冷軋商品卷表面質(zhì)量控制及工藝優(yōu)化

樊利智，齊進(jìn)剛，楊海西，王少博，張覺(jué)靈

據(jù)調(diào)查我國(guó)多數(shù)的冷軋廠已經(jīng)陸續(xù)投產(chǎn)了罩式退火爐、酸軋機(jī)組和平整機(jī)。伴隨冷軋廠機(jī)械設(shè)備的不斷完善，大量的冷軋商品卷源源不斷進(jìn)入鋼材市場(chǎng)。本次研究的冷軋廠生產(chǎn)冷軋商品卷主要借助了CSP 生產(chǎn)熱軋鋼卷經(jīng)過(guò)酸洗冷連軋聯(lián)合機(jī)組冷軋的原理。該工藝模式下要想提高冷軋商品卷表面質(zhì)量就需要經(jīng)過(guò)平整機(jī)的平整處理，將屈服平臺(tái)消除，進(jìn)一步提高冷軋產(chǎn)品的沖壓性能，以此確保冷軋商品卷表面質(zhì)量。退火處理后的產(chǎn)品表面質(zhì)量普遍不高，大量的氧化鐵皮、酸洗缺陷、錕印、邊裂、色差、裂紋、壓痕、振紋等出現(xiàn)在冷軋商品卷表面，直接增大了冷軋商品卷表面缺陷問(wèn)題的發(fā)生幾率。如果冷軋商品卷表面缺陷問(wèn)題較為嚴(yán)重，直接提高了鋼帶切損率。嚴(yán)重者會(huì)損壞冷軋生產(chǎn)中的軋錕，引起相應(yīng)的設(shè)備故障。而輕微的冷軋商品卷表面缺陷則會(huì)降低產(chǎn)品品級(jí)率，增加冷軋廠生產(chǎn)成本，對(duì)于冷軋廠可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有較大阻礙。因此針對(duì)現(xiàn)階段我國(guó)多數(shù)冷軋廠冷軋商品卷存在的表面質(zhì)量問(wèn)題需要加以分析，不斷優(yōu)化生產(chǎn)工藝，提高冷軋商品卷表面質(zhì)量。

1 冷軋商品卷主要表面缺陷問(wèn)題、原因及防治措施

1.1 氧化鐵皮壓入麻點(diǎn)

1.1.1 缺陷判定

麻面是鋼材最常見(jiàn)的表面缺陷，鋼材一旦出現(xiàn)麻面問(wèn)題，其產(chǎn)品表面變得較為粗糙，失去了原來(lái)的平滑性，用手摸上去會(huì)感到凹凸不平。鋼材上的麻面有些連續(xù)成片出現(xiàn)，也有些局部出現(xiàn)，還有些鋼材麻面以周期的方式出現(xiàn)。鋼材表面的麻點(diǎn)是被允許存在的，但是這些麻點(diǎn)深度如果超過(guò)被允許的范圍，則可以定義為麻點(diǎn)缺陷問(wèn)題。因此工作人員需要確保鋼材上的麻點(diǎn)深度在產(chǎn)品厚度偏差范圍內(nèi)。此種表面缺陷問(wèn)題出現(xiàn)在冷軋酸軋鋼卷一面，麻點(diǎn)大片分散分布。顏色為黑灰色，多為針孔狀。使用掃描電鏡觀察麻點(diǎn)可以看到麻點(diǎn)呈凹凸不平破碎狀，并且多條顆粒狀物質(zhì)包含在麻點(diǎn)內(nèi)部，這些顆粒狀物質(zhì)主要成份是Fe 和O。

