06Cr13不銹鋼帶酸洗色差成因及控制措施

亓欣華，何 敏，卞恒國，李業(yè)鵬

（山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 271100）

1 前 言

隨著市場鎳價(jià)的不斷攀升，含鎳不銹鋼生產(chǎn)成本居高不下，節(jié)鎳型不銹鋼06Cr13 成為目前消費(fèi)者首選品種，其用途廣泛，具有良好的耐腐蝕性、焊接性、沖擊韌性等特點(diǎn)，生產(chǎn)成本低廉，價(jià)格穩(wěn)定，能夠在多領(lǐng)域中替代奧氏體不銹鋼，成為廣大用戶的信賴產(chǎn)品。特別在成型性、耐蝕性、抗氧化性上表現(xiàn)出色，被稱為“經(jīng)濟(jì)型”不銹鋼，國內(nèi)市場對不銹鋼的需求量逐漸加大。近年來隨著環(huán)保政策的不斷嚴(yán)苛，酸洗白皮卷越來越受廣大用戶的青睞，但在連續(xù)酸洗生產(chǎn)中易發(fā)生鋼帶表面色差缺陷，嚴(yán)重影響著鋼帶表面色澤和質(zhì)量判定，并且制約后續(xù)冷軋產(chǎn)品質(zhì)量的提升。因此，針對該缺陷進(jìn)行追溯分析，并提出改進(jìn)措施，酸洗鋼帶表面色差缺陷取得了明顯改善。

2 色差成因分析

2.1 06Cr13酸洗色差缺陷描述

眾所周知，在不銹鋼帶酸洗過程中，酸濃度、溫度、速度是保證酸洗鋼帶質(zhì)量的三要素，也是穩(wěn)定不銹鋼帶酸洗表面質(zhì)量的基礎(chǔ)。要想得到好的鋼帶表面質(zhì)量和色澤，就必須控制好酸洗過程參數(shù)。在實(shí)際控制上往往不盡人意，常常會(huì)出現(xiàn)鋼帶表面色差缺陷，嚴(yán)重影響著下游用戶的冷軋鋼帶質(zhì)量和板面色澤，被迫判為重洗卷，即影響一級品的判定，又造成重洗成本的浪費(fèi)。

常見色差缺陷大體分為兩種：（1）鋼帶表面白帶狀色差缺陷，沿鋼帶軋制方向斷續(xù)存在，該缺陷主要集中在鋼帶邊部位置和中間位置。白帶狀色差形貌見圖1。（2）鋼帶下表面花紋狀色差缺陷，鋼帶出酸洗槽烘干后形成花紋狀色差，外觀形貌像“云狀”，該色差缺陷多數(shù)是整個(gè)板面存在，個(gè)別在中間部位?；y（云狀）狀色差形貌見圖2。

圖1 白帶狀色差

圖2 花紋狀色差

2.2 色差缺陷追溯分析

為查明色差成因，技術(shù)人員對酸洗過程進(jìn)行現(xiàn)場跟蹤，對比分析酸洗前后鋼帶表面及軋制控制參數(shù)分析認(rèn)為：第一種白帶狀色差缺陷是鋼卷表面氧化皮厚度不均造成，經(jīng)酸的腐蝕后鋼帶表面的氧化皮去除程度不一致，氧化皮薄的部位經(jīng)硫酸槽腐蝕掉大部分氧化皮，再經(jīng)過混酸（硝酸、氫氟酸）漂白鈍化后鋼帶表面顏色差異不大。而氧化皮較厚的部位腐蝕后氧化皮去除較慢，經(jīng)混酸段二次侵蝕后才能徹底去除，表面漂白鈍化時(shí)間較短，表面顏色與其他部位相比差異較大，從視覺觀察形成顏色不同的色差帶，如圖1 所示。同時(shí)，用粗糙度測量儀對鋼帶顏色不同部位進(jìn)行測量粗糙度，白帶狀色差部位粗糙度略高于正常部位。

為進(jìn)一步驗(yàn)證該缺陷產(chǎn)生的原因，對黑皮鋼卷進(jìn)行取樣分析氧化皮厚度，針對不同部位的氧化皮厚度進(jìn)行測定，測定厚度與酸洗后色差缺陷位置相對應(yīng)，確定為氧化皮厚度不均造成，同時(shí)對取樣鋼帶酸洗過程實(shí)施跟蹤，氧化皮厚度與表面色差缺陷的對應(yīng)情況如表1所示。

表1 氧化皮厚度與帶狀色差的對應(yīng)情況

第二種“云狀”色差追溯酸洗過程控制參數(shù)，對比分析異常情況下的酸濃度、溫度、金屬離子濃度情況，發(fā)現(xiàn)酸洗色差與金屬離子濃度、酸溫和混酸濃度有著密切關(guān)系，多數(shù)出現(xiàn)在混酸濃度變化大，氫氟酸靠近工藝范圍上限，分析認(rèn)為是造成“云狀”色差的一個(gè)主要原因。

