二次冷軋基板表面質量工藝優化

王 濤

(上海梅山鋼鐵股份有限公司 冷軋廠，江蘇 南京210039)

0 前言

板材的厚度減薄、表面質量提升是現代鋼鐵企業板材制造發展新方向[1-4]，目前一次冷軋板材厚度最薄到0.16 mm，受帶材在連續軋制過程中產生加工硬化的影響，繼續減薄前必須對材料進行熱處理，即得到二次冷軋基板，然后通過二次冷軋機進行進一步的軋制[5]。目前二次冷軋基板普遍采用堿洗、退火不平整的工藝生產，此種生產工藝存在點狀銹蝕以及污跡缺陷，產品質量無法滿足后工序的生產需求。國內外專家學者開展了二次冷軋基板特性、退火過程中帶鋼銹蝕因素、濕平整工藝、淬水槽等相關領域的研究。其中，張玉文[6]等研究了退火溫度對硬度的影響及二次冷軋壓下率與成品屈服強度的關系；李旭東[7]等研究了二次冷軋基板表面乳化液或軋制油易殘留的特性及其對鍍鉻鐵表面形貌的影響；薄煒[8]等分析了淬水槽中的錫污泥、空氣塵埃及助熔劑中有機物對鍍錫板表面銹蝕的影響；史良權[9]研究了退火溫度、退火時間、退火前清洗介質中含Si與否、鋼卷冷軋時的變形量等對Mn等的析聚的影響；劉勤博等[10-11]分析了罩式退火與連續退火帶鋼銹蝕的原因與解決措施；吳首民等[12-13]研究了濕平整工藝對帶鋼的表面粗糙度、表面形貌、表面雜質元素、耐蝕性能影響；周亮等[14-16]對平整機空氣吹掃噴嘴的流場進行仿真分析并改善了平整過程中濕平整液的二次飛濺。龐雙等[17-20]分析了帶鋼表面淬水斑跡產生的缺陷，制定了淬水槽的治理措施。本文在分析了退火不平整工藝帶鋼表面存在的缺陷的基礎上，研究了濕平整工藝，提出了淬水槽循環管路的改造方案。

1 退火不平整生產工藝帶鋼表面缺陷分析

目前二次冷軋基板普遍采用堿洗、退火不平整的工藝生產，即對冷軋后的帶鋼通過堿洗工序清洗掉帶鋼表面殘留的軋制油及鐵粉，再進行退火調節組織性能，之后進行卷取及下線包裝。

1.1 帶鋼表面缺陷檢測

采用退火不平整工藝生產二次冷軋基板，在開卷檢查時，發現板面帶鋼表面存在點銹與污跡缺陷，如圖1所示。

圖1 二次冷軋基板典型缺陷

采用SEM和EDS對上述典型缺陷進行分析，檢測如圖2所示，根據圖2a可以看出圖1a點銹缺陷主要為O、Fe和C，鐵的源發性銹蝕即無源銹。根據圖2b檢測結果可以看出，圖1b基板表面污跡主要檢測發現其成份除Fe、O、C以外，還有Mn、Ca、Al等其他多種雜質元素，其表面污跡主要為Mn、O異物誘導產生的有源銹。

圖2 SEM和EDS檢測結果

1.2 帶鋼表面點銹形成機理分析

根據點銹缺陷檢測結果分析，結合二次冷軋基板退火工藝，帶鋼在退火前經過刷洗后表面涂覆的軋制油被清洗干凈，導致退火后的帶鋼表面無軋制油膜保護，在存儲及運輸過程中板面極易發生點狀銹斑即點銹缺陷。

1.3 帶鋼表面污跡形成機理分析

根據污跡缺陷檢測結果分析，結合二次冷軋基板退火工藝，帶鋼在退火過程中均要經過淬水槽進行冷卻，而淬水槽內脫鹽水長時間循環使用水質會逐漸變差，尤其是帶鋼在退火過程中表面會有Mn元素的偏聚析出形成Mn3O4，在淬水槽冷卻時易剝落，以顆粒的形式存在于冷卻水中，該雜質大量富集后粘附在帶鋼表面被帶出淬水槽，在帶鋼表面產生點狀污跡缺陷。

