BN1G冷轧不锈钢表面白点缺陷的分析

戴科栋　王东辉　魏巍

摘 要： 针对宝钢德盛冷连轧机连退酸机组（简称德盛冷轧）生产的型号为BN1G不锈钢带2B表面成品，在抛光时其表面存在白点缺陷的质量问题，通过对白点缺陷的形态、BN1G钢种特性及机组生产状态等分析和工艺改进实验对比，得出缺陷的不同成因，并做出了相应的改善方法，使缺陷得到有效控制，产品质量可满足抛光要求。

关键词： 白点； 表面粗糙； 过氧化； 脱脂

中图分类号： F 416.4 文献标志码： A 文章编号： 1671-2153（2017）05-0105-04

0 引 言

节镍型奥氏体不锈钢，减少了贵金属镍的含量，使用较高含量的锰、氮等奥氏体形成的元素，在室温下获得单一的奥氏体组织。此类不锈钢在具备优良机械性能的同时，因低镍而大幅降低了合金成本，且在弱腐蚀环境如器具、厨具、室内表面装饰等普通用途领域可被广泛使用，对镍资源比较缺乏的国家而言，这类不锈钢的研发并且工业化就显得更为重要[1]。

宝钢型号BN1G不锈钢就是节镍型奥氏体不锈钢中的一种，应用于表面装饰，经抛光处理后，带钢表面存在“麻点”或者称为“砂眼”之类的缺陷，视觉上为无规则密集白点缺陷。经过粗糙度检测明显高于其他企业的同类产品，不能满足抛光质量要求。本文将对BN1G钢种的白点缺陷产生原因及相应的处理方法进行分析。

1 缺陷形貌分析

1.1 白点缺陷的表面形态

宝钢德盛BN1G钢种2B表面成品的工艺路径主要为：四机架连轧、脱脂、退火、酸洗和平整。在生产过程中，通过细砂纸均匀轻抛平整后的带钢表面能检查到白点缺陷。白点缺陷发生的分布形态、程度或位置各异，有偶发单点状、密集汇聚后的块状、位于带钢局部位置的连断续状等。

1.2 白点缺陷的表面微观形貌

为了解白点缺陷的具体成因，对白点缺陷的单个形态进行实验室微观形貌观察，发现每个白點呈现出表面坑点的形貌特征，样板中坑点尺寸约为5～10 μm，而通过扫描电镜，对正常表面与坑点的底部进行成分对比观察，发现坑点内并无氧化物、夹杂物等异常成分，也未见晶界的贫铬腐蚀[2]，如表1所示。

由此可见，市场反应的BN1G带钢表面经抛光后出现的密集白点缺陷，就是材料表面的坑点痕迹。当带钢经过混酸酸洗钝化后，其整体表面色泽呈金属银白色，而在实施干磨抛光处理后，带钢表面的色泽被打磨去除，金属光泽度大幅提升，而抛光处理对带钢基体的去除量仍不足以磨去坑点，故最终坑点与表面形成鲜明对比，呈现坑点边际线，即白色点状缺陷。白点缺陷呈密集存在，直接导致带钢表面粗糙度增加。

2 白点缺陷的发生原因

冷轧带钢表面坑点的形成，通常主要影响因素包括：退火酸洗过程发生的过氧化、原料表面粗糙状态在冷轧后消缺不良和机械外力损伤。

2.1 带钢表面发生退火过氧化的分析

首先，白点缺陷在德盛冷轧机组生产SUS304钢种时并未发生。尤其白点缺陷密集发生的状态，在其他300系或400系不锈钢中，也不常见。这或与其钢种的成分特性有关，BN1G不銹钢的合金成分如表2所示。

由钢种成分表可知，BN1G不锈钢与常规的奥氏体不锈钢，如与SUS304不锈钢相比，其合金成分的主要区别除镍含量的大幅降低，锰含量的大幅增加外，其铬含量也相对较低，因此BN1G不锈钢的高温抗氧化性较差，耐蚀能力也不如SUS304不锈钢[3]。即BN1G的带钢表面虽然在退火过程中容易发生高温氧化，但经酸洗后，其表面的氧化层也相对容易去除。