另外，熱軋不銹鋼帶的酸洗屬于放熱反應(yīng)，混酸在不銹鋼酸洗中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，當(dāng)混酸中金屬離子濃度高于工藝范圍時(shí)，酸溫上升加快，板溫升高，鋼帶下表面“云狀”色差增加，也是影響鋼帶表面質(zhì)量的一個(gè)重要原因。

2.3 小結(jié)

技術(shù)人員通過現(xiàn)場跟蹤、數(shù)據(jù)分析，認(rèn)定酸洗卷白帶狀色差與熱軋鋼帶氧化皮厚度有關(guān)，而鋼帶下表面“云狀”色差與酸濃度、金屬離子、酸溫等指標(biāo)異常及酸洗速度不匹配有著直接關(guān)系。因此，熱軋鋼帶氧化皮厚度不均是造成酸洗白帶狀色差的主要原因；混酸濃度、酸溫、金屬離子濃度是造成“云狀”色差的主要原因，通過優(yōu)化軋制除鱗工藝和嚴(yán)格控制酸濃度來消除色差缺陷的目的。

3 控制措施

3.1 優(yōu)化鑄坯駐爐時(shí)間及除鱗壓力

不銹鋼鑄坯表面在加熱和軋制過程中形成較為致密的氧化皮層，主要是Fe2O3、Fe3O4、FeCr2O4等氧化組織。為進(jìn)一步消除酸洗鋼帶表面的白帶狀色差缺陷，從提高鑄坯加熱的均勻性入手，嚴(yán)格控制各段的加熱溫度和駐爐時(shí)間，細(xì)化工藝方案，實(shí)施加熱溫度窄范圍控制，精確控制加熱爐殘氧量，殘氧量由3%～5%調(diào)整為5%～7%，使鑄坯表面的氧化更加均勻，鑄坯加熱溫度按工藝范圍上限控制，波動(dòng)范圍控制在±10 ℃，軋制薄規(guī)格鋼帶駐爐時(shí)間控制220～240 min，軋制厚規(guī)格（H≥4.0 mm）的駐爐時(shí)間控制在240 min以上。

加大鑄坯除鱗效果，除鱗箱投用兩組，鑄坯除鱗輥道速度控制在1.0～1.2 m/s，除鱗水壓力由18 MPa調(diào)整為20 MPa，提高鑄坯除鱗的打擊力度。粗軋機(jī)架除鱗投用1、3、5 道次，板坯駐爐時(shí)間＞240 min 的粗軋機(jī)架除鱗投用1、3、5 道次，駐爐時(shí)間≤240 min 的粗軋機(jī)架除鱗投用1、3 道次。同時(shí)對除鱗箱噴嘴定期檢查，機(jī)架除鱗利用換輥時(shí)序進(jìn)行清理，確保噴嘴暢通、壓力正常。

采取措施后對黑皮卷再次進(jìn)行取樣，檢測鋼帶邊部、中間部位氧化后厚度，驗(yàn)證措施實(shí)施效果。檢測氧化皮邊部4.12～6.77 μm，中間部位3.05～5.17 μm，氧化皮厚度有了明顯改善，酸洗后帶狀色差也得到了有效控制。

3.2 強(qiáng)化破鱗參數(shù)

強(qiáng)化破鱗參數(shù)，最大限度地實(shí)施機(jī)械破鱗，鋼帶表面破鱗的好壞直接影響著鋼帶表面氧化皮松動(dòng)程度，更有益于拋丸打擊氧化皮的去除。對破鱗參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，破鱗輥彎曲量由75～85 mm調(diào)整為70～75 mm，矯直量由80～85 mm調(diào)整為75～80 mm。破鱗參數(shù)優(yōu)化后大大改善了鋼帶表面的氧化皮致密性，給拋丸創(chuàng)造了好的條件。

3.3 加大拋丸打擊力度

拋丸是酸洗生產(chǎn)線去除氧化皮的關(guān)鍵設(shè)備。拋丸打擊力度關(guān)系著酸洗鋼帶表面質(zhì)量和粗糙度指標(biāo)，也是有效去除不銹鋼帶表面的氧化層、銹蝕等雜質(zhì)的有效手段，使鋼帶表面恢復(fù)光潔、平整狀態(tài)的重要環(huán)節(jié)。在酸洗過程中拋丸能夠消除鋼帶表面85%以上的氧化皮，而拋頭的對稱性投用對整個(gè)板面氧化皮去除起著至關(guān)重要的作用。為滿足不同規(guī)格斷面鋼帶酸洗工藝要求，駐爐時(shí)間長的鋼帶在正常工藝的基礎(chǔ)上增加2～4 個(gè)拋頭，電流提高10～20 A，拋丸打擊效果明顯，既改善了鋼帶氧化皮去除程度，又大大減輕了酸洗壓力，更利于酸洗鋼帶表面質(zhì)量的控制。

3.4 制定個(gè)性化酸洗方案

熱軋不銹鋼退火酸洗工藝為硫酸H2SO4+混酸工藝。酸洗工藝參數(shù)見表2。

表2 06Cr13熱軋鋼帶酸洗工藝參數(shù)

