淺談帶鋼缺陷分析方法

馮志強(qiáng)，姜 豐

寶鋼股份熱軋廠，上海 200941

淺談帶鋼缺陷分析方法

馮志強(qiáng)，姜 豐

寶鋼股份熱軋廠，上海 200941

在帶鋼生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)各種各樣的缺陷，為了便于缺陷產(chǎn)生原因的查找，促進(jìn)生產(chǎn)中的質(zhì)量改進(jìn)。本文通過平時工作中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了幾種常用的缺陷分析方法，主要包括缺陷特征分析法、相關(guān)性分析法和驗(yàn)證分析法，并通過列舉生產(chǎn)中的實(shí)際質(zhì)量問題分析過程具體說明了各種缺陷分析方法的實(shí)際應(yīng)用方法。

缺陷；熱軋；質(zhì)量；分析方法

當(dāng)今囯內(nèi)外鋼鐵市場競爭日益激烈。鋼鐵企業(yè)如果要保持其領(lǐng)先地位，不斷提高鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量就顯得極為重要。鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量包括其尺寸公差、板形、表面質(zhì)量、外形及性能等方面。就產(chǎn)品表面質(zhì)量而言，在熱連軋生產(chǎn)過程中，帶鋼表面經(jīng)常會產(chǎn)生各種各樣的缺陷，有些缺陷甚至是以前從未出現(xiàn)過的，也沒有相關(guān)的參考資料，作為質(zhì)量工作者，我們必須在實(shí)際工作實(shí)踐中，搞清是一種什么樣的缺陷，摸索其產(chǎn)生原因，找到解決問題的辦法。不斷的實(shí)踐、摸索、試驗(yàn)和總結(jié)，形成一套帶鋼缺陷的分析方法，就有利于缺陷原因的查找和消除。即使隨著熱連軋生產(chǎn)工藝技術(shù)不斷發(fā)展，熱連軋帶鋼表面在線檢測技術(shù)已經(jīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用，但它也離不開質(zhì)量檢查人員對帶鋼表面缺陷的正確判定，以提供在線自動檢測裝置的判定標(biāo)準(zhǔn)和不斷學(xué)習(xí)之用。本文通過平時工作中多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出一些常用的并且行之有效的缺陷分析方法。

1 缺陷特征分析法

生產(chǎn)過程中，帶鋼表面會產(chǎn)生種種缺陷，只要仔細(xì)觀察就不難找出一些規(guī)律來，比如：按照缺陷的特征如形貌特征、宏觀慨貌、分布規(guī)律及微觀分布等，根據(jù)這些特征，再通過對這些規(guī)律的查找歸納，就可以對帶鋼表面缺陷有一個清晰的分析。

1.1 宏觀形貌分析法

通過對帶鋼表面缺陷的宏觀形貌特征來判斷缺陷產(chǎn)生的原因的方法為宏觀形貌分析法。

這種方法主要是針對熱連軋帶鋼生產(chǎn)中較常出現(xiàn)的、原因明確的表面缺陷。通過觀察帶鋼表面缺陷的宏觀形貌，可以大致確定缺陷的程度以及所屬缺陷大類。這種方法要依靠長時間的經(jīng)驗(yàn)積累。對于生產(chǎn)中常見的缺陷根據(jù)形貌進(jìn)行分類，是目前應(yīng)用最廣泛且最實(shí)用的一種方法。目前熱軋主要依靠在線表面檢測儀并結(jié)合尾部開卷檢查來對缺陷宏觀形貌進(jìn)行觀察。

圖1 氧化鐵皮

例如：對于帶鋼表面氧化鐵皮缺陷，目前就主要依靠其宏觀形貌特征來進(jìn)行判定。由于氧化鐵皮在熱軋中發(fā)生頻率較高，因此在多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)中我們已經(jīng)總結(jié)出了較為成熟的根據(jù)缺陷宏觀形貌來判斷產(chǎn)生原因的方法。表面氧化鐵皮缺陷按照產(chǎn)生原因共分為四類：溫度類、板道類、軋輥類、除鱗類[1]。不同類型的表面氧化鐵皮缺陷就可以按照不同的原因找出不同的解決辦法，使表面氧化鐵皮缺陷得到控制。這4種氧化鐵皮的典型形貌如圖1所示。

