冷轧薄板表面缺陷原因分析

张俊财

摘要：冷轧薄板生产工艺复杂，流程长、工序多，每一道工序均会对冷轧薄板表面质量造成影响，更为重要的是，对于前面工序产生的质量问题，经过热轧、冷轧的大变形，经过对氧化铁皮的酸洗去除，经过退火的高温处理，其形貌甚至性质都会改变，给成品缺陷的原因分析和控制造成极大困难，这是冷轧薄板缺陷很难控制的主要原因。常规缺陷的产生与冷轧工艺质量密切相关，而非常规缺陷的形成机理则比较复杂，可能在炼钢工序也可能在轧钢工序形成，需具体情况具体分析。

关键词：冷轧薄板；表面；缺陷原因

引言：由于冷轧薄板产品本身要求高，所以对其表面质量、尺寸精度、板形及性能要求十分严格，再加上生产工序多时间长，因此，产生缺陷也较多。产生各种缺陷的原因是错综复杂的，其中有技术问题、操作问题、设备问题，也有原料问题。产品缺陷直接影响产品的质量和产量，为减少缺陷，必须探索其产生原因，并找出消除措施。

1、冷轧薄板表面缺陷原因分析

2、 

1.1孔洞类缺陷

孔洞类缺陷大致可分为三大类：第一类是单个出现的孔洞；第二类是成串出现的孔洞。这两类孔洞的特点是板的正反面形貌相差不大，均呈现撕裂状、韧窝状断口，或呈月牙形，或呈不规则菱形，孔洞边缘无明显机械擦伤的痕迹。第三类是机械损伤类孔洞，该类孔洞边缘有明显的机械擦痕，未穿透的孔洞底部有明显的金属光泽，这种孔洞常表现为在冷轧板的一面尺寸略大，另一面尺寸较小，断口相对光滑，孔洞缺陷沿轧向变形程度较低，沿轧向无明显延伸，没有夹杂物存在，没有氧化特征。

通过电镜扫描及能谱分析可知，第一类和第二类孔洞附近是富含钙、硅、铝、钠、钾、镁和钛等元素的大型复合夹杂物，该夹杂物产生的原因是在生产过程中连铸工序的异常操作，导致大包渣、中间包保护渣、结晶器保护渣等渣类物质在浇注过程中卷进钢中，因为夹渣类复合夹杂没有塑性，在热轧或冷连轧过程中不能够随基板同步延伸而脱落形成孔洞缺陷，严重时渣类夹杂物在轧制过程中掉出并重复压入钢板中，形成一连串孔洞缺陷。避免这类缺陷出现的措施有很多，如保证中间罐内钢液自流成功，尽量避免大包敞浇或减少敞浇时间；严格控制中间罐内钢液的过热度，避免中间包温度过高或过低，保证中间包内钢液流动性良好，夹杂物上浮；控制连铸生产节奏，减少拉速变化，优化浸入式水口，保证结晶器内钢液液面的稳定；防止中间包水口堵塞，预防结瘤，避免结晶器液位波动而引起卷渣；浇注过程严格按照规程进行，避免捅水口、冲棒、换渣等异常操作行为。第三类孔洞缺陷断口相对光滑并在断口周围有明显的机械擦伤痕迹，生产过程中防止异物压入钢板可有效避免这类孔洞缺陷的产生。

1.2起皮类缺陷

形成起皮类缺陷的原因主要有夹杂物和气泡。对夹杂物引起的起皮类缺陷进行分析，发现夹杂物的成分主要为氧、硅、钙、钠、铝，可以确定是由结晶器卷渣造成的。当结晶器保护渣熔融不均时造成高熔点、低黏度氧化物相存在，容易引起卷渣。这些夹杂物经轧制后暴露于钢的表面，从而形成起皮缺陷。可以通过优化中间包和保证结晶器流畅、采用结晶器液面控制和性能优良的保护渣等措施加以防止。气泡引起的起皮缺陷是由于钢液中气体含量过高，气体在凝固前沿捕获，聚集在板坯皮下，形成皮下气泡，轧制时皮下气泡经过压延，形成起皮类缺陷。一般气泡引起的起皮类缺陷在热轧板材中较易呈现大量蜂窝状形貌。钢中气泡多来自铸坯，一般认为铸坯皮下气泡形成的原因是在凝固过程中，钢中的氧、氢、氮和碳等元素在凝固界面富集，当其生成的一氧化碳、氢气、氮气等气体的总压力大于钢液静压力和大气压力之和时，就会有气泡形成，浅层的皮下气泡在轧制过程中破裂后形成起皮缺陷。针对气泡引起的起皮应制定合理的钢包和中间包烘烤时间、烘烤温度以及检查结晶器装置是否有渗水等措施来避免。

