鋼帶表面質量缺陷原因分析及改進措施

范細忠，何士國，于斌，賀亮，付青才，王剛

（鞍鋼股份有限公司鲅魚圈鋼鐵分公司，遼寧 營口115007）

熱軋鋼帶產品作為鋼材市場最為重要的品種之一，廣泛應用于汽車、家電、管線、造船等領域。隨著鋼鐵市場的發展，部分鋼鐵企業更多地把眼光放在追求規模和成本上，忽視了產品質量的提升。由于熱軋高溫連續化生產以及其工藝特點，在常規軋制時產品會出現表面麻點、鐵皮、周期性掛臘等表面質量問題，無法正常交貨，嚴重時甚至需要判廢處理。因此，研究鋼帶表面質量控制技術，對于提高熱軋表面質量，提升產品品質有著重要意義。

1 帶鋼表面質量缺陷

帶鋼在連續化生產過程中，由于高溫軋制控制不當，斷面溫度不均，操作控制不當等原因，生產時會出現各種帶鋼表面質量缺陷。按缺陷類型來分，有麻點缺陷、鐵皮缺陷、周期性掛臘缺陷、鉻印缺陷、劃傷缺陷、翹皮缺陷、夾雜缺陷、挫傷缺陷、飛刺缺陷、鉻痕缺陷等。考慮到夾雜、翹皮缺陷主要由板坯帶來，飛刺、挫傷、鉻痕等缺陷產生原因單一，因此，著重介紹前三種缺陷，并在后續進行原因分析和控制。

1.1 麻點缺陷

麻點缺陷在帶鋼表面上呈針點狀密集分布，嚴重時會呈片塊狀，甚至連續條狀分布，該缺陷一般產生于鋁鎮靜鋼，軋制溫度越高，軋制成品厚度規格越薄，缺陷產生幾率及程度都會明顯增加。缺陷經酸洗后，在板面可以看到明顯的密集凹坑，缺陷嚴重時，有些不能徹底被酸洗干凈，酸洗后板面可見局部黑色物質。在生產酸洗板、汽車用鋼、鍍錫板等有高表面質量要求的鋼種時，該缺陷會嚴重影響后續產品的表面質量。麻點缺陷如圖1所示。

圖1 麻點缺陷Fig.1 Pitting Defects

1.2 氧化鐵皮缺陷

氧化鐵皮缺陷在帶鋼表面上一般呈黑色或淺紅色、長條柳葉狀，長寬比一般在5∶1以上，連續或間斷分布。對于含硅量偏高的鋼種，在軋后會發現帶鋼表面有紅色鐵皮壓入，因壓入鋼帶表面相對深，在后續加工時不容易進行去除，對后續產品質量影響較大，不能直接用作原使用用途，嚴重時甚至需要判廢處理。氧化鐵皮缺陷如圖2所示。

圖2 氧化鐵皮缺陷Fig.2 Scale Defects

1.3 周期性掛蠟缺陷

周期性掛蠟缺陷在板面呈點狀或圓餅狀，相同缺陷在鋼帶上間距相等，且呈周期性分布。該缺陷比較容易在精軋機末機架帶鋼跑偏甩尾或者順折時發生，主要是工作輥粘連異物或者輥面受損造成，相同缺陷的間距基本與工作輥輥身周長相當。該缺陷通過在線表面檢測儀表或實物檢查很容易發現，缺陷程度經判定不符合產品標準時，需要及時停軋更換工作輥。在生產薄規格出現此類缺陷時，由于更換工作輥后無法直接繼續生產原規格，對生產影響比較大。鋼板表面周期性掛臘缺陷見圖3。

圖3 周期性掛臘缺陷Fig.3 Periodic Wax-hanging Defects

2 表面質量缺陷產生原因及分析

2.1 麻點缺陷

對鋼板麻點缺陷位置進行能譜分析，檢測缺陷構成元素主要是Fe和O，初步可以判定麻點缺陷屬于氧化鐵皮的一種類型。根據麻點缺陷鋼卷的統計，產生麻點缺陷的鋼種95%以上均屬于鋁鎮靜鋼，且軋制溫度越高，麻點缺陷的程度越重，但硅含量超過0.15%的鋼種基本不產生麻點缺陷。從下機工作輥輥面看，對應產生麻點缺陷的生產周期，下機工作輥輥身狀態不良，工作輥輥面有麻坑，甚至有氧化膜剝落現象發生。通過在線表面檢測儀發現，板面出現麻點缺陷時，立即對工作輥進行全部更換后，在不改變原有工藝的情況下，麻點缺陷隨之消失，但在軋制一段時間后會再次出現，由此可以判斷，麻點的產生與工作輥輥面的狀態有直接關系。工作輥氧化膜不良如圖4所示。