1.2 缺陷分布規(guī)律分析

通過對帶鋼表面缺陷的分布規(guī)律來判斷缺陷產(chǎn)生的原因也是一個極為有效的手段。有些缺陷的宏觀形貌是非常相似的，但不同原因產(chǎn)生的缺陷分布情況往往存在明顯的差異，通過對缺陷分布的觀察就可以判定缺陷產(chǎn)生的原因，從而找到解決辦法。目前熱軋主要是依靠在線表面檢測儀和精整開卷來對帶鋼缺陷的分布進(jìn)行觀察。

例如：劃傷和黑線缺陷，其缺陷宏觀形貌極為相似（見圖2），但是這兩種缺陷由于產(chǎn)生原因不同，所以在帶鋼上的分布存在明顯差異。劃傷缺陷由于是機(jī)械性的損傷，跟據(jù)其特點(diǎn)，我們可以知道缺陷在帶鋼寬度方向上的位置是固定的，而黑線是一種鋼質(zhì)缺陷，而鋼質(zhì)缺陷的分布一般是無規(guī)律的，所以缺陷在帶鋼上應(yīng)該是隨機(jī)分布的，劃傷和黑線的分布情況見圖3。通過缺陷的不同分布我們可以快即的明確缺陷的產(chǎn)生原因。

圖2 缺宏觀形

圖3 缺陷分布

1.3 微觀形貌分析和成分分析

微觀分析法就是通過對缺陷微觀形貌的觀察并輔以成分的分析來找到缺陷的特征點(diǎn)，從而明確缺陷的產(chǎn)生原因。目前該項(xiàng)工作主要由技術(shù)部門完成。

例如：冷軋異物壓入和熱軋氧化鐵皮缺陷，在冷軋軋后的形貌和分布規(guī)律極為相似。通過缺陷宏觀形貌特征和缺陷分布規(guī)律來判斷這兩種缺陷顯然是困難的。但是由于其產(chǎn)生原因不同，其缺陷處的微觀形貌和成分都存在明顯差異[2]，在這種情況下我們通過對缺陷的微觀形貌和能譜分析就可以很好的區(qū)分這兩種來判斷這兩種缺陷顯然是困難的。但是由于其產(chǎn)生原因不同，其缺陷處的微觀形貌和成分都存在明顯差異[2]，在這種情況下我們通過對缺陷的微觀形貌和能譜分析就可以很好的區(qū)分這兩種缺陷，成份分析圖譜見圖4。通過微觀形貌可以發(fā)現(xiàn)，熱軋氧化鐵皮壓入表面破碎后呈顆粒狀，且缺陷底部較毛糙銳利，而冷軋異物壓入缺陷底部較平緩光滑；通過成分譜圖我們可以發(fā)現(xiàn)異物壓入的缺陷處一般含有橡膠輥及聚胺脂類輥剝落的較柔軟的有機(jī)物或酸洗沉淀物、機(jī)架落塵等異物中的特征成分。而氧化鐵皮壓入缺陷主要是O和Fe的成分，為熱軋過程中壓入帶鋼表面。

圖4 成分譜圖

2 缺陷相關(guān)性分析法

熱連軋帶鋼表面缺陷種種色色。有些缺陷是無法按形貌特征來分析的，只能尋求別的方法加以考慮。相關(guān)性分析則可以對有些缺陷進(jìn)行歸納分析總結(jié)。

2.1 工藝相關(guān)性分析

工藝相關(guān)分析法就是將缺陷帶鋼與正常帶鋼的各項(xiàng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，從而發(fā)現(xiàn)其中的差異，來查找缺陷的產(chǎn)生原因，該分析可以從橫向和縱向兩方面進(jìn)行對比，即對同一時間段內(nèi)生產(chǎn)的正常帶鋼與缺陷帶鋼的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比和對同一品種帶鋼的歷史數(shù)據(jù)和近期數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。

例如：帶鋼邊部線狀缺陷，一般分布在帶鋼的邊部20mm以內(nèi)，帶鋼的兩側(cè)上下表面均有可能發(fā)生。該缺陷最初發(fā)生時無法明確產(chǎn)生原因，懷疑為鋼質(zhì)缺陷，取缺陷樣做缺陷成分及截面金相的分析，結(jié)果如下：翹皮缺陷底部夾有密布的氧化鐵；缺陷處晶粒大小不一，混晶嚴(yán)重。煉鋼調(diào)查也無明顯異常。為了查找缺陷產(chǎn)生的原因，調(diào)出一定時期內(nèi)軋制的帶鋼生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過對缺陷帶鋼和正常帶鋼生產(chǎn)數(shù)據(jù)的逐項(xiàng)對比發(fā)現(xiàn)：缺陷帶鋼的側(cè)壓量明顯高于正常帶鋼；缺陷帶鋼的出爐溫度也高于正常帶鋼。對比數(shù)據(jù)見表1。