1.1.2 產(chǎn)生原因

熱軋氧化鐵皮包括不同類型，比如損傷型氧化鐵皮、一次氧化鐵皮二次以及三次氧化鐵皮。冷軋商品卷中的氧化鐵皮為壓入狀態(tài)，且分布特征與熱軋三次氧化鐵皮具有很大的相似性。精軋機(jī)架容易出現(xiàn)熱軋三次氧化鐵皮，精軋工作錕承受的壓力較大，錕面老化較為嚴(yán)重，此時(shí)錕面氧化膜會(huì)出現(xiàn)剝落。剝落后的氧化膜可以在熱軋帶鋼表面粘附，也可以再次被碾壓進(jìn)入帶鋼表面，此時(shí)會(huì)在帶鋼表面形成三次氧化鐵皮缺陷。鋼板表面麻點(diǎn)對(duì)鋼板表面質(zhì)量的影響與其產(chǎn)生的凹坑和凹痕深度密切相關(guān)，如果麻點(diǎn)引起的凹坑或者凹深度較大，此時(shí)鋼材表面麻點(diǎn)對(duì)鋼材表面質(zhì)量的影響就越大。因此一般情況下可以將麻點(diǎn)身凹坑或者凹痕的深度與鋼材表面質(zhì)量看成負(fù)相關(guān)的關(guān)系，深度越大則鋼材質(zhì)量就越低。工作人員采用噴丸的方式對(duì)鋼材表面進(jìn)行處理后，鋼材表面的麻點(diǎn)會(huì)暴露出來(lái)，會(huì)看到這些麻點(diǎn)在鋼材表面上以凹坑或者凹痕的形式出現(xiàn)，直接降低了整個(gè)鋼材表面質(zhì)量。這些凹坑或者凹痕是不規(guī)則的。但是經(jīng)過(guò)處理后的鋼材，麻點(diǎn)問(wèn)題會(huì)逐漸淡化，這些凹坑和凹痕經(jīng)過(guò)修磨清理后，深度會(huì)逐漸減小，如果處理后的深度在所允許的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，此時(shí)存在麻點(diǎn)的鋼材是不影響使用的。

1.1.3 防治措施

針對(duì)以上缺陷工作人員需要定期檢查并維護(hù)精軋錕設(shè)備，確保精軋錕設(shè)備性能良好，避免錕面磨損引起的表面質(zhì)量缺陷。此外，工作人員還可以采取以下措施加以控制。一是按坯料規(guī)格及鋼種的不同，采用不同的加熱制度，合理控制加熱爐各段的加熱溫度，合理控制煤氣（燃油）、空氣配比，提高燃燒的充分性；二是因軋鋼或后部等過(guò)程的斷續(xù)影響，加熱爐的操作要與軋鋼等后部工序保持密切聯(lián)系，實(shí)時(shí)降溫，或提前平緩升溫，防止長(zhǎng)時(shí)間高溫加熱和急速升溫；三是在加熱爐待溫時(shí)，要有效地控制燒嘴火焰的強(qiáng)度，控制爐內(nèi)氣氛和壓力；四是經(jīng)常檢查燒嘴的工作狀況，控制燒嘴火焰的噴燒位置，避免火焰長(zhǎng)時(shí)間對(duì)鋼坯直接燒蝕。

1.2 夾雜物麻點(diǎn)

1.2.1 缺陷判定

冷軋板切塊、高速旋壓成型后此時(shí)麻點(diǎn)問(wèn)題顯露出現(xiàn)，夾雜物麻點(diǎn)主要出現(xiàn)在鋼卷一面局部區(qū)域，顏色為黑灰色，簇狀分布形狀主要是橢圓形或者圓形。

1.2.2 產(chǎn)生原因

冷軋商品卷連鑄工序較多，連鑄工序如果出現(xiàn)異常操作情況，大量渣類物質(zhì)會(huì)被澆筑到冷軋商品卷中。這些渣類物質(zhì)為復(fù)合型雜質(zhì)，不具備可塑性。因此在冷軋過(guò)程中不會(huì)伴隨基板同步延伸形成皮下夾雜，而在旋壓過(guò)程中脫落形成孔洞。

1.2.3 防治措施

針對(duì)雜夾雜物麻點(diǎn)可以采取以下措施防治。一是控制好大包鋼水銜接節(jié)奏，將連鑄等鋼水時(shí)間減少；二是保證鋼水潔凈程度，避免大包水口出現(xiàn)結(jié)瘤等問(wèn)題，提高大包自流率；三是均勻降低中包包末澆鑄拉速，避免因瞬間拉速快速下降導(dǎo)致旋渦出現(xiàn)在鋼液表面，引起卷渣；四是選擇合適的大包引流砂，確保引流砂灌砂操作的規(guī)范性，提高大包自流率。

