關(guān)于高強(qiáng)連退線銹蝕問題的控制優(yōu)化研究

杜天宇， 張才華， 崔興賀， 劉世偉

（河北鋼鐵集團(tuán)邯鋼公司邯寶冷軋廠， 河北 邯鄲 056000）

近年來，隨著汽車行業(yè)的高速發(fā)展，對生態(tài)環(huán)保要求的加強(qiáng)，汽車輕量化對車身安全性、節(jié)能減排、耐抗腐能力提升等方面的要求也越來越嚴(yán)格[1-4]。尤其是通過Mn、P 等元素的固溶強(qiáng)化作用而制得的高強(qiáng)鋼，被廣泛應(yīng)用于汽車車身結(jié)構(gòu)件和加強(qiáng)件[5]。以往對冷軋高強(qiáng)汽車板的研究多集中于成形性、焊接性等方面，而對工藝影響冷軋板表面質(zhì)量，尤其對冷軋板的腐蝕性能評價(jià)研究甚少，而冷軋板的表面銹蝕又是許多鋼廠與車廠關(guān)心的關(guān)于冷軋產(chǎn)品的重要質(zhì)量問題。因此對冷軋連退板表面銹蝕問題進(jìn)行研究，優(yōu)化生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)出高端汽車板產(chǎn)品尤為重要。

1 宏觀相貌

當(dāng)前，商業(yè)生產(chǎn)高強(qiáng)冷軋退火成品卷涂油后會出現(xiàn)銹蝕形貌，如圖1 所示，不僅造成產(chǎn)品質(zhì)量降級，也嚴(yán)重影響了合同交付及客戶使用過程。

圖1 銹蝕形貌

2 銹蝕問題產(chǎn)生機(jī)理及影響因素分析

針對上述問題，對商業(yè)高強(qiáng)連退冷軋鋼板的生產(chǎn)主要過程進(jìn)行了分析探討，并對銹蝕產(chǎn)生機(jī)理及影響因素進(jìn)行調(diào)查分析，其主要包括清洗、退火、平整和涂油等工序。

2.1 清洗工序

板帶需要經(jīng)過清洗段堿性清洗，以帶走上道工序中黏在帶鋼表面上的殘油和鐵粉，確保帶鋼進(jìn)入下一道工序工藝時(shí)有一個(gè)清潔的表面。然而對清洗所需要的純堿液稀釋的過程中，堿液遇水會產(chǎn)生大量的泡沫，這些泡沫會通過循環(huán)管道進(jìn)入噴淋系統(tǒng)和刷洗系統(tǒng)，并隨著堿液噴到帶鋼上，嚴(yán)重影響帶鋼清洗效果。鋼板表面較多的鐵粉、碳末等容易引起大氣中的水分在鋼板表面的結(jié)露，從而使得鋼板較早地開始腐蝕。并且在帶鋼清洗過程中，帶鋼表面上的雜質(zhì)會隨清洗介質(zhì)回流到循環(huán)罐里，如果循環(huán)罐里的清洗介質(zhì)得不到及時(shí)更換，介質(zhì)會越來越臟，勢必會影響到噴淋段及刷洗段的清洗效果，導(dǎo)致帶鋼表面帶水。

2.2 連退爐工序

首先，連續(xù)退火線爐內(nèi)氛圍偶然存在氧含量高等問題，氧含量高就會導(dǎo)致帶鋼在爐內(nèi)發(fā)生氧化，帶鋼出爐時(shí)帶有氧化色。這是因?yàn)檩椛涔芙?jīng)常出現(xiàn)管體老化燒穿、焊縫開裂等問題，助燃空氣和可燃?xì)怏w會進(jìn)入退火爐內(nèi)，破壞退火爐內(nèi)的還原氣氛，造成爐內(nèi)氧含量和露點(diǎn)升高，導(dǎo)致退火爐內(nèi)的帶鋼出現(xiàn)氧化。

