冷軋汽車外板硌印缺陷的成因及控制措施

供稿|孫鵬，張杰，周宏偉，張霞，張冰，盧秉仲 /

作者單位：1. 本鋼板材有限公司技術(shù)研究院, 遼寧 本溪 117000；2. 上汽集團乘用車公司, 上海 200000

汽車?yán)滠埻獍遄鳛槠囉猛飧采w件，對于表面質(zhì)量的要求是冷軋板中最嚴(yán)格的，需達到FD 級別(超高級別表面)的要求[1]。各國的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)均提出了比較嚴(yán)格的基本技術(shù)指標(biāo)要求，我國標(biāo)準(zhǔn)對FD 級別要求產(chǎn)品兩面中較好的一面不應(yīng)有影響涂漆后的外觀質(zhì)量或電鍍后的外觀質(zhì)量缺陷，另一面應(yīng)達到FB 級別要求。而對于高級別汽車外板，一些用戶要求帶鋼表面雙面達到FD 級別，這種對表面質(zhì)量零缺陷的要求，使得冷軋廠對高級別外板表面缺陷的控制提出更加嚴(yán)格的要求，同時導(dǎo)致高級別汽車外板的合格率相對于內(nèi)板偏低。

冷軋外板的表面缺陷按照生產(chǎn)流程可大體分三個來源：煉鋼工序來源、熱軋工序來源和冷軋工序來源。而冷軋工序作為最后一道工序，又需要經(jīng)過酸軋、連退以及重卷機組，生產(chǎn)周期長，表面質(zhì)量控制難度大，因此冷軋工序是帶鋼表面缺陷集中降級來源的主要工序之一。

據(jù)某冷軋廠2018 年外板降級情況統(tǒng)計，冷軋工序表面缺陷主要包括硌印、銹蝕、油污、擦劃傷、斑漬等，其中由于硌印缺陷導(dǎo)致的降級占冷軋工序總降級的比例高達40%。因此降低硌印缺陷的發(fā)生率，是提升高級別冷軋汽車外板合格率的重要措施。

硌印形貌特征

硌印缺陷是指由于輥表面自身缺陷或異物粘附，導(dǎo)致帶鋼表面沿長度方向呈周期性出現(xiàn)的凹凸印痕，根據(jù)其周期可排查出所產(chǎn)生的輥系[2]。易產(chǎn)生硌印缺陷輥系主要有軋機工作輥、平整機工作輥、張力輥、爐輥等。根據(jù)形狀可分為點狀、短線狀、長條狀，根據(jù)手感程度可分為有手感和無手感，根據(jù)可見程度分為目視可見和油石打磨后可見，典型的硌印缺陷形貌如圖1 所示。其中點狀硌印為最常見、出現(xiàn)頻率最高的硌印形貌，根據(jù)對其外觀測量統(tǒng)計，其直徑一般為5 mm 左右，最大可達10 mm左右，硌印深度或凸起高度一般在幾微米到十幾微米不等。

圖1 典型硌印缺陷形貌

硌印產(chǎn)生的主要影響因素

輥系表面質(zhì)量的影響

工作輥在軋制過程中與帶鋼表面直接接觸，并且具有一定的壓下量，因此若軋輥表面存在缺陷，則會復(fù)制性傳遞到帶鋼表面，形成周期性硌印[3]。常見軋輥表面缺陷有劃痕和亮斑，如圖2 所示，軋輥表面缺陷主要是在磨削加工或長期使用中產(chǎn)生。若軋輥表面缺陷具有一定深度且有手感，嚴(yán)重的會產(chǎn)生有手感且目視可見的硌印缺陷。

圖2 軋輥表面缺陷形貌

除軋輥外，張力輥和爐輥也是產(chǎn)生硌印的主要來源。張力輥與帶鋼在張力作用下存在較大摩擦力，尤其是機組內(nèi)處于特殊位置的張力輥，如位于圓盤剪后的張力輥，其承受切邊后帶鋼出現(xiàn)飛邊、毛刺等風(fēng)險多，當(dāng)輥子使用周期接近末期時，輥面粗糙度偏低、涂層磨損、硬度下降等綜合導(dǎo)致輥面易粘覆異物，而產(chǎn)生輕微無手感硌印，通常需要在線打磨才可見，因此易造成批量降級事故。

