關于高強連退線銹蝕問題的控制優化研究

杜天宇， 張才華， 崔興賀， 劉世偉

（河北鋼鐵集團邯鋼公司邯寶冷軋廠， 河北 邯鄲 056000）

近年來，隨著汽車行業的高速發展，對生態環保要求的加強，汽車輕量化對車身安全性、節能減排、耐抗腐能力提升等方面的要求也越來越嚴格[1-4]。尤其是通過Mn、P 等元素的固溶強化作用而制得的高強鋼，被廣泛應用于汽車車身結構件和加強件[5]。以往對冷軋高強汽車板的研究多集中于成形性、焊接性等方面，而對工藝影響冷軋板表面質量，尤其對冷軋板的腐蝕性能評價研究甚少，而冷軋板的表面銹蝕又是許多鋼廠與車廠關心的關于冷軋產品的重要質量問題。因此對冷軋連退板表面銹蝕問題進行研究，優化生產工藝，生產出高端汽車板產品尤為重要。

1 宏觀相貌

當前，商業生產高強冷軋退火成品卷涂油后會出現銹蝕形貌，如圖1 所示，不僅造成產品質量降級，也嚴重影響了合同交付及客戶使用過程。

圖1 銹蝕形貌

2 銹蝕問題產生機理及影響因素分析

針對上述問題，對商業高強連退冷軋鋼板的生產主要過程進行了分析探討，并對銹蝕產生機理及影響因素進行調查分析，其主要包括清洗、退火、平整和涂油等工序。

2.1 清洗工序

板帶需要經過清洗段堿性清洗，以帶走上道工序中黏在帶鋼表面上的殘油和鐵粉，確保帶鋼進入下一道工序工藝時有一個清潔的表面。然而對清洗所需要的純堿液稀釋的過程中，堿液遇水會產生大量的泡沫，這些泡沫會通過循環管道進入噴淋系統和刷洗系統，并隨著堿液噴到帶鋼上，嚴重影響帶鋼清洗效果。鋼板表面較多的鐵粉、碳末等容易引起大氣中的水分在鋼板表面的結露，從而使得鋼板較早地開始腐蝕。并且在帶鋼清洗過程中，帶鋼表面上的雜質會隨清洗介質回流到循環罐里，如果循環罐里的清洗介質得不到及時更換，介質會越來越臟，勢必會影響到噴淋段及刷洗段的清洗效果，導致帶鋼表面帶水。

2.2 連退爐工序

首先，連續退火線爐內氛圍偶然存在氧含量高等問題，氧含量高就會導致帶鋼在爐內發生氧化，帶鋼出爐時帶有氧化色。這是因為輻射管經常出現管體老化燒穿、焊縫開裂等問題，助燃空氣和可燃氣體會進入退火爐內，破壞退火爐內的還原氣氛，造成爐內氧含量和露點升高，導致退火爐內的帶鋼出現氧化。

再者，連續退火生產線通常使用露點＜-40 ℃的氮氣（φ（H2）=3%～10%）保護氣體。在這種含有微量水汽的還原氣氛下退火，冷軋板中少量易氧化元素錳、硅等向冷軋板表面遷移，當冷軋板表面出現錳、硅等元素的富集后，這些元素優先與氧反應形成不均勻分布的氧化物顆粒，在冷軋板表面和近表面形成顆粒狀氧化物，一方面阻礙了鋼板表面氧化膜的均勻性和完整性，另一方面由于這些氧化物的電位相對于基板為正，它們與鐵構成腐蝕微電池，提高了鋼板表面Fe 原子活性，同時加速催化了鋼板的腐蝕過程。并且帶鋼在退火爐內停留的時間越長，表面元素的富集越嚴重，當采用其他含氧的冷卻介質（如水冷）時，帶鋼在連退爐最終水冷處使帶鋼溫度降低到60 ℃以下，也會影響到易氧化性元素的富集，從而加快腐蝕速度，這些加速作用在宏觀上就表現為鋼板易銹蝕。

2.3 平整工序

平整工序決定著出廠帶鋼表面質量的優劣。為了提高防銹能力和改善帶鋼表面質量，廣泛采用水溶性或油溶性防銹劑作為平整液噴灑輥縫，即進行濕平整。如這些工藝與軋制速度配合不當，往往會造成平整液飛濺到后面的帶鋼上，導致平整液殘留，附著在帶鋼上的殘留平整液若無法去除就會導致帶鋼生銹。

2.4 涂油工序

涂油工序采用德國公司的靜電涂油機，其防銹油中的防銹劑由不對稱的極性和非極性兩部分組成。防銹劑的極性部分與極性物質的金屬、水等有親和能力，因此防銹劑的極性部分在油- 金屬界面形成定向吸附。非極性部分與非極性物質基礎油有親和能力，使油表面張力明顯降低，所以防銹劑分子的非極性部分能在金屬表面形成一層疏水性保護膜。因此防銹油品的優劣也成為是否引起板材銹蝕的重要外在因素。為此，針對油品質量，選取未使用的油品及正在使用的油品進行檢測。結果如表1、表2 所示，其中1 號為未使用的防銹油，2 號為使用中的防銹油。