1.3 線棒材麻點(diǎn)

1.3.1 缺陷判定

孔型表面粗糙導(dǎo)致棒材表面呈現(xiàn)出凹凸不平的問(wèn)題，這是引起線棒財(cái)麻點(diǎn)的主要原因。工作人員可以根據(jù)以上內(nèi)容判斷線棒材麻點(diǎn)。

1.3.2 產(chǎn)生原因

線棒材麻點(diǎn)產(chǎn)生的原因主要包括以下幾點(diǎn)。一是孔型軋制量較多；二是軋槽冷卻水管理方式不合適，或者冷卻方法不合理；三是軋輥材質(zhì)硬度不高，組織分布不均勻；四是軋槽冷卻水使用不合理，或者軋槽磨損較為嚴(yán)重；五是冷卻水酸堿數(shù)值設(shè)置不當(dāng)，腐蝕了WC 輥環(huán)中的黏結(jié)劑。被腐蝕的黏結(jié)劑使得WC 顆粒在軋制過(guò)程中從原本的位置脫落下來(lái)。

1.3.3 防治措施

針對(duì)線棒材麻點(diǎn)問(wèn)題需要采取以下措施加以預(yù)防。一是對(duì)軋槽軋制噸位作出合理化的規(guī)定；二是進(jìn)一步優(yōu)化軋槽冷卻水冷卻方法，科學(xué)合理設(shè)置軋槽冷卻水水壓和水量。此外，工作人員需要對(duì)軋槽冷卻水定期檢查，判斷軋槽冷卻水的水質(zhì)，避免水質(zhì)不過(guò)關(guān)降低軋制質(zhì)量。再者工作人員還需要對(duì)軋輥冷卻水管定期檢查，判斷冷卻水管是否被堵塞。

2 優(yōu)化工藝，提高冷軋商品卷表面質(zhì)量的措施分析

2.1 加強(qiáng)對(duì)原料質(zhì)量的控制

加強(qiáng)對(duì)原料質(zhì)量的控制是提高冷軋商品卷表面質(zhì)量的措施之一。本次研究的冷軋廠伴隨冷軋項(xiàng)目的正式投產(chǎn)，質(zhì)量一貫制管理模式在冷軋廠逐漸推廣開(kāi)來(lái)。所謂質(zhì)量一貫制管理模式就是從煉鋼到鍍鋅均實(shí)施全流程化的質(zhì)量管理。調(diào)整精煉工藝，控制鋼水夾雜物。熱軋生產(chǎn)中借助高壓除磷優(yōu)化、錕役控制、修磨加熱爐爐錕等控制措施，減少了氧化鐵皮壓入帶鋼表面的問(wèn)題產(chǎn)生。

2.2 增強(qiáng)酸軋機(jī)組潤(rùn)滑效果，提高冷硬卷表面質(zhì)量

改善乳化液油品配方并優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)工藝潤(rùn)滑作業(yè)，制定并完善科學(xué)的乳化液管理制度，可以將冷硬卷帶鋼表面反射率明顯提高。本次研究的冷軋廠采取以上措施優(yōu)化生產(chǎn)工藝后，冷硬卷帶鋼反射率提高到了60%，帶鋼表面乳化液出殘余量得到了有效控制。

