一種非常規(guī)冷軋鋼帶表面缺陷的成因分析及預防措施

1、【摘 要】本文針對冷軋生產(chǎn)中鋼帶表面出現(xiàn)的非常規(guī)缺陷進行了形成機理分析，提出了相應的控制措施，徹底消除了該類缺陷的產(chǎn)生?！娟P鍵詞】冷軋鋼帶缺陷成因預防措施1.前言冷軋薄鋼帶的表面質(zhì)量缺陷較多，比如粘結(jié)、浪形、輥印、黑斑黑帶、劃傷等。這些缺陷都找到了產(chǎn)生原因，都可以通過生產(chǎn)各工序采取切實有效的控制措施來予以解決。冷軋廠生產(chǎn)中在鋼帶表面出現(xiàn)了一種非常規(guī)的成片分布或者成簇狀分布的表面缺陷。這類缺陷以前未見過，也未有相關資料對其進行分析。針對該類缺陷，我廠根據(jù)生產(chǎn)各工序的工藝質(zhì)量控制狀況，找準了產(chǎn)生該缺陷的原因，提出了相應的解決措施，有效杜絕了該類缺陷產(chǎn)生。冷軋廠主要生產(chǎn)工藝流程為：來料 淺槽紊流鹽酸

2、酸洗 四輥單機架可逆冷軋 強對流全氫罩式爐光亮去應力退火 四輥單機架不可逆平整 重卷。在鋼帶軋制過程中，軋機乳化液采用的是quaker（奎克）軋制油與脫鹽水的混合劑，可對冷軋?zhí)峁┝己玫墓に嚌櫥屠鋮s作用，能夠在冷軋過程中減少鋼帶與軋輥之間的摩擦，減少鐵粉微粒的產(chǎn)生，改善乳化液的性能指標，從而改善軋制過程及鋼帶表面質(zhì)量。退火工序用以消除鋼帶的冷軋加工硬化，改善組織結(jié)構，獲得所需要的機械性能和物理性能。通過爐內(nèi)氣氛強對流循環(huán)，以均勻罩式退火爐內(nèi)的各點溫度，通過氣體置換，將揮發(fā)后的氣態(tài)乳化液置換至爐臺外，保證鋼帶表面的光亮度和清潔度。由于良好的光亮退火作用保證了鋼帶退火后表面的清潔度，在平整工序，冷

3、軋廠主要采用干平整工藝。在鋼帶表面清潔度得不到保證或者工序需求時，我廠也采用濕平整工藝。鋼帶表面以麻面為交貨狀態(tài)，通過激光毛化獲得有一定粗糙度的毛化工作輥進行平整生產(chǎn)獲得。3.非常規(guī)表面缺陷形貌特征該類缺陷形態(tài)較多，但主要表現(xiàn)為兩種。一種是缺陷成片分布，面積較大，表面粗糙不平，深淺不一，與包裝紙板厚度方向撕開后呈現(xiàn)的粗糙毛化狀類似。平整機架及出口卷取機之間出現(xiàn)大量片狀或者鱗狀金屬膜片。膜片一面光滑光潔，一面毛糙，用手捏揉，膜片成金屬粉末。鋼帶表面及膜片光潔表面有一定的粘性。另一種是單顆粒或者成簇顆粒狀的明顯壓入性缺陷，有一定深度，凹面光滑。橫向多集中于邊部附近，縱向無周期分布規(guī)律，在鋼帶頭部分

4、布少，尾部多。缺陷產(chǎn)生于鋼帶上表面，鋼帶下表面無任何該缺陷。鋼帶表面清潔度差，污跡重，表面積炭和金屬粉末積聚嚴重，用手輕輕觸摸鋼帶表面，手指呈黑色并帶有一定金屬光澤。重卷高速運行情況下，鋼帶表面會有較多粉塵撲出。生產(chǎn)中平整機入口鋼帶表面完好，平整機出口出現(xiàn)此缺陷，因此判定該缺陷是在平整過程中產(chǎn)生。經(jīng)研判，此缺陷產(chǎn)生的根源是在平整前工序產(chǎn)生表面過多的殘留物，經(jīng)過平整使鋼帶表面質(zhì)量惡化。鋼帶酸洗過程分析酸洗中，鋼帶運行速度合理，處于機組控制的中上限。各酸洗段鹽酸濃度正常，五級漂洗水的Fe2+、Cl-、電導率及PH值均處于工藝要求范圍內(nèi)。各段酸洗介質(zhì)及漂洗水的溫度及烘干段溫度處于合理范圍內(nèi)。酸洗后鋼