表1 生產(chǎn)數(shù)據(jù)

基于上述發(fā)現(xiàn)通過對側(cè)壓量和出爐溫度的優(yōu)化，帶鋼邊部線狀缺陷的程度和發(fā)生頻率大大降低。

2.2 設(shè)備相關(guān)性分析

設(shè)備相關(guān)分析法就是針對各個工序中的設(shè)備變更履歷和設(shè)備的投入情況等的變化進(jìn)行相關(guān)性分析，從而查找缺陷產(chǎn)生原因的一種方法。

例如：帶鋼上表傳動側(cè)距邊部100mm處的劃傷缺陷，沿帶鋼全長斷續(xù)分布。通過對缺陷的分析發(fā)現(xiàn)存在劃傷的帶鋼全部為邊部加熱器投入狀態(tài)，而邊部加熱器不投入時無此劃傷缺陷。后對邊部加熱器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)其傳動側(cè)防撞輪有明顯的燙痕和粘鐵，精軋邊部加熱器傳動側(cè)的防撞輪直接壓在中間坯上，形成明顯劃痕，經(jīng)精軋軋制后缺陷無法完全消除，后將防撞輪更換后再投入邊加，劃傷缺陷消失。

3 缺陷驗(yàn)證分析法

還有的帶鋼表面缺陷是通過各中驗(yàn)證方法來分析其產(chǎn)生的原因，找出消除其辦法的驗(yàn)證包括工序驗(yàn)證、產(chǎn)線驗(yàn)證等分析方法。

3.1 工序驗(yàn)證分析法

工序驗(yàn)證分析法就是對缺陷帶鋼的生產(chǎn)過程進(jìn)行調(diào)查，并從后至前逐一排除，直至鎖定異常工序。

例如：帶鋼擦劃傷毛刺缺陷，缺陷形貌為翹起的片狀，主要在帶鋼工作側(cè)全長斷續(xù)分布，帶鋼尾部偏重。仔細(xì)觀察缺陷會發(fā)現(xiàn)毛刺不是從帶鋼表面延伸出來的普通毛刺，而是從帶鋼端面延伸出來，且無毛刺缺陷處帶鋼端面質(zhì)量良好，不存在異常變形等情況。

首先對精軋區(qū)域進(jìn)行調(diào)查，經(jīng)調(diào)查確認(rèn)精軋無異常，基本可確定缺陷在精軋前已經(jīng)產(chǎn)生。為了驗(yàn)證缺陷的產(chǎn)生工序?qū)⒁粔KR2軋制后的中間坯推長條。觀察中間坯邊部可以發(fā)現(xiàn)存在明顯缺陷。該缺陷在中間坯上間斷性分布，與帶鋼上毛刺的間斷性分布特征相符。另外該缺陷也在中間坯的端部位置，經(jīng)精軋后缺陷應(yīng)該在帶鋼的端部，這也與缺陷特征符合。由此可以推斷毛刺缺陷為該缺陷在粗軋產(chǎn)生。

為了進(jìn)一步明確缺陷在粗軋的產(chǎn)生位置，將一塊經(jīng)R1軋制后的板坯再推長條。觀察板坯可以發(fā)現(xiàn)其端部已經(jīng)存在明顯的損傷。根據(jù)形貌和其分布情況我們認(rèn)為中間坯上的缺陷為該缺陷造成。至此，可以推出缺陷產(chǎn)生于SP和R1之間。對SP至R1之間所有可能與帶鋼邊部接觸的設(shè)備進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)R1入口導(dǎo)板變形磨損嚴(yán)重，且由于刮蹭工作側(cè)有少許粘鐵，隨后，對粘鐵進(jìn)行處理，并對側(cè)導(dǎo)板加大了開度和重新標(biāo)定，隨后生產(chǎn)中該缺陷消失。

3.2 產(chǎn)線驗(yàn)證分析法

產(chǎn)線驗(yàn)證分析法就是對于同一批次或同一品種的帶鋼在不陷產(chǎn)生的工序。該方法又可分為兩類：同一原料來源不同后續(xù)產(chǎn)線情況對比和不同原料來源同一后續(xù)產(chǎn)線情況對比。

