冷軋基板表面線狀缺陷的形貌及對應熱軋缺陷產生原因及控制

王詩博，劉思遠，郭 隆

（1 唐山不銹鋼有限責任公司，河北 唐山 063100；2 河鋼銷售唐鋼銷售分公司，河北 唐山 063200；3 唐山鋼鐵集團有限責任公司，河北 唐山 063200）

0 引言

鍍錫基板具有耐蝕性好、強度和硬度適中、成型性好、錫層無毒無味、能防止鐵溶進被包裝物以及加工性能好等諸多特點[1-2]，廣泛應用于包裝材料，特別是飲料罐、食品罐和氣霧罐的原材料。錫是一種貴金屬，為降低生產成本和節約金屬資源，鍍錫板的錫涂層正向薄型化方向發展。由于鍍層減薄，基板表面的形貌對鍍錫層覆蓋能力的影響更加突出[3-4]。同時，伴隨著鍍錫基板成品厚度的降低，鍍錫板表面的微小缺陷都有可能在后續加工成形或在使用過程中形成較為明顯的缺陷，導致產品無法使用。因此，對鍍錫基板表面線狀缺陷進行研究及控制，具有現實意義。

1 缺陷表現

為明確冷軋表面相似線狀缺陷的類別及成因，需明確熱軋基料攜帶缺陷與冷軋酸洗端造成的線狀缺陷，其主要區別為：熱軋基料缺陷位置存在氧化物，而冷軋端造成的缺陷位置為避免缺陷位置在退火爐中被還原導致無法區分是否為原料所帶缺陷，進行取樣分析的鋼板需在冷軋之后退火之前進行截取。之后采用Thermo Scientific Explorer 4 Analyzer 夾雜物分析儀對缺陷位置進行高倍數觀察及成分能譜分析，以區分相似形貌缺陷的具體產生原因。

1.1 熱軋平輥系擦劃傷類

此類缺陷在冷軋表面表現為與基體板面存在較大色差的直線狀缺陷，通常分布于對應熱卷下表面位置，在同一鋼卷表面缺陷位置與邊部距離固定，長度方向上缺陷的長度較大，可隨著鋼帶軋制長度的延伸而延伸，如圖1 所示。

圖1 冷軋鋼帶實物缺陷形貌

對缺陷位置進行取樣并鑲嵌，利用夾雜物分析儀對鑲嵌完成的樣品進行缺陷位置放大及成分分析，如圖2 所示。缺陷放大后明顯可見缺陷與鋼帶基體存在較大色差，且缺陷位置與鋼基體無明顯分層，缺陷位置的成分分析表明，通過酸洗工序可以消除此類缺陷。

圖2 高倍數形貌及電鏡結果

1.2 熱軋立輥系磨損擦劃傷

缺陷位于鋼帶邊部位置20～70 mm，如圖3 所示，缺陷位置部分在熱軋鋼帶表面清晰可見。在熱軋表現的缺陷除邊部黑線外，嚴重的帶有類似“翹皮”的缺陷，酸洗后缺陷表面呈與軋制方向平行的直線狀，冷軋后無法消除此缺陷，并隨著鋼帶軋制長度的延伸而延伸。因距邊部位置較遠，正常切邊生產無法消除缺陷，極大地影響后續涂鍍及成形工序。

圖3 熱軋立輥系擦劃傷

對缺陷位置進行取樣并鑲嵌，對樣品進行缺陷位置放大及成分分析，如圖4 所示。與平輥系擦劃傷不同的是，缺陷放大后，明顯可見缺陷與鋼帶基體存在分層，成分分析可知，其組成依然為氧化鐵。

圖4 高倍數形貌及電鏡結果

1.3 板坯缺陷

鍍錫基板上在邊部容易出現沿軋制方向存在的線狀或者帶狀缺陷，通過現場的檢查燈觀察，其形貌為“白線”，但是在較為強烈的自然光照射下，其缺陷顏色與檢查燈下觀察到的顏色是相反的，缺陷與鋼帶基體存在較大色差。缺陷位置分布存在一定的隨機性，與鋼板基體顏色區分明顯，缺陷在鋼帶軋制延伸時具有一定的延展性。但與前文所述兩種缺陷不同的是，此缺陷在冷軋時會斷裂，而非隨著鋼帶延伸而持續延伸。

