BN1G冷軋不銹鋼表面白點(diǎn)缺陷的分析

戴科棟　王東輝　魏巍

摘 要： 針對(duì)寶鋼德盛冷連軋機(jī)連退酸機(jī)組（簡稱德盛冷軋）生產(chǎn)的型號(hào)為BN1G不銹鋼帶2B表面成品，在拋光時(shí)其表面存在白點(diǎn)缺陷的質(zhì)量問題，通過對(duì)白點(diǎn)缺陷的形態(tài)、BN1G鋼種特性及機(jī)組生產(chǎn)狀態(tài)等分析和工藝改進(jìn)實(shí)驗(yàn)對(duì)比，得出缺陷的不同成因，并做出了相應(yīng)的改善方法，使缺陷得到有效控制，產(chǎn)品質(zhì)量可滿足拋光要求。

關(guān)鍵詞： 白點(diǎn)； 表面粗糙； 過氧化； 脫脂

中圖分類號(hào)： F 416.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)： 1671-2153（2017）05-0105-04

0 引 言

節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼，減少了貴金屬鎳的含量，使用較高含量的錳、氮等奧氏體形成的元素，在室溫下獲得單一的奧氏體組織。此類不銹鋼在具備優(yōu)良機(jī)械性能的同時(shí)，因低鎳而大幅降低了合金成本，且在弱腐蝕環(huán)境如器具、廚具、室內(nèi)表面裝飾等普通用途領(lǐng)域可被廣泛使用，對(duì)鎳資源比較缺乏的國家而言，這類不銹鋼的研發(fā)并且工業(yè)化就顯得更為重要[1]。

寶鋼型號(hào)BN1G不銹鋼就是節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼中的一種，應(yīng)用于表面裝飾，經(jīng)拋光處理后，帶鋼表面存在“麻點(diǎn)”或者稱為“砂眼”之類的缺陷，視覺上為無規(guī)則密集白點(diǎn)缺陷。經(jīng)過粗糙度檢測(cè)明顯高于其他企業(yè)的同類產(chǎn)品，不能滿足拋光質(zhì)量要求。本文將對(duì)BN1G鋼種的白點(diǎn)缺陷產(chǎn)生原因及相應(yīng)的處理方法進(jìn)行分析。

1 缺陷形貌分析

1.1 白點(diǎn)缺陷的表面形態(tài)

寶鋼德盛BN1G鋼種2B表面成品的工藝路徑主要為：四機(jī)架連軋、脫脂、退火、酸洗和平整。在生產(chǎn)過程中，通過細(xì)砂紙均勻輕拋平整后的帶鋼表面能檢查到白點(diǎn)缺陷。白點(diǎn)缺陷發(fā)生的分布形態(tài)、程度或位置各異，有偶發(fā)單點(diǎn)狀、密集匯聚后的塊狀、位于帶鋼局部位置的連斷續(xù)狀等。

1.2 白點(diǎn)缺陷的表面微觀形貌

為了解白點(diǎn)缺陷的具體成因，對(duì)白點(diǎn)缺陷的單個(gè)形態(tài)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室微觀形貌觀察，發(fā)現(xiàn)每個(gè)白點(diǎn)呈現(xiàn)出表面坑點(diǎn)的形貌特征，樣板中坑點(diǎn)尺寸約為5～10 μm，而通過掃描電鏡，對(duì)正常表面與坑點(diǎn)的底部進(jìn)行成分對(duì)比觀察，發(fā)現(xiàn)坑點(diǎn)內(nèi)并無氧化物、夾雜物等異常成分，也未見晶界的貧鉻腐蝕[2]，如表1所示。

由此可見，市場(chǎng)反應(yīng)的BN1G帶鋼表面經(jīng)拋光后出現(xiàn)的密集白點(diǎn)缺陷，就是材料表面的坑點(diǎn)痕跡。當(dāng)帶鋼經(jīng)過混酸酸洗鈍化后，其整體表面色澤呈金屬銀白色，而在實(shí)施干磨拋光處理后，帶鋼表面的色澤被打磨去除，金屬光澤度大幅提升，而拋光處理對(duì)帶鋼基體的去除量仍不足以磨去坑點(diǎn)，故最終坑點(diǎn)與表面形成鮮明對(duì)比，呈現(xiàn)坑點(diǎn)邊際線，即白色點(diǎn)狀缺陷。白點(diǎn)缺陷呈密集存在，直接導(dǎo)致帶鋼表面粗糙度增加。

