冷軋帶鋼表面壓斑缺陷分析

供稿|李宏洲 / LI Hong-zhou

內容導讀

針對冷軋帶鋼表面多次出現壓斑缺陷的問題，通過對其形貌以及微觀成分分析，將壓斑缺陷細分為點狀壓斑、條狀壓斑和片狀壓斑三類。結合理論分析及實驗對比，提出三類壓斑缺陷對應的預防措施，對不同種缺陷提出生產過程控制要求，以降低壓斑缺陷發生概率，促進冷軋產品質量的穩定與提升。

某冷軋廠連續退火機組帶鋼表面多次出現壓斑缺陷且往往伴隨多種形貌問題同時出現，準確判斷缺陷產生原因需要足夠多的質量檢查經驗，同時也對冷軋表檢儀數據維護提出了更高的要求。總體缺陷特征表現為類似斑跡的點狀、條狀及片狀，在連退機組出口呈現為白色或灰色，由于部分缺陷的形狀及分布相對隨機，且表檢儀對該缺陷的檢測顯示相對類似，無法準確篩選并分類，因此對該缺陷的排查及改進存在較大困擾，造成了大量產品改判降級，給廠內質量控制帶來極大影響。

缺陷基本特征及原因分析

點狀壓斑

此類壓斑主要分布在帶鋼上表面，大多位于帶鋼兩側位置，通常情況下缺陷尺寸較小，分布呈彌散點狀，嚴重時伴隨個別條片狀，通常在連退入口較難發現。

該類缺陷從宏觀形貌上來看，無法準確判斷其產生工序。使用掃描電子顯微鏡進行微觀觀察，可見軋制延伸痕跡，如圖1(a)所示，說明缺陷在軋制工序之前產生。高倍顯微放大觀察發現，缺陷區域呈現類似顆粒物的凹凸不平形貌，如圖1(b)所示，進一步確認帶鋼表面基體存在受損情況，排除表面斑跡。

對缺陷區域的能譜分析(圖1(c))發現，除Fe和少量的O元素，無其他雜質元素存在。結合缺陷微觀形貌分析推測，此類壓斑出現的主要原因為氧化鐵皮的壓入[1]，在退火爐中氧化鐵皮被H2還原，脫離基體，剩余的Fe被留在帶鋼表面，在退火后呈現斑跡狀。

圖1 缺陷微觀形貌和能譜分析：(a)低倍形貌；(b)高倍形貌；(c)能譜分析

條狀壓斑

條狀壓斑主要分布在帶鋼下表面的兩側，缺陷形貌與劃痕類似，存在一定的長度與寬度。該類缺陷尺寸較大，且一旦出現則持續存在，通過連退質量檢查可以快速發現并從入口處鎖定缺陷來源。分析產生的原因是酸軋機組膠輥阻轉，使得帶鋼與膠皮摩擦，膠皮粘附在帶鋼表面進入軋機，在軋制過程中膠皮與帶鋼黏結在一起。當帶鋼進入退火爐后，粘附的膠皮在高溫下脫水碳化[2]，大部分會在帶鋼運行過程中發生脫離，但少量會殘留在帶鋼表面。其典型形貌如圖2所示，為酸軋入口2#轉向輥軋輥膠皮脫落所造成的條狀壓斑缺陷。

圖2 條狀壓斑缺陷圖

片狀壓斑

片狀壓斑分布相對隨機，上、下表面均可能出現，寬度方向無特定規律，長度方向大多集中在帶鋼頭尾至1000 m范圍內。如圖3所示，缺陷形貌呈無規則的片狀，單片或連續多片出現，單片出現時缺陷面積小于1 cm2，連續多片出現時，通常伴隨有一片缺陷面積較大，嚴重時帶鋼長度方向連續2~3個周期出現該缺陷。片狀壓斑缺陷一旦發生，往往會連續多卷出現。

圖3 片狀壓斑圖

使用異丙醇對帶鋼進行擦洗，對比觀察帶鋼正常區域和壓斑區域形貌差異，如圖4所示。圖中可以看到正常區域表面平滑，基本沒有殘留物質，而壓斑區域存在黑色不規則片狀物，表面形貌出現凹坑狀，故判斷帶鋼基體受損，并存在異物殘留情況。

圖4 帶鋼不同區域微觀形貌對比圖：(a)正常區域；(b)壓斑區域；(c)壓斑區域能譜分析

從圖4(c)的能譜分析可知，缺陷部位包含Fe、O、Na、Mg、Al、Si、S、K、Ca等多種元素，推測帶鋼表面可能有外來污染物混入[3]。

對于外來污染物的混入，從酸軋到連退工序進行全線排查，發現主要在酸軋6#張緊輥表面及8#糾偏輥表面存在大量臟污的情況(圖5)，其他輥系表面均有不同程度污染。連退工序除輥系清理外，清洗效果不良及堿液殘留也是外來污染的產生原因。

圖5 酸軋8#糾偏輥面臟污圖

壓斑缺陷的預防措施

(1)針對點狀壓斑，需要在酸洗表面質量檢查時及時發現缺陷，適當提高酸洗濃度與溫度，避免將壓氧缺陷帶入到軋制工序中，必要時可以適當提高軋機壓下率消除部分缺陷[4]，但根本上還是需要解決熱卷原料的壓氧缺陷。

(2)針對條狀壓斑，在酸軋工序中需要重點檢查在線膠輥的轉動情況，防止各類原因造成的輥子阻轉[5]。

(3)針對片狀壓斑，在線膠輥在使用周期內需確保輥面狀態良好，無脫膠破損等異常情況，并在每次檢修時，對輥面粘附的異物進行清理[6-7]，防止脫膠及異物隨帶鋼進入軋機。同時在連退工序中，保證清洗段電導率及溫度在工藝控制范圍內，重點檢查清洗段噴嘴、擠干輥狀態，防止出現噴嘴堵塞、擠干狀態不良的情況，并利用檢修時間檢查確認刷輥狀態，防止出現帶鋼表面清洗不良及堿液殘留的情況。

結束語

本文針對某鋼廠冷軋帶鋼表面出現的壓斑缺陷，利用掃描電子顯微鏡觀察其形貌特征，結合能量圖譜分析其成因，從而對每類缺陷提出生產過程控制要求，降低其發生概率，提高產品質量。(1)根據壓斑缺陷的不同微觀形貌特征，可以分為點狀壓斑、條狀壓斑及片狀壓斑，結合能量圖譜得到缺陷部位成分分析，推斷其產生原因。(2)針對不同的壓斑缺陷，對軋制過程提出相應的控制要求，盡可能從過程控制角度降低壓斑缺陷的發生概率，促進冷軋產品質量的穩定與提升。