圖4 工作輥氧化膜不良Fig.4 Poor Oxidation Film on Work Rolls

結合上述實際生產結果及數據分析，可以判斷麻點缺陷產生的過程為：鋼帶在高溫軋制過程中表面氧化形成氧化鐵皮，在工作輥軋制時被粗糙的工作輥輥面碾碎并壓入帶鋼表面，在帶鋼表面形成麻點缺陷［1］。而在生產硅含量較高品種時，由于表面氧化鐵皮的致密結構，工作輥輥身氧化膜損傷小，氧化鐵皮被破碎反壓入帶鋼表面的幾率也大大降低，故麻點缺陷在此類鋼種發生幾率也比較低。

2.2 氧化鐵皮缺陷

根據氧化鐵皮缺陷顏色不同，分為黑色氧化鐵皮和紅色氧化鐵皮。針對黑色氧化鐵皮，根據產生原因不同，可以將氧化鐵皮缺陷大致分成三類。第一類是除鱗不盡鐵皮，主要由除鱗壓力不足、噴嘴堵塞、除鱗時序不對等原因造成；第二類是刮擦式鐵皮，主要是因板通道存在局部高點，帶鋼與這些過渡板高點刮碰造成的，這類缺陷一般發生在產品下表面；第三類是氧化膜脫落式鐵皮，主要是軋輥氧化膜形成不好，在生產過程中帶鋼表層氧化鐵皮破碎，軋輥氧化膜剝落導致鐵皮壓入帶鋼表面形成［2］。

紅色氧化鐵皮缺陷產品主要品種多為硅鎮靜鋼。從缺陷能譜檢測看，缺陷成分含硅、鐵和氧。通過查閱文獻資料［3-5］，結合現場實際，分析主要是硅含量高，在加熱過程中，形成硅鐵化合物釘扎帶鋼表面，而軋線除鱗壓力有限，無法徹底除去，在后續軋制過程中壓入帶鋼表面，氧化形成紅色氧化鐵皮缺陷。

2.3 周期性掛蠟缺陷

周期性缺陷主要發生在精軋末機架軋機，由于帶鋼跑偏導致尾部甩尾，頭尾部順折，破碎的局部帶鋼粘連在工作輥上，在后續帶鋼上形成連續、間距相等的周期性凹坑，或者是帶鋼快速跑偏軋碎造成工作輥局部受損，在后續生產出的帶鋼上形成連續、間距相等的周期性凸起。

3 控制措施

3.1 麻點缺陷控制

根據麻點缺陷產生原因分析，麻點缺陷產生的兩個必要條件：一是帶鋼在進入工作輥前表面形成相對脆性的氧化鐵皮，二是工作輥輥身氧化膜不良（輥面粗糙）。為了控制麻點缺陷的產生，主要從上述兩個方面采取措施。

（1）限制精軋機入口上限溫度。在保證帶鋼終軋溫度的前提下，盡可能限制精軋機入口上限溫度，可以有效降低帶鋼在軋制過程中的表面氧化，進而降低麻點缺陷產生幾率。以低碳鋼SPHC 2.75 mm×1 250 mm為例，精軋機入口上限溫度最好控制在1 050℃以下。