宏觀觀察，夾雜類現狀缺陷表現成串出現的塑性拉裂狀如圖5、圖6 所示。在軋制過程中，部分缺陷會表現在熱帶表面，部分缺陷會掩藏在帶鋼表層之下形成不可見的皮下夾雜，此類缺陷存在隨機性。缺陷在酸洗后，缺陷位置與帶鋼基體均存在較大色差。

圖5 熱軋及酸洗后形貌

圖6 冷軋實物及冷軋表面檢測儀形貌

通過對缺陷處進行高倍數觀察及夾雜物成分分析，缺陷位置與基體存在極明顯的色差與分層現象，且形狀極不規則，其成分較為復雜，為Ca、Si、Na 等元素的復合夾雜，如圖7 所示。

圖7 缺陷位置高倍鏡放大形貌及成分

2 缺陷成因

2.1 熱軋平輥系擦劃傷類

此類缺陷分產生位置不同，造成的影響亦不相同，在高溫軋制時產生的劃傷缺陷會在缺陷產生時立即被氧化，生成氧化鐵，掩藏在鋼帶基體內，且后續可被表面的氧化層覆蓋形成暗劃傷線[5]，故在熱軋時難以被發現。酸洗后展現形貌，但位置處在下表面，人工亦難以發現。此類缺陷會不可避免地遺傳至冷軋后的表面，形成質量缺陷。

在冷卻后形成劃傷線因溫度較低且后續沒有變形，所造成的缺陷在鋼帶表面的表現為與基體存在較大色差的亮線，會在后續過程中被氧化形成線狀缺陷，此缺陷較高溫生成的暗劃傷容易發現。此類劃傷多為層冷或熱軋表面檢測儀后卷取機前輸送輥道造成，此類劃傷缺陷在酸洗冷軋后部分缺陷可以消除，不會遺傳至冷軋后的薄板表面而影響后續涂鍍及成形效果。

產生劃傷的原因與暗劃傷線相同，一是輥道轉動異常，造成輸送輥轉速與帶鋼速度不匹配，導致表面產生劃傷。二是輥道表面異物粘連導致周期性的擦劃傷表面缺陷。

運送輥道轉動異常的原因有兩個：一是因機械原因造成的運送輥道軸承卡阻，從而造成運送輥道不能轉動。在這種情況下導致的劃傷會造成熱軋鋼帶表面通條劃傷，且伴隨劃傷線的缺陷會造成柳葉狀的擦傷性氧化鐵皮。二是電氣原因。由于電機損壞而導致運送輥道停轉，但隨著帶鋼在輥道的運送，輥面因摩擦力被動跟隨鋼帶轉動。因帶鋼速度較輥道轉動快，會造成非連續性的擦劃傷。

2.2 熱軋立輥系擦劃傷

立輥作為鋼帶軋制時的重要寬度控制設備，在鋼帶軋制時對邊部質量的影響巨大。立輥控制鋼板的平面形狀，減少了切邊量，提高了板坯成材率。立輥將平輥軋制鋼板的展寬量進行壓縮，保證既定的板寬，并消除凸凹形板邊，防止軋件邊緣產生鼓形、裂邊、邊部折疊和邊部減薄，形成邊緣整齊的板材，實現無切邊軋制。

隨著立輥軋制噸位的增加，立輥表面會因帶鋼的變形抗力導致表面不再光滑。此時，立輥表面極易粘鋼，粘鋼的立輥表面就會對中間坯邊部的擠壓作用失衡。

在立輥工作時，立輥對帶鋼邊部失衡的擠壓作用使得軋制中間坯在粗軋過程中邊部變形不均勻，從而產生邊裂，后續軋制中間坯的過程中，在縱向應力的作用下使中間坯角部金屬翻平流動到帶鋼表面，形成“黑線”。如果立輥沒有合適的孔型對金屬流動加以限制，隨著軋制道次的軋制力增大、立輥的側壓量變大時，“黑線”距離邊部的位置就隨之增大，且增加了產生“黑線”的概率，軋制壓下導致的橫向寬展以及立輥的側壓量與“黑線”缺陷位置相關[6]。同時，因軋制過程中中間坯邊部溫度較低，也會增加“黑線”的產生幾率，連鑄坯邊部存在缺陷亦是形成“黑線”缺陷的原因。

