热轧酸洗板表面斑状色差产生机理及控制措施

热轧酸洗板表面斑状色差产生机理及控制措施

刘吉

新疆八一钢铁股份有限公司新疆乌鲁木齐市830022

摘要：热轧酸洗板是介于冷轧板和热轧板之间的产品,其质量要求要高于热轧板,且部分热轧酸洗板需按照冷轧板的质量要求进行生产。实际生产发现,热轧酸洗板存在的表面质量缺陷主要有麻点、凹坑、氧斑、划伤、腰折、欠酸洗和过酸洗等等,这些缺陷形成原因较明确,控制手段易于提出。在首钢钢铁有限责任公司现场生产中发现大批量热轧带钢经酸洗后表面存在斑状色差缺陷,影响了成品的表观质量。此类缺陷经冷轧大压下率轧制后逐渐消失,对成品表面质量影响较小;但该缺陷对于以热代冷的热轧酸洗板类产品影响巨大,严重影响产品的涂镀性能。

关键词：热轧酸洗板；斑状色差缺陷；氧化铁皮压入；

斑状色差缺陷的产生与基体和氧化铁皮的界面状态密切相关,酸洗后表面粗糙度的差异是导致色差缺陷产生的直接原因。生产关联性因素跟踪及分析发现:色差缺陷的产生主要与热轧精轧工作辊辊面的状态密切相关,轧辊氧化膜剥落导致的铁皮压入缺陷是导致带钢酸洗后出现斑状色差缺陷的主要原因。因此,制定了合理的热轧工艺及轧辊使用和精轧用水、轧制润滑的优化等控制措施,成功消除了热轧酸洗板表面的斑状色差缺陷。

一、概述

目前，国内外相关研究表明:热轧板表面氧化铁皮的结构以及其与钢基体的结合状态是决定酸洗效果的关键。有学者对不锈钢带钢表面条痕色差缺陷进行了分析,认为带钢表面粗糙度不同是造成色差缺陷的主要原因,而表面粗糙度不同的主要原因是带钢表面不同程度的晶间腐蚀。进一步的研究认为:连铸保护渣对板坯表面的增碳和润滑剂燃烧增碳都会加剧晶间腐蚀。部分研究者对冷轧带钢表面的纵向色差带进行了分析,认为产生色差的主要原因是冷轧过程中乳化液润滑不足及喷嘴堵塞造成的。然而,对于热轧酸洗板产品中普遍存在的酸洗后的斑状色差缺陷,还未有文献进行系统的阐述。分析了热轧酸洗板酸洗后表面斑状色差缺陷的产生机理,同时提出了改善及预防措施。

二、斑状色差缺陷产生机理分析

1.斑状色差缺陷与轧辊氧化膜剥落的关联性。为了探明斑状色差缺陷产生的根本原因,对某轧制计划单共93卷热卷表面状态进行了跟踪。重点选取轧辊轧制末期(轧制第65～第85卷)的热轧带钢进行观察,可以发现典型的轧辊氧化膜剥落导致的热轧带钢表面铁皮压入缺陷。距离带钢头部200.44m处,带钢上表面距操作侧约156mm处有明显的轧辊氧化膜剥落形成的条带状表面缺陷(其他位置有不规则形状的氧化膜剥落痕迹),见图1(a)。在随后的十几米内,该缺陷反复出现,位置均为上表面距操作侧155～158mm,同时具有一定的周期性,见图1(b)。

图1轧辊氧化膜剥落导致的铁皮压入缺陷

比较接近的两处缺陷的起点是203.39m及200.80m,相差2.59m,对应辊径约为?800mm,推测为前部机架氧化膜剥落导致。本批次热轧酸洗板产品,经酸洗跟踪后都发现了明显的斑状色差缺陷。热轧过程中,精轧工作辊表面氧化膜的建立、维系及氧化膜优劣,均直接影响热轧带钢的表面质量。在一个辊期内,经烫辊材过渡后,轧辊氧化膜处于较好的状态,此时热卷的表面质量较好；轧制过程中,因偶然因素破坏的轧辊氧化膜可以自发进行修补,对最终热卷表面质量影响也较小；末期时,经反复热疲劳的作用,加之轧制中轧辊与带钢的摩擦磨损渐趋严重,轧辊氧化膜遭到较大的破坏,其自修复速度低于破坏速度,热轧带钢表面质量随之下降,出现由轧辊氧化膜剥落导致的氧化铁皮压入类缺陷。经过长期的生产跟踪及理论分析,认为由轧辊氧化膜剥落导致的氧化铁皮压入缺陷是导致带钢酸洗后出现斑状色差缺陷的主要原因。

