熱軋帶鋼表面麻點缺陷研究及對酸洗影響分析

王 彬，蔣 晨，劉立輝，2，李 磊，2，張 韻，江海濤，米振莉

（1.德龍鋼鐵有限公司，河北 054000；2.河北省熱軋板帶鋼技術創新中心，河北 054000；3.北京科技大學工程技術研究院，北京 100083）

0 引言

熱軋薄板具有易沖壓成形、延伸性能良好以及成分控制簡單等優點，廣泛應用于家電、汽車以及公路橋梁等領域，市場需求量極大[1]。隨著鋼鐵行業不斷發展，下游用戶對于熱軋板表面質量要求越來越高，熱軋板表面質量問題開始被研究[2]。氧化鐵皮缺陷作為一種常見的熱軋板表面質量問題，其原因主要是成分設計不合理和加工工藝不當所致[3-6]。由于多種因素的耦合作用，氧化鐵皮缺陷種類眾多，其中麻點缺陷是最為常見的缺陷之一。章慶等[7]研究了40Cr 熱軋板表面麻點缺陷，發現其主要原因是元素控制和軋制工藝控制不當。徐志東等[8]為找出合金鋼表面麻點缺陷的形成原因，在實驗室模擬了下游用戶酸洗車間的環境，確定了環境因素是麻點缺陷形成的根本原因。于洋等[9]將麻點缺陷分為輥系麻點、溫度麻點和成分麻點，認為麻點缺陷只與三次氧化鐵皮有關。

本文針對國內某鋼廠生產的熱軋鋼板表面的麻點缺陷進行研究，通過麻點缺陷部位掃描電鏡（SEM）和能譜儀（EDS）的檢測結果，對熱軋鋼板表面的麻點缺陷的成因及其對后續酸洗的影響進行了分析。

1 實驗材料與分析方法

對國內某鋼廠存在麻點缺陷的熱軋板進行取樣，試樣尺寸為20mm×6mm。對上述試樣進行熱鑲，打磨至2000 目并拋光，在超聲波下利用酒精清洗5min 后烘干。采用掃描電鏡（Quanta FEG 450）和能譜儀（TEAM EDS（EDAX））觀察麻點缺陷的微觀形貌及元素分布。在實驗室模擬酸洗試驗，酸洗試劑為18%鹽酸水溶液，加熱溫度為60℃，試樣浸泡不同時間（10s、20s、30s、40s、50s、60s）后，依次用水和酒精進行沖洗，烘干，并記錄不同時間條件下試樣的形貌，研究麻點缺陷對于熱軋板軋后酸洗的影響。

2 實驗結果分析與討論

2.1 麻點缺陷宏觀形貌分析

圖1 為熱軋帶鋼表面麻點缺陷的宏觀形貌。由圖1 可以看出，鋼板不同部位的表面質量呈現出明顯的差異，具體表現為有的部位存在凹凸不平的粗糙缺陷，有的部位則較光滑，嚴重影響鋼卷外觀。

2.2 麻點缺陷微觀形貌分析

存在麻點缺陷的試樣表面微觀形貌如圖2 所示。其中：圖（a）為低倍鏡下的掃描微觀形貌圖，可以觀察到表面氧化鐵皮的凹凸不平，呈現出黑色、灰色以及白色的不同襯度，灰色與白色區域對應著試樣表面的凹坑，分別為脫落的和破碎的氧化鐵皮。進一步觀察上述三種顏色區域對應表面的高倍形貌，黑色區域圖（b）的表面平整度要明顯優于灰色區域圖（c）和白色區域圖（d）的凹坑區域，白色區域內存在明顯的裂紋及團聚狀物質。此外，黑色區域的表面上粘附著極少的白色顆粒，而灰色和白色區域表面則有較多的白色。

圖2 麻點試樣表面微觀形貌

研究顯示，帶鋼表面不同位置元素的分布是導致麻點缺陷出現的重要原因之一[10]。應用EDS 能譜儀對A、B、C 處進行點掃，結果如圖3 所示。能譜儀檢測結果顯示，所有位置都以Fe 和O 元素為主，其中灰色區域（Spot1）存在少量Mn 元素，Co 和Sb元素為儀器誤差，應予以去除。Mn 元素在氧化鐵皮中主要以MnFe2O4的形式存在，會造成基體氧化速率提高，且氧化鐵皮粘附性變差[11]。因此，灰色區域氧化鐵皮脫落可能與Mn元素有關。