2 白點(diǎn)缺陷的發(fā)生原因

冷軋帶鋼表面坑點(diǎn)的形成，通常主要影響因素包括：退火酸洗過程發(fā)生的過氧化、原料表面粗糙狀態(tài)在冷軋后消缺不良和機(jī)械外力損傷。

2.1 帶鋼表面發(fā)生退火過氧化的分析

首先，白點(diǎn)缺陷在德盛冷軋機(jī)組生產(chǎn)SUS304鋼種時(shí)并未發(fā)生。尤其白點(diǎn)缺陷密集發(fā)生的狀態(tài)，在其他300系或400系不銹鋼中，也不常見。這或與其鋼種的成分特性有關(guān)，BN1G不銹鋼的合金成分如表2所示。

由鋼種成分表可知，BN1G不銹鋼與常規(guī)的奧氏體不銹鋼，如與SUS304不銹鋼相比，其合金成分的主要區(qū)別除鎳含量的大幅降低，錳含量的大幅增加外，其鉻含量也相對(duì)較低，因此BN1G不銹鋼的高溫抗氧化性較差，耐蝕能力也不如SUS304不銹鋼[3]。即BN1G的帶鋼表面雖然在退火過程中容易發(fā)生高溫氧化，但經(jīng)酸洗后，其表面的氧化層也相對(duì)容易去除。

根據(jù)鋼種的這一特性和缺陷發(fā)生的局部化特征，在生產(chǎn)中進(jìn)行了一系列的工況模擬實(shí)驗(yàn)。取生產(chǎn)中的常規(guī)介質(zhì)：水、軋制油、脫脂溶液，分別少量地抹在進(jìn)退火爐前的帶鋼表面上，結(jié)果均能在退火后看到帶鋼相應(yīng)位置的過氧化痕跡。而經(jīng)酸洗后，該位置便呈現(xiàn)密集坑點(diǎn)，砂紙輕拋帶鋼表面，均出現(xiàn)白點(diǎn)缺陷。模擬實(shí)驗(yàn)中還可以看出，當(dāng)介質(zhì)抹的過多位置，經(jīng)酸洗后還存在氧化皮殘留痕跡，可見帶鋼表面已被嚴(yán)重氧化燒損。通過該實(shí)驗(yàn)可見，若帶鋼在退火前，其表面殘留水漬或油等異物時(shí)，經(jīng)過燃燒導(dǎo)致帶鋼表面發(fā)生局部高溫過氧化，帶鋼表面氧化層較正常位置將會(huì)更深更嚴(yán)重，而經(jīng)過酸洗后，氧化層被剝離清除，從而在帶鋼表面形成略深的氧化燒損凹坑[4]。

既然缺陷由帶鋼表面殘留的異物造成，那么帶鋼表面缺陷的特征將與異物存在形態(tài)或面積大小相對(duì)應(yīng)，通常表現(xiàn)為發(fā)生面積較大，呈現(xiàn)規(guī)律性的局部塊狀或連斷續(xù)的帶狀痕跡。鑒別此類原因，可通過爐子出口的帶鋼表面氧化色澤與酸洗出口相應(yīng)位置的發(fā)白色澤進(jìn)行跟蹤對(duì)比，通常都能找到對(duì)應(yīng)形態(tài)。

2.2 原料表面粗糙的影響

在生產(chǎn)過程中，為驗(yàn)證原料粗糙度對(duì)冷軋后的表面粗糙度影響，實(shí)驗(yàn)了不同表面粗糙度的原料進(jìn)行軋制對(duì)比，其中對(duì)比了兩軋程的成品粗糙度狀態(tài)，軋制后對(duì)比數(shù)據(jù)如表3所示。

表3中，Ra為平均粗糙度；Rz為平均峰谷深度；Rt為粗糙度最大高度。

由表3可以看出，白皮卷表面粗糙度對(duì)軋制后的成品粗糙度影響顯著。原料白皮卷表面的粗糙狀態(tài)，經(jīng)冷軋后，其軋硬態(tài)表面消缺不良，形成凹坑殘留，同時(shí)在坑點(diǎn)內(nèi)的軋制油相對(duì)不易被脫脂去除，或在帶鋼運(yùn)過程中易粘嵌其他異物，從而形成2.1所述的坑點(diǎn)。對(duì)帶鋼冷軋后的表面進(jìn)行微觀分析，冷軋軋硬態(tài)表面坑點(diǎn)如圖1所示。

