06Cr13不銹鋼帶酸洗色差成因及控制措施

亓欣華，何 敏，卞恒國，李業鵬

（山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東 濟南 271100）

1 前 言

隨著市場鎳價的不斷攀升，含鎳不銹鋼生產成本居高不下，節鎳型不銹鋼06Cr13 成為目前消費者首選品種，其用途廣泛，具有良好的耐腐蝕性、焊接性、沖擊韌性等特點，生產成本低廉，價格穩定，能夠在多領域中替代奧氏體不銹鋼，成為廣大用戶的信賴產品。特別在成型性、耐蝕性、抗氧化性上表現出色，被稱為“經濟型”不銹鋼，國內市場對不銹鋼的需求量逐漸加大。近年來隨著環保政策的不斷嚴苛，酸洗白皮卷越來越受廣大用戶的青睞，但在連續酸洗生產中易發生鋼帶表面色差缺陷，嚴重影響著鋼帶表面色澤和質量判定，并且制約后續冷軋產品質量的提升。因此，針對該缺陷進行追溯分析，并提出改進措施，酸洗鋼帶表面色差缺陷取得了明顯改善。

2 色差成因分析

2.1 06Cr13酸洗色差缺陷描述

眾所周知，在不銹鋼帶酸洗過程中，酸濃度、溫度、速度是保證酸洗鋼帶質量的三要素，也是穩定不銹鋼帶酸洗表面質量的基礎。要想得到好的鋼帶表面質量和色澤，就必須控制好酸洗過程參數。在實際控制上往往不盡人意，常常會出現鋼帶表面色差缺陷，嚴重影響著下游用戶的冷軋鋼帶質量和板面色澤，被迫判為重洗卷，即影響一級品的判定，又造成重洗成本的浪費。

常見色差缺陷大體分為兩種：（1）鋼帶表面白帶狀色差缺陷，沿鋼帶軋制方向斷續存在，該缺陷主要集中在鋼帶邊部位置和中間位置。白帶狀色差形貌見圖1。（2）鋼帶下表面花紋狀色差缺陷，鋼帶出酸洗槽烘干后形成花紋狀色差，外觀形貌像“云狀”，該色差缺陷多數是整個板面存在，個別在中間部位。花紋（云狀）狀色差形貌見圖2。

圖1 白帶狀色差

圖2 花紋狀色差

2.2 色差缺陷追溯分析

為查明色差成因，技術人員對酸洗過程進行現場跟蹤，對比分析酸洗前后鋼帶表面及軋制控制參數分析認為：第一種白帶狀色差缺陷是鋼卷表面氧化皮厚度不均造成，經酸的腐蝕后鋼帶表面的氧化皮去除程度不一致，氧化皮薄的部位經硫酸槽腐蝕掉大部分氧化皮，再經過混酸（硝酸、氫氟酸）漂白鈍化后鋼帶表面顏色差異不大。而氧化皮較厚的部位腐蝕后氧化皮去除較慢，經混酸段二次侵蝕后才能徹底去除，表面漂白鈍化時間較短，表面顏色與其他部位相比差異較大，從視覺觀察形成顏色不同的色差帶，如圖1 所示。同時，用粗糙度測量儀對鋼帶顏色不同部位進行測量粗糙度，白帶狀色差部位粗糙度略高于正常部位。

為進一步驗證該缺陷產生的原因，對黑皮鋼卷進行取樣分析氧化皮厚度，針對不同部位的氧化皮厚度進行測定，測定厚度與酸洗后色差缺陷位置相對應，確定為氧化皮厚度不均造成，同時對取樣鋼帶酸洗過程實施跟蹤，氧化皮厚度與表面色差缺陷的對應情況如表1所示。

表1 氧化皮厚度與帶狀色差的對應情況

第二種“云狀”色差追溯酸洗過程控制參數，對比分析異常情況下的酸濃度、溫度、金屬離子濃度情況，發現酸洗色差與金屬離子濃度、酸溫和混酸濃度有著密切關系，多數出現在混酸濃度變化大，氫氟酸靠近工藝范圍上限，分析認為是造成“云狀”色差的一個主要原因。