爐輥在正常情況下使用周期為3～5 年，尤其是高溫區(qū)爐輥在長期使用情況下爐內(nèi)氣氛中的金屬粉末聚集，或高強鋼中Mn、Si 等元素在爐輥表面形成的共晶產(chǎn)物黏附在輥面上，導(dǎo)致在爐輥表面形成爐輥結(jié)瘤，造成帶鋼表面壓痕、劃傷等缺陷，若經(jīng)平整后無法消除，則會導(dǎo)致多處點狀或長條狀硌印缺陷。

原料質(zhì)量的影響

硌印產(chǎn)生的另一主要因素與原料質(zhì)量有關(guān)，主要體現(xiàn)在原料夾雜數(shù)量和邊部質(zhì)量好壞。如果鑄坯中夾雜物尺寸較大，在軋制成薄板后，夾雜物會充分暴露[4]。對于暴露在表層的夾雜物在經(jīng)過軋制、平整或退火爐內(nèi)易發(fā)生脫落，極易黏著在輥面上，形成有手感凸起，造成黏附性傳遞的周期性硌印缺陷。

若原料邊部存在線狀裂紋或邊部黑線等質(zhì)量缺陷，一方面在軋制時邊部易產(chǎn)生金屬鐵屑脫落，并進入乳化液系統(tǒng)中，增加與軋輥產(chǎn)生金屬黏著風(fēng)險，污染軋輥形成有手感的凸起異物黏附，其形貌如圖3 所示；另一方面，原料帶鋼邊部質(zhì)量差軋后邊部易產(chǎn)生鋸齒邊，若鋸齒邊缺陷未能得到有效去除，在后序的連退機組易脫落，進一步增加了硌印缺陷風(fēng)險。

圖3 輥面黏附金屬異物形貌

機組清潔性的影響

機組清潔性主要與機組封閉和內(nèi)部清潔情況有關(guān)，是指機組內(nèi)部軋機乳化液等介質(zhì)純凈度以及機架內(nèi)懸浮顆粒物、油泥等異物含量的多少，這些異物是硌印缺陷的主要來源之一。當(dāng)機組內(nèi)部清潔環(huán)境較差，機架內(nèi)部灰塵、油泥等異物會因機架震動而脫落；當(dāng)機組封閉性較差時，外來大顆?；覊m、塵土等進入機組內(nèi)，若掉落在輥系表面會增加產(chǎn)生硌印缺陷的風(fēng)險。這類異物產(chǎn)生的硌印缺陷多為無手感且需要打磨可見的暗/亮硌印，如圖4 所示，現(xiàn)場一般稱為軟硌印，此類軟硌印缺陷危害在于不易被檢查發(fā)現(xiàn)，易產(chǎn)生批量的降級品。

圖4 打磨可見的硌印缺陷形貌

可見機組清潔性的提高對于預(yù)防硌印缺陷的產(chǎn)生有重要積極作用，而降塵量是評價機組清潔性的主要手段，降塵量的測定方法主要是重量法，即測量每月機組內(nèi)單位面積降落于地面異物的重量，國內(nèi)優(yōu)秀企業(yè)連退機組降塵量每月可控制在小于10 mg/dm2。

硌印缺陷防控措施

原料質(zhì)量改善措施

煉鋼工序?qū)滠埻獍宄霈F(xiàn)的夾雜缺陷進行歸類分析，形成缺陷圖譜。通過歸納分析夾雜種類及產(chǎn)生原因，對相關(guān)工藝參數(shù)進行細(xì)化和優(yōu)化，最終形成外板工藝控制參數(shù)放行標(biāo)準(zhǔn)。另一方面，為了減少卷渣類缺陷的產(chǎn)生，進一步完善了板坯清理方式及要求、人工檢查及出廠前檢查判定的相關(guān)制度，嚴(yán)防不符合要求的板坯進入下一工序。目前高級別冷軋外板夾雜缺陷可穩(wěn)定控制在8%以下，同時外板生產(chǎn)計劃要求冷軋過渡料必須采用清坯料，降低因過渡料內(nèi)部夾雜缺陷導(dǎo)致后續(xù)高級別汽車外板產(chǎn)生硌印缺陷風(fēng)險。

