SPHC冷軋起皮分析

李朝陽(yáng)，陳紅霞，陳 娟，閆文凱

（德龍鋼鐵有限公司技術(shù)中心，河北邢臺(tái)054009）

0 引言

SPHC屬于低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼，因其具備良好的塑性及延展性，常用來(lái)進(jìn)一步冷軋、沖壓深加工，廣泛應(yīng)用于家電、儀器儀表外殼等，因此對(duì)表面質(zhì)量和成分要求比較嚴(yán)格。本公司SPHC熱軋帶鋼生產(chǎn)工藝為：轉(zhuǎn)爐冶煉→LF精煉（后期喂入鈣線）→連鑄→加熱→軋制→卷取→入庫(kù)。下游客戶冷軋薄板生產(chǎn)工藝為：冷軋基料→酸洗→冷軋→脫脂→退火→平整。本文討論的起皮是冷軋帶鋼最為普遍的一種表面缺陷，起皮缺陷會(huì)導(dǎo)致冷軋成材率低、切小卷、孔洞、斷帶等，影響外觀質(zhì)量和使用性能[1-8]。SPHC作為我公司主要產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)多年的生產(chǎn)及工藝改進(jìn)，生產(chǎn)技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但表面缺陷依然偶有發(fā)生。本文針對(duì)下游某客戶反映的冷軋后表面起皮問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析討論,并得出起皮缺陷主要原因。

1 檢驗(yàn)分析

SPHC主要化學(xué)成分見(jiàn)表1。

1.1 宏觀分析

經(jīng)反饋出現(xiàn)起皮缺陷后，技術(shù)人員積極到下游客戶處跟蹤了解情況，從客戶處取回表面起皮的SPHC冷軋鋼板進(jìn)行進(jìn)一步檢驗(yàn)分析。缺陷處宏觀形貌見(jiàn)圖1，該樣品厚度為1 mm，表面存在多條起皮線，缺陷沿軋制方向呈長(zhǎng)條狀分布，起皮部位表皮一側(cè)與基體相連，另一側(cè)與基體分離，有的起皮部分脫落，與王宏霞所總結(jié)的缺陷相似[3]，尺寸不一寬度為1～8 mm。將樣品從缺陷處垂直于軋制方向制樣測(cè)得缺陷深度約為30 μm（見(jiàn)圖2）。

1.2 金相分析

另將缺陷的橫截面試樣制成金相試樣，用體積分?jǐn)?shù)為4%的硝酸酒精溶液腐蝕后置于Leica DM4000M金相顯微鏡下觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)在缺陷處表層與基體之間有明顯的條帶狀?yuàn)A層，夾層兩側(cè)組織都是鐵素體+珠光體（F+P），因冷軋?jiān)螂m無(wú)明顯的晶粒分布但形貌無(wú)明顯區(qū)別（見(jiàn)圖3），未發(fā)現(xiàn)高溫氧化圓點(diǎn)（見(jiàn)圖2）。1.3 電鏡能譜分析

表1 SPHC主要化學(xué)成分/%

圖1 起皮缺陷宏觀形貌

圖2 起皮缺陷深度

圖3 缺陷位置橫截面金相圖

將起皮部位表皮用鑷子揭開(kāi),見(jiàn)圖4（a），對(duì)皮下異物用日立S-3400N II型掃描電子顯微鏡及EDAX電制冷X射線能譜儀檢測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)大面積范圍存在尺寸大小不一的顆粒狀物質(zhì)，見(jiàn)圖4（b）。

對(duì)圖4（c）中區(qū)域1和區(qū)域2進(jìn)行能譜采集分析，發(fā)現(xiàn)區(qū)域 1 和區(qū)域 2 都含有 O、Na、Mg、Al、Si、Ca、Fe元素，特征元素的峰值較多。與此同時(shí),區(qū)域2存在少量Zr元素,能譜及成分對(duì)比見(jiàn)圖5和表2。我公司SPHC帶鋼生產(chǎn)用的結(jié)晶器保護(hù)渣主要成分見(jiàn)表3，水口為鋯鋁質(zhì)復(fù)合侵入式水口。