2.3 加大控制冷軋卷粘結(jié)缺陷

2.3.1 粘結(jié)缺陷影響因素

粘結(jié)缺陷的影響因素較多，一是板形不良，厚度、板凸度不均，存在局部高點(diǎn)等導(dǎo)致鋼卷層壓力呈現(xiàn)出不均勻的分布狀態(tài)，增大了局部壓應(yīng)力；二是酸軋卷取張力較大，張力過(guò)大的情況下增加了粘結(jié)缺陷的發(fā)生幾率；三是捆帶和吊具相互碰撞，使得鋼卷產(chǎn)生了局部變形點(diǎn)，此時(shí)鋼卷的局部應(yīng)力顯著增大；四是退火工藝中冷卻階段和加熱階段出現(xiàn)了熱點(diǎn)和冷點(diǎn)溫差，促使很高的熱應(yīng)力出現(xiàn)在了鋼卷徑向上；五是退火工藝在退火溫度較高或者保溫段較長(zhǎng)的情況下，直接約束了晶界界面能和鐵原子的擴(kuò)散能力。此時(shí)鋼卷層之間在高溫影響下，會(huì)相互壓合，金屬表面原子得到的能量較多，這些能力彼此擴(kuò)散，晶界出現(xiàn)重合由此產(chǎn)生共生晶粒；六是鋼卷層之間金屬鐵粒子的影響，在高溫條件下形成了與焊點(diǎn)相似的現(xiàn)象；七是進(jìn)入平整機(jī)后的退火鋼卷，開(kāi)卷速度、開(kāi)卷角度以及延伸率也會(huì)增加粘結(jié)缺陷的發(fā)生率；八是帶鋼表面粗糙程度也會(huì)影響鋼卷層之間的接觸狀態(tài)，增加粘結(jié)缺陷發(fā)生率。

2.3.2 防治粘結(jié)缺陷的有效對(duì)策

防治粘結(jié)缺陷可以從以下幾方面分析。一是控制酸軋末機(jī)架工作錕的粗糙程度；二是控制平整機(jī)速度和張力；三是加強(qiáng)酸軋機(jī)組目標(biāo)板形對(duì)粘結(jié)缺陷問(wèn)題的深入研究；四是將加熱段的加熱速度降低，并冷卻罩式爐帶加熱罩，加強(qiáng)對(duì)冷卻速度的研究；五是將酸軋線卷取張力降低，在張力錐的作用下控制好張力和長(zhǎng)度；六是加強(qiáng)板面凸度對(duì)粘結(jié)影響的研究；七是全面落實(shí)鋼卷芯部防劃傷措施的研究。以上措施均可以有效避免粘結(jié)缺陷的發(fā)生。本次研究的冷軋廠落實(shí)以上措施后粘結(jié)情況得到了顯著改善，尾部缺陷基本被消除。

2.4 加強(qiáng)對(duì)乳化液斑跡和黑斑缺陷的控制

乳化液斑跡和黑斑也是冷軋商品卷常見(jiàn)的表面質(zhì)量問(wèn)題。一旦出現(xiàn)乳化液斑跡和黑斑直接降低冷軋商品卷表面質(zhì)量。針對(duì)本次研究的冷軋廠商品卷出現(xiàn)的乳化液斑跡和黑斑問(wèn)題可以采取以下措施加以解決。一是酸軋機(jī)在非定修啟機(jī)后，在沒(méi)有啟機(jī)之前可以噴淋兩分鐘的乳化液，之后將空氣吹掃打開(kāi)，吹掃1min ～2min，隨后啟動(dòng)軋制。按照以上流程作業(yè)可以清洗并吹掃干凈板帶表面殘留的油污；二是酸軋機(jī)組在帶鋼情況下需要沖洗洗軋機(jī)，沖洗作業(yè)可借助高壓水槍。在無(wú)帶鋼情況下可自動(dòng)清洗。啟動(dòng)酸軋機(jī)組之前需要用高壓水槍將殘留較多的油和乳化液沖洗掉，之后再啟動(dòng)酸軋機(jī)組；三是酸軋機(jī)組正常作業(yè)時(shí)工作人員確保乳化液溫度在55℃左右，溫度穩(wěn)定在54℃～58℃，此時(shí)可以達(dá)到較好的作業(yè)效果；四是將去罩式爐鋼卷板形控制為平板，將無(wú)浪形作為目標(biāo)板形，并修改目標(biāo)板形參數(shù)，確保板形平直，避免板形不良導(dǎo)致局部封閉區(qū)出現(xiàn)在帶鋼表面，影響吹掃效果；五是退火過(guò)程中殘留在板面上的乳化液吹掃不干凈是導(dǎo)致乳化液斑跡最主要的原因，需要工作人員在罩式爐機(jī)組專門設(shè)定針對(duì)停機(jī)卷的退火程序，可以設(shè)置保溫平臺(tái)，該平臺(tái)溫度設(shè)置在500℃，可以將乳化液在高溫?fù)]發(fā)區(qū)內(nèi)的滯留時(shí)間延長(zhǎng)，此時(shí)可以起到很好的控制乳化液斑跡的效果；六是進(jìn)入冬季溫度較低，酸軋機(jī)組處在低溫環(huán)境中，軋制過(guò)程中產(chǎn)生的油霧水蒸氣較多。此時(shí)這些油霧水蒸氣如果排出不及時(shí)，冷凝水就會(huì)出現(xiàn)在軋機(jī)出口牌坊上頂蓋和各種儀表框架上，一旦冷凝水滴落到帶鋼表面，在水和氧氣的作用下會(huì)出現(xiàn)斑跡。為了避免斑跡出現(xiàn)降低冷軋商品卷表面質(zhì)量工作人員可以加強(qiáng)對(duì)軋機(jī)排霧風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的定期維護(hù)和管理。本次研究的冷軋廠全面落實(shí)以上措施后，乳化液斑跡和黑斑缺陷得到了有效控制，即便少數(shù)停機(jī)卷退火后仍然有少許的乳化液殘留現(xiàn)象，但是經(jīng)過(guò)平整處理后可以極大改善甚至消除。