5、帶表面無氧化鐵皮殘留，無各段擠干輥膠皮脫落后在鋼帶表面的粘連。因此酸洗工藝正常，酸洗后鋼帶表面質(zhì)量良好。鋼帶冷軋過程分析冷軋鋼帶表面殘留物主要來自冷軋過程。在高速、高壓軋制過程中鋼帶軋制變形區(qū)與軋輥磨損，產(chǎn)生大量直徑為13m的鐵粉微粒。經(jīng)過乳化液的沖洗，鐵粉微粒以懸浮狀進入乳化液。這些鐵粉微粒的存在既加劇了磨粒磨損又增加了表面吸附面積，進而吸附更多的軋制油及其他形式的炭氫化合物，經(jīng)過乳化液的離水展著性與鋼帶表面形成的良好親和力，在鋼帶表面形成乳化液殘留。這些殘留物經(jīng)過退火燃燒后在鋼帶表面形成灰燼及鐵粉，嚴重影響鋼帶表面質(zhì)量。生產(chǎn)期間對軋機乳化液指標進行了檢測，見表1。表1 軋機乳化液成分指標檢

6、測情況指標名稱皂化值PH值氯離子電導率總鐵含量濃度單位mgKOH/gmg/Lus/cmmg/L%檢測值50從上表可以看出，軋機乳化液指標基本符合工藝要求。乳化液皂化值、濃度、ESI等指標均處于較好水平。但總鐵含量明顯偏高，PH值也處于工藝要求之外。經(jīng)分析，乳化液中鐵粉微粒過多是導致鋼帶表面非常規(guī)缺陷的主要原因。乳化液中PH值過低，使乳化液顆粒度增大，穩(wěn)定性降低，增加乳化液消耗，縮短乳化液壽命，對乳化液的潤滑性也很不利。過多的鐵粉顆粒污染了乳化液，直接導致乳化液發(fā)黑發(fā)臭，使鋼帶板面也發(fā)黑，因此清洗性較差。軋制油中高含量的鐵粉微粒增加乳化液在鋼帶表面的殘留物中鐵粉微粒量。乳化液處理系統(tǒng)的正常工作能

7、夠有效減少鐵粉含量，降低乳化液灰分及雜油含量，純凈乳化液，使乳化液指標保持一個穩(wěn)定正常的水平，提高其潤滑性和冷卻性。磁過濾器加強攪拌，強化鐵粉沉淀效果，提高乳化液與鐵粉的分離性，并及時排除磁過濾器底部沉淀的鐵粉，可以將乳化液中鐵粉微粒含量降低到一個正常的水平，這樣既可以提高乳化液的潤滑效果，又可以使鐵粉微粒在鋼帶表面有一個合理的殘留量，對減少鋼帶退火粘結(jié)起到積極有效地效果。撇油器的使用能夠?qū)⑷榛翰郾砻鎽腋〉碾s油層及臟物排除去，減少雜油含量，提高乳化液的清潔性和潤滑效果。SCHNEIDER過濾器可以通過過濾紙的壓力過濾作用，清除乳化液中的金屬和其他非金屬雜質(zhì)，保證其清潔度，降低乳化液灰分。根據(jù)