2.轧辊氧化膜剥落导致色差缺陷的机理分析。连续出现的轧辊氧化膜崩坏导致的热轧带钢表面质量缺陷,是比较常见的辊系原因导致的铁皮压入缺陷。轧辊表面由于轧制载荷过高、轧制温度过高而产生了局部或者沿辊身的带状、斑状剥落。局部氧化膜剥落后的轧辊碾压带钢导致带钢此处的氧化铁皮凹凸不平,凹凸不平的氧化铁皮在随后的轧制过程中以非均匀的方式压入带钢表面,形成了氧化铁皮压入缺陷。因此,此处氧化铁皮与带钢基体的界面必然粗糙、存在大量铁皮压入导致的凹坑。生产中也发现氧化膜剥落的形貌与斑状色差缺陷的形貌具有较好的对应性。由此可见:热轧酸洗板酸洗后的表面斑状色差缺陷,主要与热轧精轧工作辊辊面氧化膜的状态有关。氧化膜剥落、粗糙时,碾压带钢使得三次铁皮出现不均匀压入的情况,造成铁皮与带钢基体界面粗糙、多凹坑,经酸洗除去铁皮后,粗糙度的差异导致色差缺陷的出现。

三、斑状色差缺陷的控制措施

斑状色差缺陷的控制措施:一是轧制温度制度及排产的优化,二是轧辊使用的优化,三是精轧用水制度的优化及轧制润滑技术的应用。

1.轧制温度制度及排产的优化。现场跟踪发现:终轧温度过高(不小于900℃)、辊期靠后时,该缺陷多发;而终轧温度较低(870~900℃)、辊期在中前期时,可较好地抑制该缺陷。因此,对于酸洗后表面质量要求较高的热轧酸洗板,为避免高温终轧时轧辊氧化膜的破坏,应采用热轧区域全线降低温度的策略:出炉温度设定在(1200±30)℃,精轧入口温度设定在(1000±30)℃,终轧温度设定在(880±30)℃,各关键点温度控制较之前的各段温度平均下降20～50℃左右。排产方面,应多采用辊期中前部安排酸洗板生产的热轧制度,可有效抑制酸洗后斑状色差缺陷。

2.轧辊使用的优化。应从优化精轧工作辊氧化膜角度进行一系列工艺及设备优化。（1）精轧区前部负荷较大的机架应采用高速钢轧辊,这是由于高速钢轧辊平均日消耗为0.1mm,仅为传统高铬铁材质轧辊日消耗1/3,可以有效避免轧辊氧化膜剥落导致的酸洗后斑状色差缺陷。（2）还应建立保证轧辊辊面质量的长效机制。如制定全套的轧辊使用管理规定:轧辊下机后生产准备作业区相关班组拿取轧辊信息联络单后对下机轧辊辊面进行评价,辊面评价按照评级图谱进行,辊面评级完成后根据辊单检查轧制信息决定其是否进入磨辊间MES系统。生产中发现明显轧辊氧化膜崩坏时,结合轧制品种决定是否非计划换辊,等。

3.精轧用水制度及轧制润滑技术的优化。经工业试验,已摸索出了氧化铁皮压入发生率最低时精轧各机架间冷却水的开启量,并通过二级设定的修改,固化针对特定钢种的生产工艺。而轧辊防剥落水是保证轧辊表面质量的关键因素,因此生产热轧酸洗板时,要保证轧辊防剥落水全部开启。轧制润滑技术的应用是维持轧辊氧化膜处于较优状态的有效手段。将轧制油进行预热并优化轧制油水混合物的喷射角度,可以大幅度提高轧制润滑效果,有效降低轧辊氧化膜的剥落倾向。通过上述控制措施,可以明显消除热轧酸洗板酸洗后的表面斑状色差缺陷,某厂生产热轧酸洗板斑状色差缺陷的发生率由15%～20%降至0.5%～1.0%。

总的来说，热轧酸洗板酸洗后表面斑状色差缺陷的本质为:色差部分氧化铁皮与基体界面的接触形貌不同,酸洗后带钢表面粗糙度的差异造成了观察上衬度的差异,形成了斑状色差缺陷。此类斑状色差缺陷主要与热轧精轧工作辊辊面氧化膜的状态有关。氧化膜剥落、粗糙时,轧辊碾压带钢使得三次铁皮生成不均匀并出现非均匀压入的情况,压入处的铁皮与带钢基体的界面粗糙、多凹坑,经酸洗除去铁皮后,粗糙度的差异导致色差的出现。通过轧制制度的优化、轧辊使用的优化和精轧用水制度、轧制润滑技术的优化,可以有效消除热轧酸洗板酸洗后的斑状色差缺陷。

参考文献：

[1]李欣健.热轧酸洗板质量问题分析及关键技术研究.2017.

[2]张永利,浅谈热轧酸洗板表面斑状色差产生机理及控制措施.2017.