鍍鋅板表面翹皮類缺陷產(chǎn)生原因

劉向明, 王 偉, 陳立平, 侯永亮, 王 勇

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司, 唐山 063200)

鍍鋅板具有良好的耐腐蝕性、成型性、涂覆性,被廣泛應(yīng)用于汽車、家電等領(lǐng)域[1-2],同時對其表面質(zhì)量的要求也在不斷提高。帶鋼表面的翹皮類缺陷經(jīng)過熱鍍鋅后不能被掩蓋,進(jìn)而遺傳到成品表面,影響產(chǎn)品質(zhì)量。在煉鋼、連鑄、熱軋、冷軋等工藝過程中均會產(chǎn)生翹皮類缺陷,不僅工序復(fù)雜,現(xiàn)場干擾因素也很多,這些都是阻礙鍍鋅板表面質(zhì)量提升的關(guān)鍵因素。

影響翹皮類缺陷產(chǎn)生的工藝過程及因素包括煉鋼工序的內(nèi)生及外生夾雜物[3]。連鑄工序的保護(hù)渣,鑄坯內(nèi)部氣孔、縮松、表面裂紋等均會引起翹皮類缺陷[4-5]。熱軋工序的定寬機錘頭、立輥表面狀態(tài)、溫度控制、氧化鐵皮壓入、軋制制度、異物壓入、表面劃傷等因素同樣會引起翹皮類缺陷。冷軋工序的表面劃傷、異物壓入也可引起翹皮類缺陷[6-7]。其中,由煉鋼、連鑄工序夾雜物引起的翹皮類缺陷的成分可通過能譜儀測得。筆者分析了由鑄坯表面質(zhì)量,熱軋、冷軋工序引起的翹皮類缺陷產(chǎn)生原因,以及如何對其進(jìn)行快速辨別,排除了眾多的干擾因素,鎖定缺陷產(chǎn)生的工序,從而找出缺陷產(chǎn)生的具體原因。

1 理化檢驗

1.1 宏觀觀察

取3種典型翹皮類缺陷進(jìn)行分析,缺陷試樣為某熱鍍鋅產(chǎn)線生產(chǎn)的IF鋼(無間隙原子鋼),厚度為1.2 mm,分別將缺陷標(biāo)號為1,2,3號,3個缺陷試樣的宏觀形貌如圖1所示。由圖1可知:1號缺陷位于帶鋼表面,寬度方向位置基本固定,通卷間斷存在;2號缺陷距離板寬方向邊部10～15 mm,長度約300 mm;3號缺陷長度約120 mm,位于寬度方向尺寸的1/4位置,靠近操作側(cè)。

圖1 3個缺陷試樣的宏觀形貌

直接將鍍層酸洗去除后觀察基板,酸洗液為濃鹽酸與水1…1混合,在每升溶液中加入3.5 g六次甲基四胺。利用掃描電子顯微鏡(SEM)及能譜儀對缺陷試樣的表面及截面進(jìn)行分析。

1.2 掃描電鏡及能譜分析

由酸洗液將鍍層去除后,采用SEM和能譜儀分析基板表面的微觀形貌及成分,結(jié)果如圖2所示。由圖2可知:3個試樣表面均存在翹皮類缺陷,3號試樣的翹皮程度相對較輕。

圖2 1號試樣基板表面SEM形貌及能譜分析結(jié)果

1,2號試樣表面翹皮區(qū)域附近均存在塊狀物,采用SEM和能譜儀分析其成分,結(jié)果如圖3所示。由圖3可知:塊狀物主要含有Fe元素,以及少量的O元素。可以得出塊狀物實際為還原狀氧化鐵,在退火工藝過程中,由氧化鐵還原形成,說明翹皮類缺陷產(chǎn)生時,1,2號試樣均處于高溫環(huán)境,或缺陷產(chǎn)生后試樣均處于高溫停留過程中,且處于氧化性氣氛中。3號試樣僅存在翹皮類缺陷,未發(fā)現(xiàn)還原狀氧化鐵,3號試樣基板表面SEM形貌如圖4所示。