8、生產(chǎn)情況，乳化液系統(tǒng)的處理設備應以合理的方式進行工作。我們規(guī)定，乳化液鐵粉含量達到一定值時（70 mg/L）必須開啟磁過濾器，生產(chǎn)中磁過濾器的開啟時間每班4h。乳化液表面雜油較少時可以不開啟撇油器。我們采用半開半閉啟用方式運行撇油器，即乳化液循環(huán)系統(tǒng)運行期間每班只運行一般時間，每隔2h運行2h。這樣既保證了乳化液的有效成分，又延長乳化液壽命，減少乳化液油耗（撇油器在帶走乳化液表面殘油及雜質(zhì)時也帶走少量乳化液）。軋機吹掃系統(tǒng)能夠減少鋼帶表面的乳化液殘留。良好的乳化液吹掃能保證除了因乳化液離水展著性導致在鋼帶表面均勻彌散分布的乳化液殘留外，鋼帶表面無大量的乳化液局部殘留。因此保持吹掃系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)

9、是關鍵。對乳化液吹掃系統(tǒng)要加強點檢及巡檢，檢查噴嘴梁是否彎曲，噴嘴是否堵塞或者脫落，噴掃角度是否偏移等。要保持乳化液循環(huán)系統(tǒng)的暢通，吹掃壓縮空氣壓力保持在47 Kg/cm2，保證吹掃系統(tǒng)形成連續(xù)有效的吹掃面，清除鋼帶表面的乳化液殘留。冷軋軋制過程中工作輥上輥為激光毛化輥，下輥為光輥，因此鋼帶上表面為麻面，下表面為光面，鋼帶上表面粗糙度明顯高于下表面。所以鋼帶對乳化液雜質(zhì)、鐵粉的吸附以上表面居多，下表面較少。冷軋軋制過程中對鋼帶板形的控制、末道次的卷取質(zhì)量的控制十分重要。如果板形不良，末道次卷取張力左右不均勻、波動大，卷取質(zhì)量差，會導致鋼帶在退火過程中部分區(qū)域的鋼帶表面粘接嚴重，乳化液及雜油殘留

10、物揮發(fā)不充分造成黑斑黑帶，使鋼帶表面灰分殘留物過多，增加鐵粉在鋼帶表面的吸附力。罩式退火爐退火過程分析由于鋼帶軋制中軋機前后吹掃、乳化液成分及處理系統(tǒng)異常，鋼帶表面殘留乳化液雜質(zhì)、鐵粉較多。針對此問題，可以對退火的吹掃過程及時調(diào)整工藝控制參數(shù)，盡量減少鋼帶表面積炭，提高鋼帶表面清潔性。比如延長氣體介質(zhì)的吹掃時間，提高循環(huán)風機的運轉(zhuǎn)頻率以加大氣體流量，延長乳化液揮發(fā)平臺的保溫時間等。退火爐臺及管道系統(tǒng)的各類閥件及管道的正常工作是非常關鍵的。比如用于控制氫氣流量的爐臺氫氣管道重錘閥能及時對乳化液揮發(fā)后爐內(nèi)壓力增大到設定值而報警泄壓，使新鮮氫氣通過重錘閥進入爐內(nèi)及時置換爐內(nèi)氫氣和揮發(fā)的乳化液混合氣氛

11、，到達及時排除乳化液的目的。因此，要求重點對退火過程中氫氣介質(zhì)用量重點監(jiān)護，每個退火周期的氫氣用消耗量必須控制在190200 m3范圍內(nèi)，使退火氣氛正常，吹掃徹底。退火中乳化液揮發(fā)平臺前期的加熱速度及吹掃過程的控制十分重要。如果爐內(nèi)鋼卷溫度冷點與熱點的溫差過大，溫度均勻性差，在升溫過程中會造成局部熱脹過快，擠壓其他部位鋼帶，使乳化液揮發(fā)受阻，也將導致黑斑黑帶的產(chǎn)生及鋼帶表面灰分過多殘留，增加鐵粉在鋼帶表面的吸附力。4.4 平整過程分析通過對酸洗、軋制、退火和平整等工序的現(xiàn)場調(diào)查，認為軋機乳化液中鐵粉顆粒多，軋制中乳化液吹掃異常，退火未能及時采取有效補救措施及存在機械故障，導致鋼帶表面鐵粉及積炭