2.5 加強(qiáng)對(duì)黃斑缺陷的控制

所謂冷軋商品卷表面存在的黃斑缺陷就是一種電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象。分析冷軋商品卷出現(xiàn)黃斑缺陷的原因主要有以下幾種。一是平整來(lái)料清潔度所致，殘留在帶鋼中部和兩側(cè)的碳和鐵粉含量不一樣，導(dǎo)致電位差出現(xiàn)在了帶鋼表面；二是退火后一層均勻的氧化層出現(xiàn)在了帶鋼上，帶鋼經(jīng)過(guò)平整處理后表面氧化層遭到了損壞，老界面和新界面出現(xiàn)了電位差；三是帶鋼經(jīng)過(guò)平整后表面殘留的水分吹掃不干凈，殘留水分的存在為電腐蝕創(chuàng)造了條件，提供了電解質(zhì)；四是黃斑缺陷的形成也與平整液在帶鋼表面氧化膜養(yǎng)成的速度有關(guān)。以上因素交叉存在均可以導(dǎo)致冷軋商品卷出現(xiàn)黃斑缺陷。針對(duì)冷軋商品卷出現(xiàn)的黃斑表面缺陷可以采取以下對(duì)策加以解決。一是確保酸軋機(jī)架乳化液的濃度小于1.0%，將其控制在0.5%最合適；二是進(jìn)一步改進(jìn)并優(yōu)化壓縮空氣吹掃裝置，避免酸軋機(jī)架出現(xiàn)竄液?jiǎn)栴}；三是調(diào)整軋制油的配方，改善軋制油的退火揮發(fā)性，提高板面清潔效果；四是定期清理導(dǎo)流板，清理過(guò)程中可借助鋼刷子；五是定期清洗退火爐飽和氣體出口；六是在產(chǎn)能滿足條件的情況下，可以將3h ～4h 的保溫臺(tái)增加在退火溫度420℃左右時(shí)刻，這樣可以提高退火板面清潔度。

2.6 加強(qiáng)對(duì)裂邊質(zhì)量控制

加強(qiáng)對(duì)裂邊的質(zhì)量控制要注意以下幾點(diǎn)。一是剪切間距的調(diào)節(jié)要根據(jù)冷軋帶鋼自身厚度，設(shè)置合適的間距，確保冷軋帶鋼剪切精準(zhǔn)度；二是對(duì)于熱軋鋼原板出現(xiàn)的缺陷問(wèn)題，工作人員需要將其缺陷部位在冷軋之前切除，避免原板質(zhì)量問(wèn)題影響后續(xù)帶鋼冷軋效果。反之如果熱軋鋼板原板存在的缺陷問(wèn)題在冷軋之前可沒(méi)有解決，則后續(xù)冷軋工序中帶鋼表面會(huì)出現(xiàn)不同程度的裂紋、細(xì)紋，直接降低冷軋帶鋼表面質(zhì)量。因此工作人員要密切注意熱軋鋼板原板存在的缺陷問(wèn)題，及時(shí)解決避免問(wèn)題擴(kuò)大開(kāi)來(lái)；三是帶鋼運(yùn)輸環(huán)節(jié)工作人員需要做好相應(yīng)的保護(hù)措施，避免運(yùn)輸工程中帶鋼相互碰撞，損壞表面，降低帶鋼質(zhì)量。