再者，連續(xù)退火生產(chǎn)線通常使用露點(diǎn)＜-40 ℃的氮?dú)猓é眨℉2）=3%～10%）保護(hù)氣體。在這種含有微量水汽的還原氣氛下退火，冷軋板中少量易氧化元素錳、硅等向冷軋板表面遷移，當(dāng)冷軋板表面出現(xiàn)錳、硅等元素的富集后，這些元素優(yōu)先與氧反應(yīng)形成不均勻分布的氧化物顆粒，在冷軋板表面和近表面形成顆粒狀氧化物，一方面阻礙了鋼板表面氧化膜的均勻性和完整性，另一方面由于這些氧化物的電位相對于基板為正，它們與鐵構(gòu)成腐蝕微電池，提高了鋼板表面Fe 原子活性，同時(shí)加速催化了鋼板的腐蝕過程。并且?guī)т撛谕嘶馉t內(nèi)停留的時(shí)間越長，表面元素的富集越嚴(yán)重，當(dāng)采用其他含氧的冷卻介質(zhì)（如水冷）時(shí)，帶鋼在連退爐最終水冷處使帶鋼溫度降低到60 ℃以下，也會影響到易氧化性元素的富集，從而加快腐蝕速度，這些加速作用在宏觀上就表現(xiàn)為鋼板易銹蝕。

2.3 平整工序

平整工序決定著出廠帶鋼表面質(zhì)量的優(yōu)劣。為了提高防銹能力和改善帶鋼表面質(zhì)量，廣泛采用水溶性或油溶性防銹劑作為平整液噴灑輥縫，即進(jìn)行濕平整。如這些工藝與軋制速度配合不當(dāng)，往往會造成平整液飛濺到后面的帶鋼上，導(dǎo)致平整液殘留，附著在帶鋼上的殘留平整液若無法去除就會導(dǎo)致帶鋼生銹。

2.4 涂油工序

涂油工序采用德國公司的靜電涂油機(jī)，其防銹油中的防銹劑由不對稱的極性和非極性兩部分組成。防銹劑的極性部分與極性物質(zhì)的金屬、水等有親和能力，因此防銹劑的極性部分在油- 金屬界面形成定向吸附。非極性部分與非極性物質(zhì)基礎(chǔ)油有親和能力，使油表面張力明顯降低，所以防銹劑分子的非極性部分能在金屬表面形成一層疏水性保護(hù)膜。因此防銹油品的優(yōu)劣也成為是否引起板材銹蝕的重要外在因素。為此，針對油品質(zhì)量，選取未使用的油品及正在使用的油品進(jìn)行檢測。結(jié)果如表1、表2 所示，其中1 號為未使用的防銹油，2 號為使用中的防銹油。

表1 油品酸值測量結(jié)果

表2 油品pH 值測量結(jié)果

從表1、表2 中防銹油的酸值和pH 值結(jié)果顯示，在生產(chǎn)線上使用的防銹油酸值較高、pH 值較低，而未使用的防銹油酸值較低、pH 值較高。這表明防銹油放置一段時(shí)間后，防銹油有所老化，導(dǎo)致防銹油酸值增加。

3 改善措施

針對上述影響因素，同時(shí)結(jié)合冷軋板銹蝕現(xiàn)狀，以及銹蝕的產(chǎn)生機(jī)理和外在影響因素，使用六西格瑪精益管理DMAIC 方法、PDCA 攻關(guān)方法等過程控制方法對影響因素進(jìn)行分析，并對不同工序進(jìn)行了改善及優(yōu)化。

3.1 清洗工序優(yōu)化

通過增加電磁閥和相關(guān)管路，自主編制程序，實(shí)現(xiàn)循環(huán)罐自動防水系統(tǒng)；通過整改磁性過濾器刮刀軌道，減少了刮刀故障；通過優(yōu)化過濾器過濾精度到最優(yōu)，減少了循環(huán)罐底部淤泥和殘鐵沉積，提高了清洗液潔凈度。

同時(shí)帶鋼在清洗段高速運(yùn)行時(shí)，電解水極易附著在帶鋼表面，流入到后序漂洗段，導(dǎo)致帶鋼漂洗后表面氯離子含量較多，為此在電解和漂洗處的擠干輥下方，對自主回流管路進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，增設(shè)1 組回流管路，使得電解帶出的水可通過擠干回流到電解槽中，防止含氯離子的電解水流到之后的漂洗段，減少對漂洗水的污染。

3.2 退火工藝段優(yōu)化

首先，有效控住氧含量，在煙氣分析柜中增加1臺氫氣分析儀，對各層輻射管排放煙氣中的氫氣含量進(jìn)行采樣分析，當(dāng)發(fā)現(xiàn)疑似泄露情況，再利用便攜式氫氣分析儀對該層各個(gè)輻射管進(jìn)行采樣分析，從而判斷出具體泄露輻射管位置。并定期檢查輻射管燃燒質(zhì)量，及時(shí)調(diào)整空燃比，保障輻射管內(nèi)燃燒均勻性和工作平穩(wěn)性，避免燒裂燒穿輻射管，延長輻射管壽命，使得爐內(nèi)氧含量得到有效控制。