熱連軋工序改善氧化鐵皮壓入缺陷，通過對加熱制度、粗軋工藝、精軋溫度、高壓水除鱗、軋制周期、工作輥表面狀態(tài)等各項工藝的管控，有效降低氧化鐵皮壓人缺陷，提高了熱軋原料表面及邊部質(zhì)量。

工藝設(shè)備防控措施

完善輥系管理制度

建立高級別汽車外板專用輥制度，主要包括酸軋1～5 架軋機工作輥和連退平整工作輥，保證每次組織生產(chǎn)前有至少三套專用輥，以備出現(xiàn)硌印缺陷及時換輥準(zhǔn)備，同時制定專用輥磨削質(zhì)量和管理制度，杜絕出現(xiàn)刀花痕或輥面劃痕等缺陷。增加軋輥上機前的表面質(zhì)量檢查及下機后油石打磨檢查確認(rèn)制度，嚴(yán)防缺陷輥投入生產(chǎn)。

完善輥系排查巡檢制度，根據(jù)輥系實際使用的質(zhì)量情況，重新評估輥子使用周期，定期對易損傷輥面的粗糙度情況進行監(jiān)控測量，及時更換。

酸軋機組

通過優(yōu)化酸洗工藝段關(guān)鍵參數(shù)，提高了帶鋼表面氧化鐵皮的清洗效果，并避免產(chǎn)生欠酸洗或過酸洗。嚴(yán)格管控乳化液系統(tǒng)中各項理化指標(biāo)，尤其是鐵粉、雜油等污物含量，保證軋制過程中乳化液的清潔性，降低對帶鋼表面污染，并要求軋后帶鋼表面反射率不小于70%。

完善軋機機架清潔管理制度，每月定期對機架內(nèi)沉積的油泥進行清洗，避免油泥掉落造成硌印。同時為進一步降低因原料邊部缺陷，而導(dǎo)致軋機產(chǎn)生硌印缺陷的發(fā)生率，同時保證軋后帶鋼獲得良好的邊部質(zhì)量，高級別外板在酸軋機組增加切邊工藝制度。

連退機組

針對連退機組降塵量高、機組清潔性差的問題，開展機組封閉管理，定期對機組重點位置進行清理，建立“連退清潔生產(chǎn)管理制度”，明確刮刀、平整機架和輥系清潔檢查方法及周期，同時優(yōu)化刮刀的投入方式，及時刮除輥表面黏附的灰塵、油污等異物，確保刮刀使用效果。完善降塵量檢測方法和制度，每月對機組各區(qū)域重點位置進行降塵量的檢測統(tǒng)計，目前機組降塵量已到達國內(nèi)標(biāo)桿企業(yè)水平。

通過優(yōu)化連退機組清洗段工藝參數(shù)，控制帶鋼在連退清洗后的反射率不小于90%，提高帶鋼表面清潔性，從源頭上減少污染源。同時嚴(yán)格控制爐內(nèi)各段露點及爐內(nèi)氣氛，有效防控爐輥結(jié)瘤的產(chǎn)生。

質(zhì)量檢查

建立健全酸軋和連退機組汽車外板打磨檢查制度，明確打磨檢查工具和方法，即軋機出口紗網(wǎng)打磨，連退出口油石打磨。保證打磨長度覆蓋機組全部輥系，并縮短打磨時間，打磨檢查后控制抽套速度，采用階梯升速，減輕機架震動導(dǎo)致異物掉落造成硌印缺陷。

出現(xiàn)硌印缺陷時，及時按周期排查產(chǎn)生源頭，并及時清除輥表面黏附的異物，必要時更換備用的軋輥或平整工作輥，避免批量降級。

結(jié)束語

硌印缺陷作為一種冷軋板常見的表面缺陷，難以從根本上消除，因此制約著高級別汽車外板產(chǎn)品的合格率。本文通過對硌印缺陷形貌特征及產(chǎn)生原因進行歸納分析，從輥系表面質(zhì)量、冷軋原料質(zhì)量、機組清潔性三方面分析了硌印產(chǎn)生的主要影響因素，嚴(yán)格按照VDA6.3 體系管理制度，通過建立完善相關(guān)制度、優(yōu)化各工藝段關(guān)鍵控制點、強化過程控制和現(xiàn)場管理，硌印缺陷得到有效控制。通過一年多的攻關(guān)，本鋼某冷軋廠高級別汽車外板硌印缺陷降級占比較2018 年降低了近一半。