)盡量避免因擠壓碰撞而造成粘結(jié)缺陷。⑤帶鋼的屈服極限會伴隨著變形速率的提高而出現(xiàn)增大的情況，此時我們可采取措施提高帶卷平整時的開卷速度，以此降低粘結(jié)發(fā)生趨勢。此后的平整工藝可將粘結(jié)印有效去除。

5 結(jié)論

本文所重點介紹的某鋼廠在經(jīng)過大量生產(chǎn)驗證后，分析了造成退火冷板粘結(jié)的重要因素，并在此基礎(chǔ)上采取了相應(yīng)的質(zhì)量控制措施，最終達到了減少粘結(jié)缺陷的目的，粘結(jié)缺陷率由原來的0.9%變?yōu)槟壳暗?.42%，共節(jié)省效益76.8萬噸，并起到了降低能耗、提高生產(chǎn)效率的作用。