其次，提高水淬槽內(nèi)冷卻水潔凈度，通過對水淬排水系統(tǒng)進(jìn)行改造，自主設(shè)計(jì)和施工水淬排水管道，使得水淬換水時(shí)間減少，提高了冷卻水的潔凈度，防止水淬處帶鋼的氧化。

最后，通過提高帶鋼生產(chǎn)速率，減少帶鋼在爐內(nèi)時(shí)間，減少清洗后帶鋼表面w（Si）等，可以減少帶鋼表面易氧化元素錳的富集。

3.3 平整工藝段優(yōu)化

首先，在平整機(jī)后添加烘干機(jī)，自行設(shè)計(jì)并安裝換熱器，通過熱水和吹掃空氣進(jìn)行熱交換，加熱吹掃空氣，并且安裝空氣過濾器來保障吹掃空氣的潔凈度。

其次，改造平整機(jī)防纏導(dǎo)板上氣刀吹掃的蓋板結(jié)構(gòu)，將圓孔螺栓固定的不可調(diào)整氣刀整改為長孔型可調(diào)整位置的氣刀蓋板，將防纏導(dǎo)板上氣刀間隙調(diào)整到0.5 mm 的合理數(shù)值，將吹掃到輥面空氣壓力也增大到0.25 MPa（2.5 bar），以能夠有效吹走所有從輥身滴落的平整液。同時(shí)將蓋板尾部改造為倒V 字形狀，有利于殘液收集后外排。

同時(shí)，在氣刀蓋板后方兩側(cè)開排液孔，并在排液孔下方加裝接殘液的管路，將管路接通到防纏導(dǎo)板前方尖端，并在防纏導(dǎo)板氣刀蓋板收集殘液處，加裝“擋水板”，防止殘液快速大量聚集時(shí)，越過蓋板滴落到帶鋼表面。

最后，將平整液濃度（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）由2.75%優(yōu)化調(diào)整為3%，以減少殘水附著性，在平整機(jī)到卷取機(jī)區(qū)域增加防滴油滴水的裝置，由1 層彩鋼、1 層塑料布、1層帆布組成3 層防護(hù)，防止油或者水滴到帶鋼上造成缺陷而生銹，如圖2 所示。

圖2 防滴油和防冷凝水滴落現(xiàn)場改造圖

3.4 涂油工序優(yōu)化

對涂油機(jī)過濾器進(jìn)行優(yōu)化，過濾器兩側(cè)壓力差到一定值后自動報(bào)警，此時(shí)由人工立即切換備用過濾器，并清理在線過濾器，從而減少異物堵塞過濾器。此外，定期對涂油儲油油箱進(jìn)行清理，每月清理一次油箱，保證油箱內(nèi)沒有長期不用的變質(zhì)油。

通過優(yōu)化刀梁間隙來提高涂油霧化均勻性，調(diào)整刀梁間隙開口度為0.2 mm，使板材表面涂油更加均勻。

優(yōu)化刀梁在線沖洗功能（實(shí)現(xiàn)在線運(yùn)行沖洗刀梁），使涂油計(jì)量泵轉(zhuǎn)速到最大，使用大流量來沖洗刀梁，減少刀梁堵塞情況，增加涂油霧化性和均勻性。同時(shí)需在每班交接班和班中檢查涂油均勻性情況，避免涂油不均現(xiàn)象。

4 優(yōu)化后效果

通過對清洗工序、退火工序、平整工序、涂油工序中影響冷軋帶鋼銹蝕各因素進(jìn)行分析，采取了相應(yīng)措施進(jìn)行優(yōu)化及改善，使得銹蝕缺陷導(dǎo)致的非計(jì)劃品率從0.31%降低到0.04%，銹蝕導(dǎo)致質(zhì)量異議發(fā)生率也從每月300 t 降低到20 t 以內(nèi)，增效350 萬元，實(shí)現(xiàn)了公司產(chǎn)品質(zhì)量提升，樹立了良好品牌形象，提升了公司產(chǎn)品的市場競爭力，助力公司實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級、產(chǎn)品高端路線等目標(biāo)。