但這類原因?qū)е碌陌c(diǎn)缺陷，通常在2B成品表面呈現(xiàn)出原料氧缺、鱗折或熱軋輥痕跡等對(duì)應(yīng)形態(tài)，亦或是白點(diǎn)呈偶發(fā)零星單點(diǎn)發(fā)生。所以在生產(chǎn)排查中，主要依據(jù)原料缺陷特征。若需排查零星單點(diǎn)發(fā)生的缺陷，則受帶鋼表面光澤、缺陷位置、形態(tài)大小等因素，極難在現(xiàn)場(chǎng)找到退火前后的對(duì)應(yīng)缺陷。

2.3 冷軋過程的表面機(jī)械損傷分析

這類原因的關(guān)鍵點(diǎn)在于表面受機(jī)械損傷后，將呈現(xiàn)一定的周期或者位置規(guī)律，尤其是周期狀規(guī)律，如軋輥周期、膠輥輥面異物壓入等。依照這種現(xiàn)場(chǎng)排查方法，缺陷發(fā)生點(diǎn)相對(duì)容易查找。但對(duì)德勝冷軋的BN1G產(chǎn)品而言，缺陷并未存在這類規(guī)律，同時(shí)，BN1G相對(duì)較高的屈服強(qiáng)度，也不易發(fā)生膠輥異物壓入，因此可以排除白點(diǎn)缺陷是帶鋼表面被機(jī)械損傷的原因。

3 白點(diǎn)缺陷的改善方法

3.1 減少脫脂后帶鋼表面異物殘留和改善爐內(nèi)氧化環(huán)境

由2.1中所述，帶鋼表面殘留的油、水等異物后，在爐內(nèi)產(chǎn)生局部過氧化的問題，其發(fā)生問題的關(guān)鍵點(diǎn)顯然是在退火爐前。除了活套內(nèi)的滴水、滴油、蟲子壓入或輥面狀態(tài)等清潔生產(chǎn)外，軋制油或脫脂液等殘留，就更需要關(guān)注軋硬態(tài)帶鋼表面的脫脂效果。

就德盛冷軋的脫脂而言，軋制后的帶鋼進(jìn)脫脂前，動(dòng)黏度為13 mm2/s左右的軋制油膜粘附在帶鋼表面，僅用純氫氧化鈉溶液且最短4.6 s脫脂時(shí)間的狀態(tài)下，脫脂后的帶鋼表面不能通過38號(hào)達(dá)因比測(cè)試，故脫脂后帶鋼表面的殘油將使帶鋼表面張力過大，脫脂后沖洗水的水膜就不能均勻的覆蓋在帶鋼表面，從而影響了帶鋼在脫脂出口的擠干和烘干效果等一系列問題，因此帶鋼表面殘留了不同面積形態(tài)的水漬、擠干輥輥跡、軋制油等異物。對(duì)此，提升帶鋼的脫脂效果是解決問題最有效措施。

除了控制軋制后帶鋼表面進(jìn)脫脂前的殘油量、脫脂液中油含量、脫脂速度溫度、機(jī)械清洗裝置等常規(guī)脫脂能力外，需特別關(guān)注脫脂劑與軋制油成分之間的選配關(guān)系。選用合適的脫脂劑可明顯改善脫脂效果，應(yīng)根據(jù)脫脂時(shí)間及脫脂設(shè)備，對(duì)軋制油品及殘油量進(jìn)行模擬脫脂實(shí)驗(yàn)后確定脫脂劑的成分含量，同時(shí)也應(yīng)考慮脫脂劑成分的溶水性及表面殘留問題。

對(duì)開放式退火爐而言，除提升脫脂效果外，降低帶鋼的退火溫度，減輕帶鋼氧化也是處理該類問題的另一方法。但降低退火溫度，將直接影響帶鋼的退火性能，同時(shí)也將影響平整后的板形改善，所以該方法必須衡量產(chǎn)品在市場(chǎng)中的定位。為驗(yàn)證降溫效果，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，降低退火溫度的效果對(duì)改善坑點(diǎn)程度有一定作用，但對(duì)帶鋼厚度厚、工藝速度較慢的情況下，改善并不明顯。

通過批量實(shí)驗(yàn)，按成品帶鋼表面粗糙度檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行效果對(duì)比衡量，將降溫前后及使用脫脂劑（產(chǎn)品型號(hào)7315）替換純氫氧化鈉溶液后的數(shù)據(jù)，結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，脫脂效果提升后，成品帶鋼表面粗糙度Ra有明顯降低，效果優(yōu)于退火降溫方案。