2 二次冷軋基板濕平整工藝技術研究

二次冷軋基板濕平整生產工藝是指對冷軋后的帶鋼在堿洗退火后采用輕壓下濕平整方式進行處理。

2.1 平整延伸率與平整液工藝研究

通過采取輕壓下的平整處理，以0.3%～0.4%的小延伸率結合平整液的使用，可以有效的將平整液均勻地碾壓涂覆在帶鋼表面，充分發揮平整液固有的防銹性能，提高二次冷軋基板表面耐腐蝕性，有效抑制點銹缺陷的產生。小延伸率的平整方式既不會使材料產生加工硬化，同時結合張力的使用，進一步改善了二次冷軋基板板形。

2.2 平整液生產工藝參數研究

在濕平整過程中45 ℃的平整液溫度及3%的濃度配置可以有效保證平整液防銹性及清凈性性能指標的發揮。通過平整液在帶鋼、表面的碾壓涂覆提高二次冷軋基板表面耐腐蝕性，同時充分發揮平整液固有的清凈性功能，清洗掉帶鋼在退火及淬水過程中帶鋼表面的爐灰、異物污跡等缺陷，提升二次冷軋基板及最終成品的表面質量。

2.3 吹掃裝置工藝參數研究

在二次冷軋過程中，帶鋼表面若存在不均勻的乳化液(或平整液)等油污殘留，會造成大張力開卷過程中的卷取打滑或二次冷軋過程中的軋制狀態不穩定，甚至引起張力波動斷帶。通過在平整機架出口配置壓縮空氣吹掃裝置，濕平整過程中輕壓下的軋輥可以起到很好的擠干平整液的效果，減少平整機機架出口側帶鋼表面的平整液殘留，結合壓力0.3～0.5 MPa的壓縮空氣吹掃，可以徹底保證平整后的帶鋼表面無平整液殘留，如圖3所示。

圖3 平整機噴淋吹掃設備布置圖

3 淬水槽水質改善策略研究

在退火爐中，帶鋼表面發生錳偏聚是材料再結晶行為，不可避免。而帶鋼表面的殘油量會加速錳的氧化，促使Mn3O4以顆粒的形式存在于淬水槽脫鹽水中且不斷富集，故需要加強對來料軋硬卷表面殘油量的監控及退火前清洗能力的提升。而針對淬水槽脫鹽水中不斷富集的“錳渣”雜質，通過定期清槽及脫鹽水置換可提高溶液清潔性，但此方法需要消耗大量脫鹽水，且不能從根本上解決問題。

梅山鋼鐵公司冷軋廠通過將機旁循環槽進行一分為二的分區管理以及相應的管路調整，實現了機旁循環槽補充新水與回用渾水的有效隔離。對淬水槽入口側帶鋼使用回用水進行噴淋冷卻，對淬水槽出口側帶鋼使用補充新水進行噴淋清洗，在原有冷卻功能的基礎上增加了清洗帶鋼表面的功能，提高了出爐膛帶鋼表面的清潔度。通過回用水沉淀后溢流補充到補水區的設計，提高了脫鹽水的利用率，降低了生產成本。在回水區及在線槽底部設置自動定時排放閥，排放沉淀的雜質污泥，降低了帶鋼表面污跡缺陷發生的概率，改造后的循環管路如圖4所示。

圖4 改造后的淬水槽循環管路圖

4 結論

本文對二次冷軋基板濕平整的工藝與淬水槽改進策略進行了技術研究與應用，既解決了二次冷軋基板工序間防護問題進一步提高帶鋼產品質量，同時，開發了一種全新的板材產品工序防護技術。

(1)通過輕壓下平整可以將平整液有效的涂覆在帶鋼表面，充分發揮平整液固有的防銹性，提高材料的耐腐蝕性，避免材料在后續的存儲及運輸過程中產生點銹缺陷，同時，進一步改善了二次冷軋基板板形。

(2)在濕平整過程中發揮平整液的清潔性功能，進一步改善了二次冷軋基板表面質量。

(3)通過淬水槽循環管路的改進，提高了出爐膛帶鋼表面的清潔度，降低了帶鋼表面污跡缺陷發生的概率。