圖3 2號試樣基板表面SEM形貌及能譜分析結(jié)果

圖4 3號試樣基板表面SEM形貌

進(jìn)一步觀察截面,可以看到1號試樣翹皮的皮下及根部延伸區(qū)域存在氧化鐵,同時在氧化鐵的附近存在大量的氧化圓點,深度達(dá)30 μm,成分主要為O、Mn、Ti、Al元素(見圖5)。氧化圓點實質(zhì)是一種合金元素的內(nèi)氧化,伴隨著氧及合金元素的擴(kuò)散,需要一定的溫度及時間。美國鋼鐵協(xié)會曾聯(lián)合美國八大鋼公司研究氧化圓點的形成機制,認(rèn)為氧化圓點可在連鑄結(jié)晶器到熱軋粗軋之間的任意工藝產(chǎn)生[8]。可以根據(jù)氧化圓點的尺寸、分布深度、密集程度及具體鋼種成分鑒別氧化圓點產(chǎn)生于加熱爐階段還是熱軋階段。1號試樣氧化圓點分布十分密集,深度達(dá)30 μm,可認(rèn)為該氧化圓點產(chǎn)生于加熱爐中,該試樣的翹皮類缺陷在鑄坯中就已經(jīng)存在。

圖5 1號試樣截面SEM形貌及能譜圖

2號試樣截面SEM形貌和能譜分析結(jié)果如圖6所示。由圖6可知:翹皮根部存在氧化鐵,未發(fā)現(xiàn)氧化圓點。結(jié)合表面分析可知,該試樣缺陷產(chǎn)生于熱軋工藝過程中。

圖6 2號試樣截面SEM形貌和能譜分析結(jié)果

3號試樣截面SEM形貌和能譜分析結(jié)果如圖7所示。由圖7可知:鋅液已灌入翹皮內(nèi),未發(fā)現(xiàn)氧化鐵及氧化圓點,說明該缺陷產(chǎn)生于冷態(tài)。

圖7 3號試樣截面SEM形貌和能譜分析結(jié)果

分析3個試樣截面的微觀形貌,結(jié)果如圖8所示。由圖8可知:1號及2號試樣部分區(qū)域翹皮根部的裂縫不連續(xù),翹皮與基體部分區(qū)域已經(jīng)焊合成為一體,說明1號及2號試樣處于高溫狀態(tài),并經(jīng)過軋制后完成了部分區(qū)域的焊合,再次確認(rèn)了截面及表面的分析結(jié)果。3號試樣無焊合區(qū)域,證明了該缺陷在冷態(tài)下產(chǎn)生,同時晶粒無變形痕跡,說明該缺陷在退火前產(chǎn)生。另一方面,對于碳元素含量較高的鋼種,可通過分析缺陷處有無脫碳層來鑒別缺陷產(chǎn)生后,試樣是否處于高溫狀態(tài)。

圖8 3個試樣截面的微觀形貌

2 綜合分析及結(jié)語

(1) 1號試樣基板表面存在翹皮和還原狀氧化鐵,截面存在氧化鐵及大量的氧化圓點,截面組織存在焊合區(qū)域。結(jié)合現(xiàn)場情況,試樣的翹皮缺陷產(chǎn)生于加熱爐前。

(2) 2號試樣基板表面存在翹皮和還原狀氧化鐵,截面存在氧化鐵,截面組織存在焊合區(qū)域。缺陷分布于單側(cè)邊部,同時結(jié)合現(xiàn)場情況,發(fā)現(xiàn)立輥存在磨損,確定該試樣的翹皮缺陷產(chǎn)生于熱軋工藝過程中。

(3) 3號試樣基板表面存在翹皮,未發(fā)現(xiàn)還原狀氧化鐵,截面組織無變形且無焊合區(qū)域。結(jié)合現(xiàn)場情況,在酸洗帶鋼對應(yīng)位置發(fā)現(xiàn)劃傷,說明該缺陷為酸洗過程劃傷引起,與分析結(jié)果一致。

總體來看,可通過缺陷的分布規(guī)律分析試樣基板表面是否有還原狀氧化鐵及截面是否有氧化鐵、氧化圓點,其具體形貌、截面組織是否有高溫焊合痕跡、脫碳層、組織變形痕跡等,同時結(jié)合現(xiàn)場情況,鑒別該缺陷產(chǎn)生的具體工序。