根据钢种的这一特性和缺陷发生的局部化特征，在生产中进行了一系列的工况模拟实验。取生产中的常规介质：水、轧制油、脱脂溶液，分别少量地抹在进退火炉前的带钢表面上，结果均能在退火后看到带钢相应位置的过氧化痕迹。而经酸洗后，该位置便呈现密集坑点，砂纸轻抛带钢表面，均出现白点缺陷。模拟实验中还可以看出，当介质抹的过多位置，经酸洗后还存在氧化皮残留痕迹，可见带钢表面已被严重氧化烧损。通过该实验可见，若带钢在退火前，其表面残留水渍或油等异物时，经过燃烧导致带钢表面发生局部高温过氧化，带钢表面氧化层较正常位置将会更深更严重，而经过酸洗后，氧化层被剥离清除，从而在带钢表面形成略深的氧化烧损凹坑[4]。

既然缺陷由带钢表面残留的异物造成，那么带钢表面缺陷的特征将与异物存在形态或面积大小相对应，通常表现为发生面积较大，呈现规律性的局部块状或连断续的带状痕迹。鉴别此类原因，可通过炉子出口的带钢表面氧化色泽与酸洗出口相应位置的发白色泽进行跟踪对比，通常都能找到对应形态。

2.2 原料表面粗糙的影响

在生产过程中，为验证原料粗糙度对冷轧后的表面粗糙度影响，实验了不同表面粗糙度的原料进行轧制对比，其中对比了两轧程的成品粗糙度状态，轧制后对比数据如表3所示。

表3中，Ra为平均粗糙度；Rz为平均峰谷深度；Rt为粗糙度最大高度。

由表3可以看出，白皮卷表面粗糙度对轧制后的成品粗糙度影响显著。原料白皮卷表面的粗糙状态，经冷轧后，其轧硬态表面消缺不良，形成凹坑残留，同时在坑点内的轧制油相对不易被脱脂去除，或在带钢运过程中易粘嵌其他异物，从而形成2.1所述的坑点。对带钢冷轧后的表面进行微观分析，冷轧轧硬态表面坑点如图1所示。

但这类原因导致的白点缺陷，通常在2B成品表面呈现出原料氧缺、鳞折或热轧辊痕迹等对应形态，亦或是白点呈偶发零星单点发生。所以在生产排查中，主要依据原料缺陷特征。若需排查零星单点发生的缺陷，则受带钢表面光泽、缺陷位置、形态大小等因素，极难在现场找到退火前后的对应缺陷。

2.3 冷轧过程的表面机械损伤分析

这类原因的关键点在于表面受机械损伤后，将呈现一定的周期或者位置规律，尤其是周期状规律，如轧辊周期、胶辊辊面异物压入等。依照这种现场排查方法，缺陷发生点相对容易查找。但对德胜冷轧的BN1G产品而言，缺陷并未存在这类规律，同时，BN1G相对较高的屈服强度，也不易发生胶辊异物压入，因此可以排除白点缺陷是带钢表面被机械损伤的原因。

3 白点缺陷的改善方法

3.1 减少脱脂后带钢表面异物残留和改善炉内氧化环境

由2.1中所述，带钢表面残留的油、水等异物后，在炉内产生局部过氧化的问题，其发生问题的关键点显然是在退火炉前。除了活套内的滴水、滴油、虫子压入或辊面状态等清洁生产外，轧制油或脱脂液等残留，就更需要关注轧硬态带钢表面的脱脂效果。

就德盛冷轧的脱脂而言，轧制后的带钢进脱脂前，动黏度为13 mm2/s左右的轧制油膜粘附在带钢表面，仅用纯氢氧化钠溶液且最短4.6 s脱脂时间的状态下，脱脂后的带钢表面不能通过38号达因比测试，故脱脂后带钢表面的残油将使带钢表面张力过大，脱脂后冲洗水的水膜就不能均匀的覆盖在带钢表面，从而影响了带钢在脱脂出口的挤干和烘干效果等一系列问题，因此带钢表面残留了不同面积形态的水渍、挤干辊辊迹、轧制油等异物。对此，提升带钢的脱脂效果是解决问题最有效措施。

除了控制轧制后带钢表面进脱脂前的残油量、脱脂液中油含量、脱脂速度温度、机械清洗装置等常规脱脂能力外，需特别关注脱脂剂与轧制油成分之间的选配关系。选用合适的脱脂剂可明显改善脱脂效果，应根据脱脂时间及脱脂设备，对轧制油品及残油量进行模拟脱脂实验后确定脱脂剂的成分含量，同时也应考虑脱脂剂成分的溶水性及表面残留问题。