此外，BN1G鋼種在退火過程中，應(yīng)盡量采用高速且穩(wěn)定的通板作業(yè)條件。若其他企業(yè)有作業(yè)條件允許，可直接采用光亮爐退火。但對(duì)民營企業(yè)或?qū)幉▽毿碌墓饬镣嘶饡r(shí)了解到，脫脂不良的帶鋼表面，即便使用光亮退火，同樣也會(huì)出現(xiàn)白點(diǎn)缺陷或局部氧化色。雖然帶鋼處在全氫或氫氮環(huán)境中，但帶鋼表面存在有氧含量的異物時(shí)，帶鋼也同樣發(fā)生氧化。

3.2 提升冷軋對(duì)原料表面粗糙的消缺能力

就冷軋工序而言，通過調(diào)整軋制工藝，如總變形量、軋制道次及變形量、軋制速度，軋輥粗糙度等可對(duì)帶鋼表面的粗糙產(chǎn)生影響，但在實(shí)際生產(chǎn)過程中，總變形量受軋機(jī)能力的限制，軋制道次及軋制速度受連軋機(jī)組本身的設(shè)備限制等，且BN1G鋼種的加工硬化相對(duì)較大等影響，很難做出相應(yīng)的軋制工藝調(diào)整，對(duì)此通過軋輥工作輥的粗糙度調(diào)整進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比（為顯著對(duì)比軋輥粗糙度的影響，將第一第二機(jī)架的軋輥粗糙度大幅降低，正常生產(chǎn)中不可采用），結(jié)果如表4所示。

實(shí)驗(yàn)軋制1.0 mm成品厚度，經(jīng)表面粗糙度檢測(cè)，工作輥粗糙度調(diào)整前后的帶鋼表面粗糙度Ra分別為0.37 μm和0.38 μm。由此可知，降低軋輥工作輥表面粗糙度對(duì)帶鋼表面粗糙度并無改善作用。

此外，將德盛四連軋與20輥單機(jī)架軋機(jī)對(duì)BN1G軋制后的冷軋表面粗糙度進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表5所示。同樣可見，連軋機(jī)對(duì)帶鋼表面的消缺能力明顯不及單體軋機(jī)的多道次軋制。

由上述可見，需要減少冷軋表面粗糙度的影響，從當(dāng)前的冷連軋工藝上，并無特別有效措施，關(guān)鍵點(diǎn)仍應(yīng)控制原料表面的自身粗糙度。

4 效果對(duì)比

通過以上分析及實(shí)驗(yàn)對(duì)比，寶鋼德盛冷軋除對(duì)采購原料的表面粗糙狀態(tài)進(jìn)行要求外，對(duì)脫脂液的選用類型再次進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，將實(shí)驗(yàn)用的脫脂液（產(chǎn)品型號(hào)7315）更換成效果更好的脫脂粉劑（產(chǎn)品型號(hào)6332-3），脫脂后的帶鋼表面張力最大可通過42號(hào)達(dá)因比測(cè)試。同時(shí)根據(jù)產(chǎn)品性能要求和平整后的板形控制影響，將退火溫度從1030 ℃調(diào)整至了1005 ℃。至此，寶鋼德盛冷軋的BN1G不銹鋼2B成品在拋光后的白點(diǎn)缺陷得到顯著改善，與市場(chǎng)同類產(chǎn)品相比，拋光后的表面質(zhì)量已能達(dá)到市場(chǎng)同等質(zhì)量水平。測(cè)得成品表面粗糙度中值數(shù)據(jù)Ra由原來的0.563 μm降至0.155 μm。

5 結(jié) 論

（1） BN1G不銹鋼冷軋2B產(chǎn)品拋光后的白點(diǎn)缺陷為鋼帶表面的坑點(diǎn)，受其影響，帶鋼表面粗糙度較大。

（2） 帶鋼在退火爐內(nèi)發(fā)生局部高溫過氧化和冷軋過程對(duì)原料表面粗糙度消缺不良，是產(chǎn)生白點(diǎn)缺陷的主要原因。

（3） 選用合適脫脂液，提升脫脂效果減少帶鋼表面異物殘留，和根據(jù)產(chǎn)品性能適量降低退火溫度，是減少BN1G帶鋼在爐內(nèi)發(fā)生過氧化的關(guān)鍵措施。

（4） 控制原料表面粗糙度，減少冷軋過程對(duì)原料表面粗糙度消缺不良問題，是控制白點(diǎn)缺陷的重要措施。

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