另外，熱軋不銹鋼帶的酸洗屬于放熱反應，混酸在不銹鋼酸洗中會產生大量的熱量，當混酸中金屬離子濃度高于工藝范圍時，酸溫上升加快，板溫升高，鋼帶下表面“云狀”色差增加，也是影響鋼帶表面質量的一個重要原因。

2.3 小結

技術人員通過現場跟蹤、數據分析，認定酸洗卷白帶狀色差與熱軋鋼帶氧化皮厚度有關，而鋼帶下表面“云狀”色差與酸濃度、金屬離子、酸溫等指標異常及酸洗速度不匹配有著直接關系。因此，熱軋鋼帶氧化皮厚度不均是造成酸洗白帶狀色差的主要原因；混酸濃度、酸溫、金屬離子濃度是造成“云狀”色差的主要原因，通過優化軋制除鱗工藝和嚴格控制酸濃度來消除色差缺陷的目的。

3 控制措施

3.1 優化鑄坯駐爐時間及除鱗壓力

不銹鋼鑄坯表面在加熱和軋制過程中形成較為致密的氧化皮層，主要是Fe2O3、Fe3O4、FeCr2O4等氧化組織。為進一步消除酸洗鋼帶表面的白帶狀色差缺陷，從提高鑄坯加熱的均勻性入手，嚴格控制各段的加熱溫度和駐爐時間，細化工藝方案，實施加熱溫度窄范圍控制，精確控制加熱爐殘氧量，殘氧量由3%～5%調整為5%～7%，使鑄坯表面的氧化更加均勻，鑄坯加熱溫度按工藝范圍上限控制，波動范圍控制在±10 ℃，軋制薄規格鋼帶駐爐時間控制220～240 min，軋制厚規格（H≥4.0 mm）的駐爐時間控制在240 min以上。

加大鑄坯除鱗效果，除鱗箱投用兩組，鑄坯除鱗輥道速度控制在1.0～1.2 m/s，除鱗水壓力由18 MPa調整為20 MPa，提高鑄坯除鱗的打擊力度。粗軋機架除鱗投用1、3、5 道次，板坯駐爐時間＞240 min 的粗軋機架除鱗投用1、3、5 道次，駐爐時間≤240 min 的粗軋機架除鱗投用1、3 道次。同時對除鱗箱噴嘴定期檢查，機架除鱗利用換輥時序進行清理，確保噴嘴暢通、壓力正常。

采取措施后對黑皮卷再次進行取樣，檢測鋼帶邊部、中間部位氧化后厚度，驗證措施實施效果。檢測氧化皮邊部4.12～6.77 μm，中間部位3.05～5.17 μm，氧化皮厚度有了明顯改善，酸洗后帶狀色差也得到了有效控制。

3.2 強化破鱗參數

強化破鱗參數，最大限度地實施機械破鱗，鋼帶表面破鱗的好壞直接影響著鋼帶表面氧化皮松動程度，更有益于拋丸打擊氧化皮的去除。對破鱗參數進行優化調整，破鱗輥彎曲量由75～85 mm調整為70～75 mm，矯直量由80～85 mm調整為75～80 mm。破鱗參數優化后大大改善了鋼帶表面的氧化皮致密性，給拋丸創造了好的條件。

3.3 加大拋丸打擊力度

拋丸是酸洗生產線去除氧化皮的關鍵設備。拋丸打擊力度關系著酸洗鋼帶表面質量和粗糙度指標，也是有效去除不銹鋼帶表面的氧化層、銹蝕等雜質的有效手段，使鋼帶表面恢復光潔、平整狀態的重要環節。在酸洗過程中拋丸能夠消除鋼帶表面85%以上的氧化皮，而拋頭的對稱性投用對整個板面氧化皮去除起著至關重要的作用。為滿足不同規格斷面鋼帶酸洗工藝要求，駐爐時間長的鋼帶在正常工藝的基礎上增加2～4 個拋頭，電流提高10～20 A，拋丸打擊效果明顯，既改善了鋼帶氧化皮去除程度，又大大減輕了酸洗壓力，更利于酸洗鋼帶表面質量的控制。