圖3 麻點試樣表面不同位置處EDS分析

為了分析白色區域氧化鐵皮破碎的原因，應用EDS 能譜儀對白色顆粒及其附著表面進行點掃，結果如圖4 所示。兩位置的化學成分及其占比見表1，其成分主要為C、O 和Fe，且附著表面的Fe/O 原子比約為0.79，與Fe3O4相近，白色顆粒的Fe/O 原子比約為0.65，和Fe2O3相近。由此可見，附著表面主要成分為Fe3O4，凹坑中的白色顆粒主要成分為Fe2O3。因此軋制過程中氧化鐵皮壓入也是麻點缺陷產生的重要原因之一，而壓入的氧化鐵皮主要來源于除鱗后殘留的氧化鐵皮[12]。此外，掃描結果中并無Na、Ca以及Al等保護渣中元素，故可排除保護渣顆粒壓入導致缺陷形成的可能。

表1 麻點試樣表面缺陷處點掃描元素分布

圖4 麻點試樣表面缺陷處點掃描微觀形貌

綜上，試樣表面表現為黑色氧化鐵皮（Fe3O4）表面粘附著白色顆粒（Fe2O3），白色區域凹坑內殘留較多白色顆粒（Fe2O3），在軋制過程中，粗軋后鋼板表面形成黑色氧化鐵皮（Fe3O4），后續除鱗不徹底會導致其表面殘留少量氧化鐵皮（Fe3O4），該殘留氧化鐵皮（Fe3O4）在進入精軋前等待時會與空氣發生充分接觸，被氧化為Fe2O3。進入精軋階段后，殘留氧化鐵皮中體積較大的會被壓入基體形成前文中的白色區域凹坑，體積較小的則粘附在黑色氧化鐵皮（Fe3O4）表面，表現為白色顆粒。此外，對麻點試樣氧化鐵皮的截面形貌進行了觀察，如圖5 所示，氧化鐵皮與基體界面的平直度較差，這是由于氧化鐵皮壓入基體表面，與上述分析對應。

圖5 麻點試樣截面氧化鐵皮形貌

綜上所述，Mn 元素含量控制不當導致試樣表面氧化鐵皮脫落，形成灰色區域脫落缺陷，粗軋后除鱗不徹底，造成殘留氧化鐵皮壓入熱軋板表面，形成白色區域處的凹坑缺陷，兩者綜合導致了麻點缺陷的產生。

2.3 模擬酸洗實驗

為研究麻點缺陷對后續酸洗的影響，在實驗室模擬了酸洗實驗。圖6 分別為酸洗10s、20s、30s、40s、50s、60s 時試樣表面形貌，圖中黑色殘留物為氧化鐵皮，白色部位為酸洗后露出的基體，試樣表面氧化鐵皮一般與酸發生下列反應：

由圖6 可以看出，在10s 時，試樣表面殘留較多氧化鐵皮，20s和30s時，表面氧化鐵皮明顯變少，隨著時間延長，到40s 時，氧化鐵皮基本被除盡。在40s、50s以及60s的試樣表面，殘留少量氧化鐵皮處是麻點缺陷尚未酸洗完畢，存在的凹坑是麻點缺陷處酸洗后的形貌。

圖6 酸洗后試樣表面形貌

綜上可知，經過酸洗后，麻點缺陷處仍然存在少量殘留氧化鐵皮，需要增加酸洗時間或酸的濃度才能徹底除鱗，增加了酸洗的時間和成本。酸洗后，麻點缺陷處氧化鐵皮即使被清除，依然會存在凹坑，影響美觀。凹坑如果較深，則可能會保留到冷軋板上，在冷軋時，與冷軋輥表面氧化膜接觸，形成應力集中，造成冷軋輥表面氧化膜脫落，形成新的氧化鐵皮壓入缺陷，最終會影響鋼卷的表面質量。

3 結語

通過對某鋼廠熱軋板麻點缺陷部位掃描電鏡（SEM）和能譜儀（EDS）的檢測分析及酸洗實驗，確定了熱軋板表面麻點缺陷的成因及其對后續酸洗的影響狀況。此項研究成果可為企業進一步提升熱軋板表面質量提供技術支撐。

（1）熱軋板表面麻點缺陷微觀表現為黑色、灰色以及白色三種區域，其中黑色區域為正常無缺陷位置，灰色區域表現為氧化鐵皮脫落缺陷，白色區域表現為氧化鐵皮壓入缺陷。因Mn元素控制不當導致了氧化鐵皮脫落，形成灰色區域脫落缺陷，粗軋階段除鱗不徹底，導致殘留氧化鐵皮在精軋過程中被壓入鋼板表面，形成白色區域壓入缺陷，兩者綜合形成了麻點缺陷。

（2）熱軋鋼麻點缺陷試樣在經過酸洗后，40s時，表面氧化鐵皮基本被除凈，但表面存在較多凹坑，后續可能會遺傳到冷軋板表面，在冷軋時造成軋輥氧化膜脫落，形成新的氧化鐵皮壓入缺陷，影響鋼卷表面質量。