冷軋板表面線狀缺陷的研究

于 健

（本鋼板材股份有限公司技術(shù)研究院，遼寧 本溪 117000）

近年來，隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，電器、汽車、建筑、食品飲料罐等行業(yè)的快速發(fā)展大大提高了冷軋鋼板在市場中的需求，大型鋼鐵企業(yè)冷軋薄板產(chǎn)品比率超過50%。后續(xù)企業(yè)需要對冷軋板進行涂鍍、涂漆、沖壓成型等再加工，一旦冷軋板表面出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，會影響后續(xù)的加工性能，所以要減少甚至消除冷軋板表面質(zhì)量缺陷，冷軋板表面缺陷一直是國內(nèi)鋼廠存在的棘手質(zhì)量問題，被認為是常見的而又難以消除的頑癥，而且這些缺陷在冶金過程或演化過程是多種因素引起的，其特點都比較類似，如果控制措施合理，部分缺陷缺陷可以減輕甚至消除[1]。本文主要探討冷軋板表面線狀缺陷產(chǎn)生原因、危害及控制措施。

1 試樣制取、宏觀缺陷、微觀形貌及夾雜物成分

1.1 試樣制取

現(xiàn)場取樣，切取DC05、DC06鋼板有表面缺陷的部位，制成大小合適的試樣，并用脫脂棉滴上無水乙醇擦拭表面，并在自然光下拍照。

1.2 缺陷試樣宏觀狀態(tài)

試樣在宏觀狀態(tài)下，能看到缺陷為一條貫穿試樣表面，寬度約為0.5mm的細線，大小和分布無規(guī)律，如圖1中1號，2號，3號三個試樣所示，圖片中箭頭下方細線即為缺陷。

圖1 缺陷試樣的形貌特征

1.3 試樣缺陷部位微觀形貌及顆粒物成分

利用掃描電鏡在微觀視場下找到宏觀缺陷所在的位置，觀察其微觀形貌，除了表面平整的鋼基外，部分表面呈凹坑狀，凹坑內(nèi)有顏色異于鋼基的顆粒狀物質(zhì)呈現(xiàn)串鏈狀沿軋制方向分布，如圖2、3、4所示，十字號所在位置即為三個試樣中異于鋼基的顆粒物。

圖2 顆粒物電鏡分析：1#樣

表1 1#顆粒物電鏡分析數(shù)值

圖3 顆粒物電鏡分析：2#樣

表2 2#顆粒物電鏡分析數(shù)值

圖4 顆粒物電鏡分析：3#樣

表3 3#顆粒物電鏡分析數(shù)值

1.4 顆粒成分

從表格數(shù)據(jù)可知，每個試樣顆粒物都含有O、Al、Fe元素，且[O]和[Al]含量占絕大部分，另外還有Ti和Cr元素，這兩種元素含量都小于1%，由此可以得出顆粒物為Al2O3夾雜。為了避免偶然性，又對后續(xù)的幾個批次DC05和DC06鋼板具有相同宏觀缺陷的試樣進行了取樣，用同樣的檢測方法，發(fā)現(xiàn)上述試樣缺陷部位微觀都有串鏈狀顆粒沿著軋制方向分布，分別掃描了若干個顆粒，每個顆粒都含有O、Al、Fe元素，其中Al和O元素含量還是占絕大部分，由此可以判斷顆粒還是Al2O3夾雜。

2 夾雜物產(chǎn)生原因

按照來源，外來夾雜物主要是鋼水和外界之間偶然的化學(xué)和機械作用產(chǎn)物，內(nèi)生夾雜物是鋼水冶煉時的脫氧產(chǎn)物或者在冷卻凝固過程中的物理化學(xué)析出物，主要包括氧化鋁夾雜和硅鎮(zhèn)靜鋼中氧化硅夾雜，這些夾雜產(chǎn)生于鋼中溶解氧和加入的鋁或硅脫氧劑之間的反應(yīng)，是典型的脫氧生成的夾雜物[2]。在這批次鋼板出現(xiàn)夾雜缺陷后，我們對相應(yīng)批次的鋼板的生產(chǎn)過程進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在這些爐次中鋼水氧含量偏高。煉鋼是氧化反應(yīng)，向鐵水中吹入純氧，鐵水中如硅、碳、錳、磷等元素被氧化，待吹煉結(jié)束的時候，還有很多處于游離狀態(tài)的氧，含氧量越高，相應(yīng)的夾雜物也就越多；含氧量越低，鋼水中夾雜物就越少。

