本鋼冷軋無取向電工鋼常見缺陷及控制措施

供稿|劉立剛

作者單位：本鋼冷軋廠，遼寧 本溪 117000

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冷軋無取向電工鋼是本鋼的重點產(chǎn)品，生產(chǎn)流程為：帶鋼表面脫脂后，經(jīng)連續(xù)退火爐進(jìn)行脫碳退火，然后通過涂層輥將涂液均勻涂在帶鋼表面。本文分析了冷軋無取向電工鋼幾種常見表面缺陷：碳套輥印、表面氧化、劃傷、堿洗斑的形成原因，提出了消除缺陷的措施。實踐表明，采取相關(guān)措施后冷軋電工鋼產(chǎn)品質(zhì)量有極大改善，產(chǎn)品的合格率明顯提高。

本鋼連續(xù)脫碳退火爐是冷軋無取向電工鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，是中冶南方設(shè)計的年產(chǎn)20萬t、以中低牌號冷軋無取向電工鋼為主的生產(chǎn)線。其生產(chǎn)工藝流程為：先將帶鋼表面脫脂后，經(jīng)連續(xù)退火爐進(jìn)行脫碳退火，將帶鋼中的碳控制在0.005%以下，達(dá)到消除殘余應(yīng)力和促使晶粒長大的目的，以保證產(chǎn)品磁性、硬度和磁時效[1]，然后通過涂層輥將涂液均勻涂在帶鋼表面。

碳套輥印缺陷

碳套輥印缺陷是爐輥表面結(jié)瘤與高溫帶鋼接觸使帶鋼表面產(chǎn)生具有周期性的凸凹包所致，因此必須采取措施控制碳套結(jié)瘤。

碳套輥作用

碳套輥是連續(xù)退火爐的關(guān)鍵部件，主要支撐帶鋼的運行，它的表面狀態(tài)直接影響帶鋼表面質(zhì)量。整個脫碳退火涂層機(jī)組共210根碳套輥，主要有φ180 mm高溫碳套輥和φ150 mm常溫碳套輥兩種規(guī)格。碳套輥的石墨化程度在60%以上，本身是一種多孔材料，經(jīng)過滲鉻、修磨處理表面光滑，但經(jīng)過長時間使用后，經(jīng)過氧化和磨損，不可避免會出現(xiàn)一些孔隙。

結(jié)瘤形成過程分析

堿洗系統(tǒng)因堿液濃度活性溫度不夠、刷輥壓力或掉毛嚴(yán)重、堿洗槽或刷洗槽噴嘴堵塞等諸多因素造成板面清洗效果差，退火爐表面殘存的鐵粉和油污與碳套輥在摩擦過程中在碳套輥輥面孔隙處堆積、還原、燒結(jié)、長大，粘結(jié)在爐輥輥面，不斷積累就形成了瘤，成分主要是 SiO2和 FeO[1]。結(jié)瘤長大到一定尺寸，一部分在與帶鋼不斷摩擦中脫落下來，在碳套輥面上留下一個更大的凹坑，為產(chǎn)生新的結(jié)瘤提供場所；一部分在與帶鋼摩擦碰撞過程中不停地旋轉(zhuǎn)，使凹坑加深且面積變大。

控制結(jié)瘤措施

為了減少結(jié)瘤對帶鋼產(chǎn)生的影響，采取以下措施：

1) 煉鋼時盡可能控制冷軋硅鋼原始C含量不超標(biāo)；

2) 提高軋制過程的表面質(zhì)量，嚴(yán)格控制軋制過程中殘油、雜油含量，使退火工藝容易脫脂。不斷優(yōu)化清洗工藝，根據(jù)不同牌號、工藝速度、板面油污狀況及時調(diào)整刷輥壓力、電解電流和電壓、脫脂濃度和溫度等工藝參數(shù)，以保證帶鋼清洗效果；

3) 控制好爐內(nèi)露點[2]，減少氧化性氣氛；

4) 碳套輥適用爐溫950 ℃以下，溫度過高會加快碳套輥氧化，加快鐵粉燒結(jié)，更容易形成結(jié)瘤。一般均熱爐控制在880 ℃以下，不容易出現(xiàn)結(jié)瘤現(xiàn)象；