2.3 板坯缺陷

由于鍍錫基板產品具有簡單的成分體系，在煉鋼生產過程中無需進行鈣處理，故板坯內大尺寸鈣硅酸鹽夾雜物缺陷產生位置主要為中間包澆鑄保護渣。

一般認為，聚集狀夾雜是由于敞澆時鋼水二次氧化或是出水口結瘤物卷入鑄坯所致，與鑄坯材質中的金屬夾雜、卷渣以及軋制生產中板面受損等因素密切相關，鋼水澆鑄過程中連鑄工序拉速較低，造成結晶器內流場效果差，結晶器表層保護渣熔化效果差，從而產生卷渣[7]。

3 缺陷控制

3.1 熱軋平輥系擦劃傷

對軋鋼區域的運送輥道進行檢修排查，更換表面不合格及轉動不靈活的輥道。對軋鋼區域運鋼輥道下積渣進行徹底清理，消除運送輥道因機械原因導致卡阻的隱患，從而避免因輥道卡阻造成的產品表面缺陷。對運送輥道全部加裝電流檢測系統及電流異常報警裝置，實時檢測輥道的轉動情況并及時報警，避免出現批量缺陷。

對于輥道表面存在異物粘連，加強輥道冷卻，避免輥道表面溫度過高導致粘鋼，按點檢要求檢查輥道，保證輥道的光潔度[8]。軋制表面要求高的鋼帶時，可適當增加點檢頻率，以保證設備精度符合軋制要求。

3.2 熱軋立輥系擦劃傷

可根據生產現場實際尺寸對立輥孔型進行改進，立輥孔型側壁上部分可采用較大圓角，使立輥能夠對軋件上表面邊部進行加工，減少軋件角部形狀對軋件溫度的影響，減少邊角金屬流動到帶鋼表面，減少黑線的產生幾率，并改變此線狀缺陷的位置，使其更靠近邊部，從而可以在后續冷軋邊部處理時將其切除。軋制時，要對立輥表面進行檢查，處理表面異物，避免出現機械原因導致的立輥系擦劃傷。

為減少因邊部溫降較大導致的“黑線”缺陷，可通過改善加熱工藝制度，使鋼坯內部溫度均勻，降低寬度方向溫差。也可對粗軋刮水系統進行完善，防止冷卻水大量噴淋中間坯邊部導致中間坯邊部溫度下降過快。

3.3 板坯缺陷

由于鍍錫基板產品具有簡單的成分體系，故在煉鋼生產過程中無需進行鈣處理。板坯內大尺寸鈣硅酸鹽夾雜物缺陷產生位置主要為中間包澆鑄保護渣，主要與連鑄工序有關，故應嚴格控制鑄坯質量。一是優化結晶器保護渣，根據鋼種和連鑄設備拉速選擇合適的保護渣，使用時將保護渣均勻熔化，形成具有適當厚度的液渣層，以保證鑄坯及坯殼在結晶器內良好傳熱，在吸收Al2O3夾雜后性能不發生變化。二是加強結晶器水口的質量檢查和控制，發生水口破損后，要及時更換，以減輕對鑄坯質量的影響。三是降低二冷水強度，減少冷凝收縮應力。

另外，應控制結晶器液面波動，合理控制渣配比和液渣層厚度。復合型夾雜除了要控制液面波動，還需對鋼包到中間包水口進行加長改進，減少鋼液氧化。換包時要確保拉速恒定和中間包澆鑄穩定，防止鋼水澆鑄時出現較大的液面波動，防止出現卷渣。表面裂紋型結疤是連鑄坯在軋制前就具有的原始縫隙，對此應改進鑄坯外部支撐，避免鑄坯液芯狀態下因內部高溫鋼水的靜壓力而導致的坯殼外脹和肚鼓變形，從源頭上消除表面裂紋型疤殼，從而減少板坯缺陷導致的鋼帶表面線狀缺陷。

4 結語

通過提高熱軋工藝控制水平及設備精度，可以降低熱軋原因導致的冷軋表面線狀缺陷的產生幾率，提高產品質量，滿足壓力罐裝材料使用要求。