2.1 終點[C]含量

鋼中氧含量主要受到碳含量的控制，轉(zhuǎn)爐吹煉中碳氧反應(yīng)式為[C]+[O]={CO}，轉(zhuǎn)爐冶煉終點由副槍測定的[C]和[O]活度統(tǒng)計關(guān)系圖所示，由圖可知，鋼水含氧量隨著碳含量增加而減少。

圖5 轉(zhuǎn)爐冶煉終點C-O關(guān)系圖

圖6 終點溫度與[O]含量的關(guān)系

2.2 終點溫度

生產(chǎn)統(tǒng)計轉(zhuǎn)爐終點鋼水溫度與終點[O]關(guān)系，如圖所示，由圖可知，鋼水含氧量隨溫度升高而增加。

2.3 爐渣對終點氧含量的影響

轉(zhuǎn)爐冶煉中后期，爐渣中氧化鐵含量與鋼水中氧氣含量有關(guān)聯(lián)。氧化鐵的含量與鋼水中氧含量存在著相對平衡，一般地，爐渣中氧化鐵含量越高，爐渣氧化性越高，爐渣氧化性就越強，鋼中氧含量就相對較高。

3 夾雜物的種類和危害

3.1 夾雜物的種類

非金屬夾雜物按化學(xué)成分的不同，可以分為氧化物夾雜、硫化物夾雜、氮化物夾雜、碳化物夾雜、磷化物夾雜等。氧化物夾雜分為簡單夾雜物和復(fù)雜夾雜物，簡單夾雜物如FeO、Al2O3夾雜、，復(fù)雜夾雜物如尖晶石類和鈣的鋁酸鹽等，硅酸鹽及硅酸鹽玻璃也屬于氧化物夾雜，它們成分復(fù)雜，而且常常呈多相存在。在鋼的冶煉過程中，不可能除盡所有的雜質(zhì)，所以實際使用的碳鋼中除碳以外，還含有少量的錳、硅、硫、磷、氧、氫、氮等元素，他們的存在，會影響鋼的質(zhì)量和性能[3]。

3.2 夾雜物的危害

氧在鋼中的溶解度非常小，幾乎全部以氧化物夾雜的形式存在于鋼中，如FeO、Al2O3、SiO2、CaO等。除此之外，鋼中還存在硫化鐵、硫化錳、硅酸鹽等。這些非金屬夾雜物破壞了鋼的基體連續(xù)性，在靜載荷和動載荷的作用下，往往成為裂紋的起點，他們的性質(zhì)、大小、數(shù)量及分布狀態(tài)不同程度地影響鋼的各種性能，尤其對鋼的塑性、韌性、疲勞強度和耐蝕等性能危害很大[4]。

4 防治措施

改善措施從產(chǎn)生夾雜物的工藝過程去分析，制定相應(yīng)方法以減少夾雜物的含量。

防止鋼水中[O]含量過高，降低脫氧產(chǎn)物Al2O3夾雜，為下一步精煉提供品質(zhì)較好的鋼水；制定合理吹煉終點[O]含量；使用鋁錳鐵等混合脫氧劑，降低鋼水中[O]含量，減少鋼水氧化程度；當(dāng)終點碳含量高，溫度也高時，用鐵礦石調(diào)溫。如果終點溫度高，碳含量不高時，可用石灰石調(diào)溫；爐渣氧化性控制在合理范圍內(nèi)。降低鋼水被氧化程度，從而減少鋼水中的夾雜物的含量。

5 結(jié)論

冷軋板多用于汽車、家電等領(lǐng)域，這些行業(yè)對鋼板表面質(zhì)量要求越來越嚴格，所以表面缺陷是冷軋板最主要的質(zhì)量問題，這其中的線狀缺陷由于缺陷長度可長達數(shù)米，所以問題尤為突出。

鋼中非金屬夾雜物的種類、數(shù)量、組成和分布影響著缺陷的類型和嚴重程度。Al2O3夾雜大部分來自脫氧產(chǎn)物，生產(chǎn)中可以通過控制終點[C]含量、終點溫度和爐渣氧化性來避免鋼水氧含量過高，減少Al2O3夾雜的產(chǎn)生。Al2O3夾雜和Cr2O3尖晶石類復(fù)合氧化物屬于脆性夾雜物，當(dāng)鋼在熱加工變形時，夾雜物的尺寸一般不發(fā)生變化，但會沿著加工方向破裂并且呈串鏈狀分布，從而造成冷軋板表面有分布無規(guī)律、長度不等的線狀缺陷存在。