硫酸酸洗段氧化鐵皮的化學(xué)反應(yīng)方程式：

根據(jù)鋼帶用途要求，用作冷軋的坯料投用重刷進(jìn)行氧化皮預(yù)處理，再進(jìn)入硫酸段酸洗→中間刷洗→混酸段（一、二段）酸洗→最終刷洗，熱風(fēng)干燥后進(jìn)入下道工序。酸洗鋼帶去除表面氧化皮后生成一層致密的鈍化膜，形成完善鈍化膜起到防銹蝕的作用。

為得到較好的鋼帶板面和色澤，進(jìn)一步消除白帶狀色差缺陷帶來的不利影響，滿足高檔產(chǎn)品用途要求，在酸洗前對板坯駐爐時(shí)間長短進(jìn)行預(yù)篩選，優(yōu)化組批，駐爐時(shí)間＞240 min 的鋼卷單獨(dú)組批酸洗，技術(shù)科制定該批次的酸洗排產(chǎn)計(jì)劃及酸洗工藝，調(diào)配酸濃度和酸洗速度，改善鋼帶表面帶狀色差缺陷，硫酸濃度按260～280 g/L 控制，氫氟酸按1.0～1.8 g/L控制，酸洗過程中根據(jù)鋼帶表面質(zhì)量及時(shí)調(diào)整酸洗速度，延長鋼帶在酸侵蝕時(shí)間控制2 min～2 min30 s，最大限度地消除帶狀色差缺陷。

3.5 調(diào)整回收酸的加入方式

06Cr13不銹鋼帶“云狀”色差缺陷，經(jīng)追溯主要原因是酸濃度控制不合適，生產(chǎn)中加酸不均勻是產(chǎn)生色差的一個(gè)重要原因。為降低酸洗制造成本，降低酸耗，在生產(chǎn)過程中增加回收酸利用量，在補(bǔ)加回收酸的頻次和數(shù)量上控制不合理，使在線酸濃度瞬間增高（HF含量不穩(wěn)定），與酸洗速度不匹配，導(dǎo)致了鋼帶腐蝕程度不一致，形成下表面“云狀”色差，嚴(yán)重時(shí)也會(huì)造成鋼帶過酸洗缺陷。

若長時(shí)間酸洗，酸液更換不及時(shí)會(huì)使酸液中金屬離子增高，酸溫度上升快，也會(huì)造成鋼帶酸洗不良，發(fā)黃發(fā)暗，影響鋼帶光亮度，針對該缺陷應(yīng)及時(shí)調(diào)整加酸頻次和數(shù)量，采取定時(shí)、定量，多頻次小批量加入，并定時(shí)取樣檢測酸濃度變化，當(dāng)酸液中金屬離子等指標(biāo)處于工藝上限時(shí)，及時(shí)補(bǔ)加新酸或置換，確保酸濃度、溫度、金屬離子等關(guān)鍵指標(biāo)在可控范圍內(nèi)。

3.6 沖刷水及關(guān)鍵設(shè)備管理

酸洗線末端設(shè)備擠干輥擠壓效果，以及刷洗水質(zhì)和噴淋壓力也會(huì)影響鋼帶表面質(zhì)量，同時(shí)是消除鋼帶下表面色差的有效手段。最終沖刷水始終保持干凈、清澈，定時(shí)、定量補(bǔ)加脫鹽水，防止造成鋼帶的二次污染。在刷洗水管控方面，最終刷洗段增設(shè)管道壓力泵，增加沖刷水的流速和壓力，加快刷洗水的循環(huán)和沖刷效果。擠干輥等重點(diǎn)工藝設(shè)備使用周期列入日常檢查和管控，過鋼量≯3萬，保證擠干效果。

4 結(jié) 語

消除06Cr13 鋼帶酸洗色差缺陷，穩(wěn)定軋制和酸洗工藝等工藝參數(shù)，采取了以下措施。（1）優(yōu)化鑄坯駐爐時(shí)間及除鱗壓力，降低熱軋鋼帶氧化皮厚度。區(qū)分鑄坯駐爐時(shí)間和軋制厚度，細(xì)化鋼帶軋制厚度和規(guī)格選擇合理的除鱗壓力和除鱗道次，改善鋼帶表面氧化層厚度和均勻性，并跟蹤驗(yàn)證改進(jìn)效果。（2）強(qiáng)化破鱗參數(shù)，改善破鱗效果；加大拋丸打擊力度，提高打擊均勻性，增加拋頭個(gè)數(shù)和電流，板面打擊無死角，大大減輕了酸洗壓力，降低了酸耗。（3）細(xì)化酸洗工藝，實(shí)施個(gè)性化控制，優(yōu)化排查計(jì)劃；調(diào)整回收酸的加入方式，采取定時(shí)、定量，多頻次小批量加入，確保酸濃度、溫度、金屬離子等關(guān)鍵指標(biāo)在可控范圍內(nèi)，有效防止酸濃度變化造成下表面色差缺陷。（4）加強(qiáng)關(guān)鍵工藝設(shè)備的管理與控制，始終處于受控狀態(tài)和完好狀態(tài)，采取定量、定期雙重管控更換和維護(hù)，保障了設(shè)備的完好運(yùn)行及有效性。