5) 帶鋼出現(xiàn)碳套輥輥印后，應(yīng)當(dāng)調(diào)整過渡料打磨爐輥、去掉結(jié)瘤、更換結(jié)瘤嚴(yán)重的爐輥[3]。

表面氧化缺陷

帶鋼退火后表面發(fā)暗，嚴(yán)重時顏色發(fā)黑，出現(xiàn)明顯氧化，直接影響冷軋硅鋼的表面質(zhì)量。

表面氧化缺陷形成機(jī)理

連續(xù)退火過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)[4]：

脫碳段、再結(jié)晶段及冷卻段的化學(xué)反應(yīng)方向均取決于PH2O/PH2的分壓比，保證反應(yīng)(1)進(jìn)行，反應(yīng)(2)不進(jìn)行(因碳與氧的結(jié)合力大于碳與鐵的結(jié)合力)，就是既要有利于硅帶鋼最大程度地脫碳，又要防止其表面氧化，可以通入氫氣、氮氣的混合氣體作為硅帶鋼退火爐的保護(hù)氣體。為了保證帶鋼的脫碳，要在氣體中加入水蒸汽，使其具有一定的濕度。增加水蒸汽含量有利于帶鋼的脫碳，但同時增加了帶鋼氧化的危險。因此必須保證合理的PH2O/PH2的分壓比。

表面氧化原因及控制措施

1) 出爐溫度過高，造成鋼板出爐氧化；

2) 帶鋼退火速度低，在爐內(nèi)停留時間長，造成氧化。一般情況下退火工藝段停車20 min以內(nèi)板面顏色發(fā)黑、發(fā)暗，停車超過20 min，帶鋼板面出現(xiàn)嚴(yán)重板形不良缺陷；

3) 保護(hù)氣體不純，氧和蒸汽含量高，使鋼板氧化；

4) 爐內(nèi)冷卻系統(tǒng)漏水，水與鋼板高溫下發(fā)生氧化反應(yīng)。

劃傷缺陷

對冷軋電工鋼表面影響最大的原板劃傷是劃痕較深且在隨后熱軋道次又愈合的劃傷，這種劃傷在冷軋工序后逐漸明顯，最終在成品表面出現(xiàn)灰白色印跡，嚴(yán)重時出現(xiàn)起皮。

2011年4月，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量因加熱爐爐底輥造成鑄坯劃傷，在后續(xù)熱軋和冷軋工序中缺陷無法消除，出現(xiàn)嚴(yán)重起皮。圖1和表1為經(jīng)冷軋退火涂層后缺陷的光學(xué)照片、掃描圖片和成分分析，可以看出缺陷部位主要是硅、氧、鐵三種成分。

另一種是在酸洗、冷軋過程中產(chǎn)生的劃傷，這種劃傷經(jīng)過退火后變成白色。不管是熱軋還是冷軋工序產(chǎn)生的劃傷，都是由于帶鋼運行過程中表面與尖銳設(shè)備相接觸摩擦而產(chǎn)生的。

堿洗斑缺陷

堿洗斑常出現(xiàn)在冷軋無取向電工鋼退火涂層后，表面呈灰白色印跡，缺陷形貌不一，類似花紋狀。該缺陷的產(chǎn)生主要是因清洗帶鋼時，含堿性污泥由帶鋼表面帶到水洗段，使水中的Ca2+與堿洗污泥中的形成Ca3(PO4)2微溶性物質(zhì)[5]，這些微溶性顆粒懸浮在溶液中，隨溶液噴淋或粘附在鋼板上，最后擠干輥擠壓到帶鋼表面，這種粘附物很難在退火中被燒掉，從而殘留在帶鋼表面。對堿洗斑缺陷控制主要從兩方面入手，一是擠干輥有缺陷時及時更換，二是及時更新清洗水和堿液，保證擠干輥表面清潔。

圖1 鑄坯劃傷缺陷照片及起皮缺陷部位：(a) 光學(xué)照片；(b) SEM圖片；(c) EDS分析

表1 冷軋退火后涂層不同缺陷部位的成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

結(jié)束語

實踐表明，針對碳套輥輥印、表面氧化、劃傷、堿洗斑等缺陷采取的相關(guān)措施是極其有效的，本鋼冷軋電工鋼產(chǎn)品質(zhì)量有極大改善，產(chǎn)品的合格率明顯提高。