表2 能譜成分對(duì)比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） /%

表3 保護(hù)渣主要成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） /%

圖4 缺陷位置表面形貌

圖5 缺陷位置能譜圖

2 結(jié)果分析與討論

冷軋薄板出現(xiàn)起皮是由于冷軋基料本身存在缺陷。研究表明，冷軋帶鋼大面積帶狀和條管狀起皮與鑄坯上的夾雜物或者攜帶夾雜物的氣泡有關(guān)[4]，且冷軋板表面起皮缺陷主要是由連鑄坯上的夾雜物、氣泡、裂紋等缺陷經(jīng)后續(xù)軋制演變而成[3]。

首先，起皮缺陷附近的組織形貌和基體基本相同，同時(shí)也未發(fā)現(xiàn)高溫氧化圓點(diǎn)，即二次氧化存在，因此排除了在軋制過(guò)程中，由于鋼板側(cè)邊撞擊精軋機(jī)組側(cè)導(dǎo)板或除鱗水冷卻不均等原因?qū)е潞罄m(xù)機(jī)架壓入鋼板而引起的“起皮”缺陷[1-3]，以及鑄坯表面存在裂紋，從而進(jìn)一步向下道工序遺傳形成的缺陷[8]。

其次，本文中起皮部位皮下大面積范圍內(nèi)存在含 Na、Mg、Al、Si、Ga 的夾雜物，并且其中分布有含Zr元素的顆粒狀?yuàn)A雜。我公司SPHC帶鋼生產(chǎn)用的結(jié)晶器保護(hù)渣主要成分為 CaO、Al2O3、MgO、Na組成，水口為鋯鋁質(zhì)。由于SPHC是低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼鋼中碳含量低，鋼水氧化性強(qiáng)，容易造成水口結(jié)瘤[9]，且LF精煉后期喂入鈣線，如鈣處理不佳，容易生成高熔點(diǎn)的鋁酸鈣及CaS（熔點(diǎn)為2 450℃），從而發(fā)生水口堵塞[9-10]。

據(jù)此推斷此缺陷是由于水口結(jié)瘤物及鋼水和渣的侵蝕造成水口損毀[7]進(jìn)入結(jié)晶器，造成液面波動(dòng)幅度過(guò)大，使保護(hù)渣進(jìn)入鋼液，被坯殼捕獲形成卷渣，經(jīng)過(guò)多道次的熱軋及冷軋過(guò)程夾渣被反復(fù)軋制拉長(zhǎng)，最終形成皮下條帶狀缺陷并在形變過(guò)程中向表面運(yùn)動(dòng)，在冷軋工藝下，帶鋼表面金屬變形量較大，由于夾雜作用容易形成表面翹皮缺陷[4-6]。

3 改進(jìn)措施

根據(jù)結(jié)果對(duì)SPHC的生產(chǎn)進(jìn)行了調(diào)整：（1）嚴(yán)格控制鋼中[S]含量在0.01%以下，防止生成CaS，同時(shí)控制鋼水中的Ca/Al到0.10，以獲得良好的鈣處理；（2）做好連鑄保護(hù)澆注，防止二次氧化；（3）精煉過(guò)程中充分促進(jìn)Al2O3夾雜物上浮，減少形成結(jié)瘤物的主要組分。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)SPHC冷軋鋼板起皮缺陷試樣的檢測(cè)分析，可得出以下結(jié)論：

（1）本試樣缺陷起因可歸結(jié)為結(jié)晶器卷渣，經(jīng)過(guò)熱軋、冷軋反復(fù)軋制，形成皮下條帶狀缺陷并在形變過(guò)程中向表面運(yùn)動(dòng)，最終形成起皮缺陷。

（2）造成卷渣的原因是水口結(jié)瘤物及被侵蝕進(jìn)入結(jié)晶器造成液面波動(dòng)幅度過(guò)大，將部分液態(tài)、半液態(tài)或固態(tài)的覆蓋劑卷入鋼液。

（3）通過(guò)調(diào)整S含量、Ca/Al比及夾雜物上浮等工藝手段，已經(jīng)基本上解決了此類SPHC冷軋起皮缺陷。