表1 油品酸值測量結果

表2 油品pH 值測量結果

從表1、表2 中防銹油的酸值和pH 值結果顯示，在生產線上使用的防銹油酸值較高、pH 值較低，而未使用的防銹油酸值較低、pH 值較高。這表明防銹油放置一段時間后，防銹油有所老化，導致防銹油酸值增加。

3 改善措施

針對上述影響因素，同時結合冷軋板銹蝕現狀，以及銹蝕的產生機理和外在影響因素，使用六西格瑪精益管理DMAIC 方法、PDCA 攻關方法等過程控制方法對影響因素進行分析，并對不同工序進行了改善及優化。

3.1 清洗工序優化

通過增加電磁閥和相關管路，自主編制程序，實現循環罐自動防水系統；通過整改磁性過濾器刮刀軌道，減少了刮刀故障；通過優化過濾器過濾精度到最優，減少了循環罐底部淤泥和殘鐵沉積，提高了清洗液潔凈度。

同時帶鋼在清洗段高速運行時，電解水極易附著在帶鋼表面，流入到后序漂洗段，導致帶鋼漂洗后表面氯離子含量較多，為此在電解和漂洗處的擠干輥下方，對自主回流管路進行改造設計，增設1 組回流管路，使得電解帶出的水可通過擠干回流到電解槽中，防止含氯離子的電解水流到之后的漂洗段，減少對漂洗水的污染。

3.2 退火工藝段優化

首先，有效控住氧含量，在煙氣分析柜中增加1臺氫氣分析儀，對各層輻射管排放煙氣中的氫氣含量進行采樣分析，當發現疑似泄露情況，再利用便攜式氫氣分析儀對該層各個輻射管進行采樣分析，從而判斷出具體泄露輻射管位置。并定期檢查輻射管燃燒質量，及時調整空燃比，保障輻射管內燃燒均勻性和工作平穩性，避免燒裂燒穿輻射管，延長輻射管壽命，使得爐內氧含量得到有效控制。

其次，提高水淬槽內冷卻水潔凈度，通過對水淬排水系統進行改造，自主設計和施工水淬排水管道，使得水淬換水時間減少，提高了冷卻水的潔凈度，防止水淬處帶鋼的氧化。

最后，通過提高帶鋼生產速率，減少帶鋼在爐內時間，減少清洗后帶鋼表面w（Si）等，可以減少帶鋼表面易氧化元素錳的富集。

3.3 平整工藝段優化

首先，在平整機后添加烘干機，自行設計并安裝換熱器，通過熱水和吹掃空氣進行熱交換，加熱吹掃空氣，并且安裝空氣過濾器來保障吹掃空氣的潔凈度。

其次，改造平整機防纏導板上氣刀吹掃的蓋板結構，將圓孔螺栓固定的不可調整氣刀整改為長孔型可調整位置的氣刀蓋板，將防纏導板上氣刀間隙調整到0.5 mm 的合理數值，將吹掃到輥面空氣壓力也增大到0.25 MPa（2.5 bar），以能夠有效吹走所有從輥身滴落的平整液。同時將蓋板尾部改造為倒V 字形狀，有利于殘液收集后外排。

同時，在氣刀蓋板后方兩側開排液孔，并在排液孔下方加裝接殘液的管路，將管路接通到防纏導板前方尖端，并在防纏導板氣刀蓋板收集殘液處，加裝“擋水板”，防止殘液快速大量聚集時，越過蓋板滴落到帶鋼表面。

最后，將平整液濃度（質量分數）由2.75%優化調整為3%，以減少殘水附著性，在平整機到卷取機區域增加防滴油滴水的裝置，由1 層彩鋼、1 層塑料布、1層帆布組成3 層防護，防止油或者水滴到帶鋼上造成缺陷而生銹，如圖2 所示。

圖2 防滴油和防冷凝水滴落現場改造圖

3.4 涂油工序優化

對涂油機過濾器進行優化，過濾器兩側壓力差到一定值后自動報警，此時由人工立即切換備用過濾器，并清理在線過濾器，從而減少異物堵塞過濾器。此外，定期對涂油儲油油箱進行清理，每月清理一次油箱，保證油箱內沒有長期不用的變質油。

通過優化刀梁間隙來提高涂油霧化均勻性，調整刀梁間隙開口度為0.2 mm，使板材表面涂油更加均勻。

優化刀梁在線沖洗功能（實現在線運行沖洗刀梁），使涂油計量泵轉速到最大，使用大流量來沖洗刀梁，減少刀梁堵塞情況，增加涂油霧化性和均勻性。同時需在每班交接班和班中檢查涂油均勻性情況，避免涂油不均現象。

4 優化后效果

通過對清洗工序、退火工序、平整工序、涂油工序中影響冷軋帶鋼銹蝕各因素進行分析，采取了相應措施進行優化及改善，使得銹蝕缺陷導致的非計劃品率從0.31%降低到0.04%，銹蝕導致質量異議發生率也從每月300 t 降低到20 t 以內，增效350 萬元，實現了公司產品質量提升，樹立了良好品牌形象，提升了公司產品的市場競爭力，助力公司實現產業升級、產品高端路線等目標。