1.3氧化铁皮压入类缺陷

氧化铁皮主要分为三类：即一次氧化铁皮、二次氧化铁皮和三次氧化铁皮。由宏观形貌、电镜扫描及能谱分析可知，一次氧化铁皮由于硬而脆，塑性较差，无法与基体同步延伸，经轧制后，铁皮被轧破呈小颗粒状，基体被挤压呈凹坑，凹坑有一定的方向性，可以通过增加除鳞次数、确保高压水的水压正常、保证过滤网无阻塞、除鳞水喷嘴畅通、喷射角度正常、足够的高压除鳞水水量和适宜的延迟喷射时间等措施来防止该类缺陷的产生。二次氧化铁皮在热轧过程中已经压入基体内，长条状缺陷随基体延伸，并且在残留铁皮挤压的共同作用下，轧后呈长条柳叶状，沿轧制方向呈带状分布。二次氧化铁皮主要是由于粗轧过程中除鳞水系统故障未能有效除鳞，导致板坯表面的氧化铁皮压入。防止二次氧化铁皮压入的措施主要是做好除鳞工作，保证除鳞设备正常使用。三次氧化铁皮呈密集点状分布，压入基板深度不等。沿钢板横向形成缺陷带，具有一定宽度。三次氧化铁皮一般在精轧机架产生，精轧工作辊在工作时承受巨大的交变载荷，当辊面老化达到疲劳极限时，辊面氧化膜产生剥落。可采用做好辊面氧化膜保护及维护工作、优化热轧润滑工艺，以及使用氧化抑制剂等措施来防止三次氧化铁皮的形成。

1.4边裂类缺陷

1.4.1夹杂物引起的边裂类缺陷

夹杂物引起的边裂部位呈现韧性断裂特征。夹杂物的主要成分为硫、钙、硅、铝，还含有部分镁、钠、钾元素；主要为硅酸钙与硫化钙复合夹杂与保护渣结合的产物，尺寸在100—200um。此边裂产生的根源为结晶器卷渣。由于这类夹杂物的存在对金属的伸长率和断面收缩率等塑形指标影响较大，钢材的边部聚集着大量的脆性夹杂物与塑性夹杂物，这些夹杂物的存在严重破坏了钢基体的连续性，降低了晶粒之间的结合力及热塑性，增加了钢的热、冷脆性。它是裂纹生成的发源地，并会在轧制过程中相互合并扩展，连接成裂缝，直至边部开裂。采取防止结晶器卷渣的措施能有效防止此类缺陷的产生。

1.4.2冷却不均匀引起的边裂缺陷

由于热轧时冷却条件的差异，导致带钢表面各个位置的性能不同，同样会出现边裂缺陷。在热轧时边部晶粒比中部晶粒更加细小，这说明边部比中部冷却速率快。较粗大的晶粒由于屈服强度低而首先屈服，细小的晶粒由于屈服强度高而后屈服，整体屈服后二者的变形量不相同，由此造成冷轧时在边部和中心部位出现了不均匀变形，屈服强度高的边部变形量小，屈服强度低的中部变形量大，边部受拉应力。不均匀程度随着轧制道次的增加而累积，随着冷轧总压下率的增加而增大，当冷轧总压下率达到一定程度时，不均匀变形就会形成明显的拉应力，对钢构成破坏，造成边裂。预防冷却不均匀造成的边裂，可通过排查热轧线侧喷水嘴的角度和工作状态，避免带钢边部急冷；另外要检查层流冷却装置横向冷却的均匀性，防止造成组织不均匀。

2、结语

冷轧钢板的表面缺陷是其生产过程中非常严重的质量问题，对钢板的外观和正常使用会造成比较大的负面影响，严重时会使产品成为残次品。本文对这些缺陷进行分类研究，并有针对性地采取一定的技术措施，有效的提高冷轧钢板的质量。

参考文献

[1]张清东，陈先霖，徐金梧.板形缺陷模式识别方法的研究[J].钢铁，2016（S1）：57-60.

[2]张志建，刘志桥，陈刚，李化龙.高强度镀锌用冷轧薄板再结晶温度及性能研究[J].热加工工艺，2018，47（18）：220-223.

[3]翟天华.冷轧钢板表面组装有机-无机复合转化膜及其耐蚀性能研究[D].山东大学,2019.

[4]刘韶华.微碳钢冷轧板暗斑缺陷的产生原因及预防措施[J].上海金属,2018,40(05):46-51