熱軋酸洗板鑄坯表面清理過程對除鱗效果的影響

供稿|張海賓，楊得草，孫開宇

作者單位：本鋼板材股份有限公司，遼寧 本溪 117000

內(nèi) 容 導(dǎo) 讀

利用掃描電鏡和表面粗糙度檢測儀檢測酸洗板縱向條紋缺陷。通過對酸洗板生產(chǎn)過程的跟蹤與排查分析，產(chǎn)生縱向條紋的原因是鑄坯表面清理后在熱軋過程中坯料表面溫度存在梯度，導(dǎo)致軋制后的帶鋼表面氧化鐵皮及粗糙度分布不均所致。其中，鑄坯表面清理是影響縱向條紋的主要因素。結(jié)合實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果，對生產(chǎn)工藝進(jìn)行了調(diào)整和優(yōu)化，高等級酸洗板產(chǎn)品的縱向條紋缺陷已得到有效控制。

熱軋酸洗板以優(yōu)質(zhì)熱軋薄板為原料，通過酸洗工序去除熱軋帶鋼表面氧化層，使帶鋼獲得良好的表面質(zhì)量。熱軋酸洗板是一種介于熱軋板和冷軋板之間的產(chǎn)品，與傳統(tǒng)熱軋板相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)表面質(zhì)量良好，便于后續(xù)焊接、涂油和上漆[1]；(2)表面平整，消除了產(chǎn)品的屈服平臺(tái)及內(nèi)應(yīng)力，使板形質(zhì)量更優(yōu)良；(3)由于熱軋酸洗板不經(jīng)過冷軋?jiān)佘堉?，降低了用戶的采購成本，具有良好的市場發(fā)展空間[2]。

本鋼熱軋酸洗板產(chǎn)品已成功應(yīng)用于汽車、家電、船業(yè)和運(yùn)動(dòng)器材等行業(yè)，其中高級別酸洗產(chǎn)品的生產(chǎn)比例高達(dá)60%以上。高級別酸洗板產(chǎn)品相對于普通級別酸洗板產(chǎn)品，需對鑄坯表面進(jìn)行清理(人工清理或機(jī)械清理)，且在成分、工藝控制和表面質(zhì)量控制上要求更為嚴(yán)格。而縱向條紋缺陷是導(dǎo)致熱軋酸洗產(chǎn)品降級的常見缺陷之一，會(huì)降低產(chǎn)品質(zhì)量等級，直接造成產(chǎn)品附加值下降，降低產(chǎn)品利潤，造成資源浪費(fèi)。此外，該缺陷還會(huì)加速板面的銹蝕[3-6]。因而對縱向條紋的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析并解決此缺陷具有重要意義。

缺陷宏觀描述

酸洗后的縱向條紋缺陷沿帶鋼縱向分布，在帶鋼寬度方向上條紋呈現(xiàn)明暗相間的色差，明暗分界明顯，且條紋較基板偏暗。形貌上，條紋間距30～80 mm不等，寬度20～40 mm不等。同時(shí)，經(jīng)過在大氣環(huán)境中放置后的觀察對比，條紋處相對于無缺陷處更容易出現(xiàn)銹蝕。其典型形貌如圖1所示。

圖 1 縱向條紋典型形貌及銹蝕后形貌

工藝過程跟蹤與分析

由于縱向條紋缺陷集中發(fā)生在鑄坯清理后的高級別酸洗板上，說明該缺陷的產(chǎn)生與產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝差異有關(guān)。為此，結(jié)合高級別酸洗板與其它產(chǎn)品生產(chǎn)工藝差別，對高級別酸洗板的生產(chǎn)情況進(jìn)行了跟蹤與排查。

鑄坯表面形態(tài)對比

對于高級別酸洗板，為避免帶鋼出現(xiàn)夾雜、結(jié)疤等缺陷，需對鑄坯表面進(jìn)行清理。圖2為清理后和未清理的鑄坯表面形態(tài)對比。清理鑄坯表面高點(diǎn)間距約為40～50 mm不等，個(gè)別點(diǎn)為30 mm，清理深度約為3 mm左右。宏觀上看，清理后的鑄坯表面存在明顯的高脊和凹槽。而未清理鑄坯表面較為平坦，無明顯縱向凹凸。從鑄坯的表面狀態(tài)可以看出，人工清理的鑄坯表面本身存在一定的凹凸形貌。