2.7 加強(qiáng)對(duì)錕印質(zhì)量控制

冷軋帶鋼表面會(huì)出現(xiàn)凸型印痕，這種呈現(xiàn)在冷軋帶鋼表面的印痕成為錕印。大量生產(chǎn)實(shí)踐證實(shí)，錕印是影響冷軋帶鋼產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素，出現(xiàn)錕印的冷軋帶鋼質(zhì)量是不滿足要求的。針對(duì)冷軋帶鋼表面呈現(xiàn)出來(lái)的錕印需要工作人員采取有效的措施加以解決，避免錕印降低冷軋帶鋼產(chǎn)品質(zhì)量。一是工作人員需要對(duì)軋錕質(zhì)量嚴(yán)格控制，避免冷軋帶鋼表面出現(xiàn)影響產(chǎn)品質(zhì)量的印痕。工作人員需要對(duì)軋錕工藝嚴(yán)格把控，確保各個(gè)生產(chǎn)部件質(zhì)量滿足要求，杜絕部件脫落或者工藝措施不當(dāng)而降低冷軋帶鋼產(chǎn)品質(zhì)量；二是張力是導(dǎo)致冷軋帶鋼錕印產(chǎn)生的重要原因，因此工作人員要采取有效措施消除張力引起的錕印問(wèn)題，避免軋錕時(shí)帶鋼出現(xiàn)變形或者位移。一旦軋錕時(shí)帶鋼出現(xiàn)變形或者位移問(wèn)題會(huì)影響冷軋帶鋼原本的張力，張力過(guò)大或者過(guò)小都會(huì)導(dǎo)致冷軋帶鋼表面出現(xiàn)不同程度的錕印，直接降低冷軋帶鋼產(chǎn)品質(zhì)量；三是進(jìn)一步提高潤(rùn)滑工藝水平，確保冷軋帶鋼的生產(chǎn)工藝都滿足規(guī)定要求，各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)均符符合標(biāo)準(zhǔn)，避免帶鋼與帶鋼之間產(chǎn)生摩擦，導(dǎo)致帶鋼挫動(dòng)，引起不同程度的錕印；四是各個(gè)部件使用乳化液潤(rùn)滑處理，注意潤(rùn)滑液所含成分滿足檢測(cè)要求，在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，避免乳化液所含成分不合適影響冷軋帶鋼表面質(zhì)量。

2.8 加強(qiáng)對(duì)劃傷質(zhì)量控制

劃傷問(wèn)題在冷軋帶鋼表面也較為常見(jiàn)。冷軋帶鋼表面存在的劃傷問(wèn)題一般沿著軋制方向分布，并且表面的劃傷呈現(xiàn)出凹型直線狀。加強(qiáng)對(duì)冷軋帶鋼劃傷質(zhì)量控制要注意以下問(wèn)題。一是帶鋼與冷軋?jiān)O(shè)備要保持合適的距離，避免兩者彼此干擾，降低冷軋帶鋼產(chǎn)品質(zhì)量；二是將冷軋帶鋼生產(chǎn)線上的異物清理干凈，避免異物降低冷軋帶鋼產(chǎn)品質(zhì)量；三是技術(shù)人員需要定期檢測(cè)冷軋帶鋼生產(chǎn)線，避免冷軋帶鋼生產(chǎn)工藝問(wèn)題降低帶鋼產(chǎn)品質(zhì)量。尤其是傳動(dòng)錕，該裝置如果運(yùn)行不良直接導(dǎo)致冷軋帶鋼表面質(zhì)量問(wèn)題。因此相關(guān)部門需要安排專業(yè)檢測(cè)人員定期對(duì)冷軋帶鋼生產(chǎn)線檢修維護(hù)，避免生產(chǎn)工藝降低帶鋼產(chǎn)品質(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)冷軋商品卷表面質(zhì)量控制以及工藝優(yōu)化內(nèi)容的分析，希望對(duì)該方面研究有一定幫助，確保在工藝優(yōu)化之后進(jìn)一步提高冷軋商品卷表面質(zhì)量。