对开放式退火炉而言，除提升脱脂效果外，降低带钢的退火温度，减轻带钢氧化也是处理该类问题的另一方法。但降低退火温度，将直接影响带钢的退火性能，同时也将影响平整后的板形改善，所以该方法必须衡量产品在市场中的定位。为验证降温效果，从实验数据表明，降低退火温度的效果对改善坑点程度有一定作用，但对带钢厚度厚、工艺速度较慢的情况下，改善并不明显。

通过批量实验，按成品带钢表面粗糙度检测数据进行效果对比衡量，将降温前后及使用脱脂剂（产品型号7315）替换纯氢氧化钠溶液后的数据，结果如图2所示。由图2可以看出，脱脂效果提升后，成品带钢表面粗糙度Ra有明显降低，效果优于退火降温方案。

此外，BN1G鋼种在退火过程中，应尽量采用高速且稳定的通板作业条件。若其他企业有作业条件允许，可直接采用光亮炉退火。但对民营企业或宁波宝新的光亮退火时了解到，脱脂不良的带钢表面，即便使用光亮退火，同样也会出现白点缺陷或局部氧化色。虽然带钢处在全氢或氢氮环境中，但带钢表面存在有氧含量的异物时，带钢也同样发生氧化。

3.2 提升冷轧对原料表面粗糙的消缺能力

就冷轧工序而言，通过调整轧制工艺，如总变形量、轧制道次及变形量、轧制速度，轧辊粗糙度等可对带钢表面的粗糙产生影响，但在实际生产过程中，总变形量受轧机能力的限制，轧制道次及轧制速度受连轧机组本身的设备限制等，且BN1G钢种的加工硬化相对较大等影响，很难做出相应的轧制工艺调整，对此通过轧辊工作辊的粗糙度调整进行实验对比（为显著对比轧辊粗糙度的影响，将第一第二机架的轧辊粗糙度大幅降低，正常生产中不可采用），结果如表4所示。

实验轧制1.0 mm成品厚度，经表面粗糙度检测，工作辊粗糙度调整前后的带钢表面粗糙度Ra分别为0.37 μm和0.38 μm。由此可知，降低轧辊工作辊表面粗糙度对带钢表面粗糙度并无改善作用。

此外，将德盛四连轧与20辊单机架轧机对BN1G轧制后的冷轧表面粗糙度进行对比，结果如表5所示。同样可见，连轧机对带钢表面的消缺能力明显不及单体轧机的多道次轧制。

由上述可见，需要减少冷轧表面粗糙度的影响，从当前的冷连轧工艺上，并无特别有效措施，关键点仍应控制原料表面的自身粗糙度。

4 效果对比

通过以上分析及实验对比，宝钢德盛冷轧除对采购原料的表面粗糙状态进行要求外，对脱脂液的选用类型再次进行优化调整，将实验用的脱脂液（产品型号7315）更换成效果更好的脱脂粉剂（产品型号6332-3），脫脂后的带钢表面张力最大可通过42号达因比测试。同时根据产品性能要求和平整后的板形控制影响，将退火温度从1030 ℃调整至了1005 ℃。至此，宝钢德盛冷轧的BN1G不锈钢2B成品在抛光后的白点缺陷得到显著改善，与市场同类产品相比，抛光后的表面质量已能达到市场同等质量水平。测得成品表面粗糙度中值数据Ra由原来的0.563 μm降至0.155 μm。

5 结 论

（1） BN1G不锈钢冷轧2B产品抛光后的白点缺陷为钢带表面的坑点，受其影响，带钢表面粗糙度较大。

（2） 带钢在退火炉内发生局部高温过氧化和冷轧过程对原料表面粗糙度消缺不良，是产生白点缺陷的主要原因。

（3） 选用合适脱脂液，提升脱脂效果减少带钢表面异物残留，和根据产品性能适量降低退火温度，是减少BN1G带钢在炉内发生过氧化的关键措施。

（4） 控制原料表面粗糙度，减少冷轧过程对原料表面粗糙度消缺不良问题，是控制白点缺陷的重要措施。

参考文献：

[1] 严旺生. 节镍型不锈钢的发展前景[J]. 有色金属工业，2004（2）：59-60.

[2] 陆世英，张廷凯，杨长强，等. 不锈钢[M]. 北京：原子能出版社，1995：77-78，550-551.

[3] 何汝迎. 不锈钢冷轧生产技术及产品应用[M]. 北京：冶金工业出版社，2014：27-28.

[4] 肖纪美. 不锈钢的金属学问题[M]. 北京：冶金工业出版社，2006：47-48.