圖 2 鑄坯表面對比圖：(a)未清理；(b)清理

熱軋工序排查

在熱軋工序中對清理與未清理的鑄坯生產(chǎn)情況進(jìn)行了對比跟蹤，發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過熱軋高壓水除鱗后，未清理鑄坯在除鱗后表面較光潔，而人工清理過的鑄坯在除鱗后表面呈現(xiàn)明顯的縱向色差。未清理鑄坯與清理鑄坯在熱軋除鱗后的表面對比如圖3所示。

表面缺陷檢測結(jié)果

表面氧化鐵皮厚度微觀分析

利用掃描電鏡分別對清理鑄坯和未清理鑄坯生產(chǎn)的帶鋼表面鐵皮厚度進(jìn)行了檢測。結(jié)果顯示，未清理鑄坯生產(chǎn)的帶鋼表面氧化鐵皮厚度比較均勻；人工清理鑄坯生產(chǎn)的帶鋼表面凹凸部位的氧化鐵皮厚度不均勻，凹槽部位的氧化鐵皮厚度極薄，見圖4。

表面化學(xué)成分檢測

利用掃描電鏡及能譜分析儀對帶有縱向條紋缺陷的鋼板進(jìn)行了化學(xué)成分檢測實(shí)驗(yàn)。從檢測結(jié)果來看，條紋處和非條紋處均含O與Fe，且條紋處的O含量明顯偏多，其具體表面形態(tài)及成分如圖5所示。

圖 3 鑄坯熱軋除鱗后的表面狀態(tài)：(a)未清理；(b)鑄坯

圖 4 帶鋼表面氧化鐵皮厚度微觀對比圖：(a)未清坯；(b)清坯

圖 5 縱向條紋表面形態(tài)及化學(xué)成分

圖 6 帶鋼表面粗糙度

表面粗糙度檢測

針對存在縱向條紋缺陷的鋼板，對條紋處和非條紋處的表面粗糙度進(jìn)行了測量，測量結(jié)果如圖6所示(奇數(shù)為縱向條紋部位，偶數(shù)為無缺陷部位)。從圖6中可以看出，條紋缺陷部位的表面粗糙度大于無條紋缺陷部位。

缺陷成因分析及解決方法

根據(jù)對酸洗板生產(chǎn)過程的跟蹤及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，認(rèn)為高級別酸洗板產(chǎn)生縱向條紋缺陷的主要原因是鑄坯經(jīng)熱軋高壓水除鱗后，清理后鑄坯表面的高脊與凹槽部位存在溫度梯度[7]，且高脊與凹槽部位的除鱗效果不一致，使除鱗后的高脊部位比凹槽部位氧化層厚。在經(jīng)過后續(xù)軋制壓入到帶鋼表面，使帶鋼表面氧化鐵皮層厚度呈薄厚波動(dòng)，且高脊部位氧化層經(jīng)軋制壓入后與鋼基體結(jié)合更加緊密[8]。在同等酸洗條件下，高脊部位軋制壓入的氧化鐵皮更難溶解，造成帶鋼表面粗糙度過大，進(jìn)而形成暗色縱向條紋缺陷。

結(jié)合分析結(jié)果，要求煉鋼廠在高級別酸洗板生產(chǎn)過程中進(jìn)行嚴(yán)格控制，不再對鑄坯進(jìn)行表面清理，同時(shí)，加強(qiáng)對鑄坯表面質(zhì)量檢測，對不符合要求的鑄坯進(jìn)行改判處理。

結(jié)束語

(1)雖然鑄坯清理可有效控制夾雜、結(jié)疤等缺陷，但清理后的鑄坯表面形態(tài)對后續(xù)熱軋的除鱗效果帶來不利影響，提出后續(xù)生產(chǎn)取消高級別酸洗板的表面清理的措施。

(2)經(jīng)過工藝調(diào)整，高級別酸洗板的縱向條紋降級率由原來的10%降為0.1%以下。

(3)由于不再對鑄坯進(jìn)行清理，降低了生產(chǎn)成本，進(jìn)一步提高了高級別酸洗板的經(jīng)濟(jì)效益。