12、嚴重。經(jīng)過干平整，鋼帶表面的鐵粉及積炭吸附在平整工作輥表面。隨著鋼帶平整過程的進行，輥面鐵粉越吸附越多，最終在輥面局部形成單個或者簇狀顆粒，嚴重者形成片塊狀金屬膜。這些吸附物經(jīng)過平整又全面壓入鋼帶表面，形成壓入性缺陷。平整工作輥吸附較厚的鐵粉及炭化物，嚴重的碾壓后形成金屬膜片脫落后在平整機架及出口卷取機之間明顯可見。如果平整支承輥有坑洞，或者其他軋輥缺陷，將更易吸附鋼帶表面的積炭及鐵粉微粒，經(jīng)過工作輥的傳遞，對鋼帶表面產(chǎn)生嚴重的壓入性表面質(zhì)量缺陷。實踐證明，平整工作輥處于冷輥狀態(tài)時輥面吸附的水氣重，更易吸附鋼帶表面的積炭及鐵粉微粒。因此工作輥停止工作一段時間后或者新?lián)Q上時，平整工作前可以先以小

13、軋制力下運轉(zhuǎn)工作輥一定時間，使工作輥表面溫度略微上升，減少對鋼帶表面異物的吸附。圖1 平整工作輥上嚴重的積炭及金屬經(jīng)碾磨后形成的搓衣板狀圖2 平整工作輥上積炭及金屬粉末膜片被撕掉形成的形態(tài)5.應對措施及效果檢查5.1 采取的控制措施 合理控制乳化液成分指標，提高軋機乳化液的清潔性和潤滑性，減少鋼帶軋制過程中過分摩擦產(chǎn)生的鐵粉顆粒，減少鋼帶表面鐵粉吸附和表面污跡。對乳化液系統(tǒng)各處理設備加強檢查維護保證正常運行。特別要確保磁過濾器和施奈德過濾器的正常運轉(zhuǎn)，保證過濾效果，減少乳化液內(nèi)鐵粉含量。確保撇油器的工作狀態(tài)，以減少乳化液雜油的存在。加強軋機乳化液吹掃系統(tǒng)的監(jiān)護，保證吹掃效果，杜絕乳化液在鋼帶表

14、面的局部殘留。保證退火工藝制度，根據(jù)前工序生產(chǎn)狀況及時調(diào)整退火工藝參數(shù)，防止因退火不良局部揮發(fā)不全在鋼帶表面形成積炭。對退火各管道及爐臺設備加強巡檢，及時查出故障隱患，保證退火效果。 平整中檢查來料板面，發(fā)現(xiàn)鋼帶積炭嚴重者調(diào)整平整方式，改干平整為濕平整。 增加平整工作輥的熱輥制度，在平整前使工作輥小壓力運轉(zhuǎn)0.5h，降低平整冷工作輥對積炭及鐵粉的吸附性。 加強平整出口鋼帶表面的檢查，發(fā)現(xiàn)有該類非常規(guī)表面缺陷的出現(xiàn)，立即停機清洗平整軋輥，消除輥面吸附的鐵粉。 對已經(jīng)產(chǎn)生的非片塊狀缺陷，可以重新平整以減輕甚至消除缺陷影響，而對缺陷機械性能及物理性能不產(chǎn)生任何影響。5.2 改進效果采用上述措施后，冷軋廠的鋼帶表面缺陷大幅度減少，嚴重影響產(chǎn)品的表面缺陷問題，如黑斑黑帶、表面污跡明顯減少，此類非常規(guī)的鋼帶表面缺陷已經(jīng)得到徹底的解決，為企業(yè)增加了巨大的經(jīng)濟效益。6.結(jié)語6.1 冷軋鋼帶生產(chǎn)過程中設備、設施的良好運行是獲得良好產(chǎn)品質(zhì)量的必要保證，必須確保各類設備、設施的正常運轉(zhuǎn)。乳化液循環(huán)系統(tǒng)及處理設備必須按要求運轉(zhuǎn)；必須保證軋機乳化液吹掃系統(tǒng)吹掃效果良好；必須保證退火各管道及閥件的正常工作狀態(tài)。6.2 各工序的精細化操作是保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提。各工序必須按規(guī)操作，當條件滿足后才能進行操作，比如預熱、冷卻、循環(huán)、吹掃壓力的保證等。影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素較多，應具體問題具體