（2）投入熱軋工藝潤滑。工藝潤滑的投入，不僅可以改善工作輥輥面，還可以有效控制帶鋼在機架間的高溫氧化，有效降低麻點缺陷產生。

（3）增設并充分利用輥縫冷卻水。輥縫冷卻水增設在工作輥入口，起到有效降低軋前表面溫度的目的，不僅可以減輕鐵皮產生，還對輥面改善有著較好的效果。

（4）前機架使用高速鋼材質工作輥。相對其它材質軋輥，高速鋼軋輥具有高耐磨性、輥身氧化膜致密，能大大延長工作輥使用周期，改善帶鋼表面質量。

（5）保持良好的工作輥冷卻狀態。利用檢修、換輥等停軋期間，定期對工作輥冷卻水狀態進行檢查，保證冷卻通暢。同時，定期檢測噴嘴流量，確保流量達到設計要求。

3.2 氧化鐵皮缺陷控制

針對除鱗不盡原因導致的鐵皮壓入缺陷，在生產線上可以明顯判斷，通過更換噴嘴、調整角度、優化時序等措施比較容易解決。對第二類刮擦式鐵皮缺陷，通過氧化鐵皮的形貌、大小、分布可以較容易找準產生缺陷的區域，再有針對性地采取相應措施予以解決。第三類氧化鐵皮壓入缺陷因影響因素相對較多，缺陷形貌復雜，大小不一，判斷相對困難。由于其主要因軋輥輥面狀態不好造成，所以表現出來的缺陷一般為帶鋼上表面有零星或間斷連續鐵皮缺陷，并且軋頭部缺陷較重，軋尾相對較輕，而在對應的下表面主要表現為比較嚴重的麻點缺陷。對第三類鐵皮缺陷，可以從提高軋機冷卻水通透性，改變軋機冷卻水量分布，投入工藝潤滑和使用輥縫冷卻水等措施予以解決。

針對紅色氧化鐵皮缺陷，由于出現該類缺陷的鋼種一般硅含量相對高（通常＞0.15%），硅鐵形成化合物對鋼坯的釘扎作用，去除相對困難。表1為鞍鋼1580熱軋產線SPA-H紅色氧化鐵皮缺陷控制措施。經試驗，采取以下四項措施后，產品表面紅色氧化鐵皮的缺陷大大減少。

表1 鞍鋼1580熱軋產線SPA-H紅色氧化鐵皮缺陷控制措施Table 1 SPA-H Red Scale Defect Control Measures of 1580 Hot Rolling Production Line in Ansteel

3.3 周期性掛蠟缺陷控制

在生產過程中發生甩尾、順折等異常狀態后，需及時通過在線表面檢測儀表，觀測帶鋼是否存在周期性缺陷。確認缺陷存在之后，可以視情況采取如下措施：

（1）帶鋼破碎非常嚴重的，立即停軋，對工作輥進行更換。

（2）對于帶鋼破碎中等及以下程度的，屈服強度大于350 MPa的相對硬質帶鋼，根據生產統計經驗，一般為輕微鉻印缺陷（板面表現為周期性凸起狀態），可以視產品用途，后續是否需要再次平整等情況，決定是否停軋立即更換工作輥。

（3）對于帶鋼破碎中等程度的，屈服強度小于350 MPa的相對軟質帶鋼，根據生產統計經驗一般為周期性掛臘缺陷 （板面表現為周期性凹坑狀態），可以在軋制間隙，通過反復采取控制末機架工作輥壓靠至0～300 t的方式，結合后續實物檢查、產品用途等，決定是否停軋更換工作輥。

4 實施效果

根據上述措施，形成作業指導文件，在鞍鋼1580熱軋生產線運行實施。采取措施前后缺陷發生率對比見圖5，經過一年的評價，產品麻點鐵皮質量缺陷發生率降幅80%，周期性質量缺陷發生率降幅77%，鋼帶表面質量總缺陷發生率在0.2%以下，產品品質得到較大改善。產品經下游冷軋客戶使用評價，一致反映帶鋼表面質量缺陷非常少，產品質量穩定。

圖5 采取措施前后缺陷發生率對比Fig.5 Comparison of Defect Rates before and after Taking Measures

5 結論

在熱軋連續化生產過程中，采取適當措施，可以有效控制并消除生產時常出現的麻點、氧化鐵皮、周期性缺陷，提升熱軋帶鋼的產品品質。

（1）采取限制帶鋼進精軋機入口上限溫度，增設并充分利用輥縫冷卻水，投入工藝潤滑等措施，可以大大減少甚至可以消除麻點缺陷的產生。

（2）采取區分氧化鐵皮形貌，定期實施除鱗打擊試驗，更換噴嘴，保護軋輥氧化膜，調整空燃比，以及優化除鱗道次等方式，可以大大減少氧化鐵皮缺陷的發生。

（3）根據帶鋼跑偏程度，結合材質硬度，采取無鋼工作輥壓靠的方式，可以減少掛臘缺陷的發生，結合管理措施，可以降低周期性缺陷發生幾率。

（4）通過帶鋼表面質量缺陷改善對策的實施，產品麻點鐵皮質量缺陷發生率降幅80%，周期性質量缺陷發生率降幅77%，鋼帶表面質量缺陷發生率可以控制在0.2%以下。