3.4 制定個性化酸洗方案

熱軋不銹鋼退火酸洗工藝為硫酸H2SO4+混酸工藝。酸洗工藝參數見表2。

表2 06Cr13熱軋鋼帶酸洗工藝參數

硫酸酸洗段氧化鐵皮的化學反應方程式：

根據鋼帶用途要求，用作冷軋的坯料投用重刷進行氧化皮預處理，再進入硫酸段酸洗→中間刷洗→混酸段（一、二段）酸洗→最終刷洗，熱風干燥后進入下道工序。酸洗鋼帶去除表面氧化皮后生成一層致密的鈍化膜，形成完善鈍化膜起到防銹蝕的作用。

為得到較好的鋼帶板面和色澤，進一步消除白帶狀色差缺陷帶來的不利影響，滿足高檔產品用途要求，在酸洗前對板坯駐爐時間長短進行預篩選，優化組批，駐爐時間＞240 min 的鋼卷單獨組批酸洗，技術科制定該批次的酸洗排產計劃及酸洗工藝，調配酸濃度和酸洗速度，改善鋼帶表面帶狀色差缺陷，硫酸濃度按260～280 g/L 控制，氫氟酸按1.0～1.8 g/L控制，酸洗過程中根據鋼帶表面質量及時調整酸洗速度，延長鋼帶在酸侵蝕時間控制2 min～2 min30 s，最大限度地消除帶狀色差缺陷。

3.5 調整回收酸的加入方式

06Cr13不銹鋼帶“云狀”色差缺陷，經追溯主要原因是酸濃度控制不合適，生產中加酸不均勻是產生色差的一個重要原因。為降低酸洗制造成本，降低酸耗，在生產過程中增加回收酸利用量，在補加回收酸的頻次和數量上控制不合理，使在線酸濃度瞬間增高（HF含量不穩定），與酸洗速度不匹配，導致了鋼帶腐蝕程度不一致，形成下表面“云狀”色差，嚴重時也會造成鋼帶過酸洗缺陷。

若長時間酸洗，酸液更換不及時會使酸液中金屬離子增高，酸溫度上升快，也會造成鋼帶酸洗不良，發黃發暗，影響鋼帶光亮度，針對該缺陷應及時調整加酸頻次和數量，采取定時、定量，多頻次小批量加入，并定時取樣檢測酸濃度變化，當酸液中金屬離子等指標處于工藝上限時，及時補加新酸或置換，確保酸濃度、溫度、金屬離子等關鍵指標在可控范圍內。

3.6 沖刷水及關鍵設備管理

酸洗線末端設備擠干輥擠壓效果，以及刷洗水質和噴淋壓力也會影響鋼帶表面質量，同時是消除鋼帶下表面色差的有效手段。最終沖刷水始終保持干凈、清澈，定時、定量補加脫鹽水，防止造成鋼帶的二次污染。在刷洗水管控方面，最終刷洗段增設管道壓力泵，增加沖刷水的流速和壓力，加快刷洗水的循環和沖刷效果。擠干輥等重點工藝設備使用周期列入日常檢查和管控，過鋼量≯3萬，保證擠干效果。

4 結 語

消除06Cr13 鋼帶酸洗色差缺陷，穩定軋制和酸洗工藝等工藝參數，采取了以下措施。（1）優化鑄坯駐爐時間及除鱗壓力，降低熱軋鋼帶氧化皮厚度。區分鑄坯駐爐時間和軋制厚度，細化鋼帶軋制厚度和規格選擇合理的除鱗壓力和除鱗道次，改善鋼帶表面氧化層厚度和均勻性，并跟蹤驗證改進效果。（2）強化破鱗參數，改善破鱗效果；加大拋丸打擊力度，提高打擊均勻性，增加拋頭個數和電流，板面打擊無死角，大大減輕了酸洗壓力，降低了酸耗。（3）細化酸洗工藝，實施個性化控制，優化排查計劃；調整回收酸的加入方式，采取定時、定量，多頻次小批量加入，確保酸濃度、溫度、金屬離子等關鍵指標在可控范圍內，有效防止酸濃度變化造成下表面色差缺陷。（4）加強關鍵工藝設備的管理與控制，始終處于受控狀態和完好狀態，采取定量、定期雙重管控更換和維護，保障了設備的完好運行及有效性。