3.2.1 同一原料來源，不同產(chǎn)線情況驗(yàn)證

在缺陷的產(chǎn)生原因無法通過技術(shù)手段明確找到時，可以通過對同一來源地的原料在不同后續(xù)產(chǎn)線進(jìn)行生產(chǎn)，收集各不同后續(xù)產(chǎn)線的質(zhì)量情況。對于同一來源的原料，如不同后續(xù)產(chǎn)線都存在相同缺陷，則可證明缺陷產(chǎn)生的根本原因在原料供應(yīng)工序；如不同后續(xù)產(chǎn)線中只有特定的產(chǎn)線存在該缺陷，則基本可證明缺陷產(chǎn)生原因在該產(chǎn)線。

如某牌號帶鋼的邊部翹皮缺陷，該缺陷出現(xiàn)時無法明確產(chǎn)生的原因，為了驗(yàn)證缺陷產(chǎn)生的工序，安排了二煉鋼生產(chǎn)的同一批板坯在一熱軋和二熱軋分別軋制的試驗(yàn)，軋制生產(chǎn)后一熱軋和二熱軋都發(fā)生了邊部翹皮缺陷，則基本可明確該缺陷產(chǎn)生工序?yàn)槎掍摗?/p>

為了驗(yàn)證該結(jié)果，后對同牌號板坯進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)板坯上存在角橫裂缺陷。

3.2.2 不同原料來源，同一產(chǎn)線情況驗(yàn)證

同樣的，對于無法查找缺陷產(chǎn)生原因時，采取不同來源原料在同一后續(xù)產(chǎn)線生產(chǎn)的手段也可以方便得找到問題所在。如果不同來源的原料在同一產(chǎn)線生產(chǎn)時產(chǎn)生了相同的缺陷，則基本可以判斷缺陷的產(chǎn)生工序?yàn)樵摵罄m(xù)產(chǎn)線；如果不同來源的原料在同一后續(xù)產(chǎn)線生產(chǎn)時只有某一原料來源的存在缺陷，則也可明確缺陷產(chǎn)生工序。

例如：冷軋反饋二熱軋供料卷軋后存在批量“邊部翹皮”缺陷，缺陷全長間斷性分布，距邊部（切邊10mm后）10mm。

該缺陷形貌與熱軋邊部翹皮冷軋后形貌類似，分布也基本相同。對缺陷進(jìn)行成分分析，只含有氧元素和鐵元素。缺陷的產(chǎn)生原因難以明確。針對上述情況，對冷軋退火后成品庫、軋硬卷庫中的不同供料廠家鋼卷進(jìn)行抽查，發(fā)現(xiàn)不同廠家的部分鋼卷內(nèi)外圈均存在“邊部翹皮”缺陷，缺陷位置主要集中在冷軋酸軋機(jī)組操作側(cè)，距邊部10mm（切邊后），且所有鋼卷寬度均不同。與二熱軋供料卷缺陷情況相同。這說明該缺陷在冷軋產(chǎn)生的可能性較大，后經(jīng)查證冷軋切邊圓盤剪存在異常。

4 結(jié)論

帶鋼在熱連軋生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的種種表面缺陷，通過缺陷特征分析、相關(guān)性分析和驗(yàn)證分析基本可以找到缺陷產(chǎn)生的原因或工序。從而明確其消除辦法。

1）對缺陷的分析過程一般為：宏觀形貌—分布情況—成分分析—微觀形貌—工藝相關(guān)性—設(shè)備相關(guān)性—工序驗(yàn)證—產(chǎn)線驗(yàn)證；

2）對于生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的持續(xù)出現(xiàn)的缺陷適于采用缺陷特征分析法進(jìn)行分析；

3）對于以前從未出現(xiàn)過的新缺陷可以優(yōu)先采用相關(guān)性分析法進(jìn)行分析；

4）對于通過各種手段都無法查明產(chǎn)生原因的缺陷或者產(chǎn)生原因牽涉較多工序的缺陷，則可以采用驗(yàn)證分析法來進(jìn)行分析。

由于生產(chǎn)中的缺陷品種繁多，所以在對缺陷進(jìn)行分析時通常是多種分析方法并用。

[1]朱蔚林.氧化鐵皮的分系與控制探討[D].2006年全國軋鋼生產(chǎn)技術(shù)會議文集，2006.

[2]馬春學(xué)，王玉硯.帶計算機(jī)的顯微分析儀在鋼鐵材料分析中的應(yīng)用[J].物理測試，1995(6).

TG333

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1674-6708（2010）33-0090-03