SPHC冷轧起皮分析

李朝阳，陈红霞，陈 娟，闫文凯

（德龙钢铁有限公司技术中心，河北邢台054009）

0 引言

SPHC属于低碳铝镇静钢，因其具备良好的塑性及延展性，常用来进一步冷轧、冲压深加工，广泛应用于家电、仪器仪表外壳等，因此对表面质量和成分要求比较严格。本公司SPHC热轧带钢生产工艺为：转炉冶炼→LF精炼（后期喂入钙线）→连铸→加热→轧制→卷取→入库。下游客户冷轧薄板生产工艺为：冷轧基料→酸洗→冷轧→脱脂→退火→平整。本文讨论的起皮是冷轧带钢最为普遍的一种表面缺陷，起皮缺陷会导致冷轧成材率低、切小卷、孔洞、断带等，影响外观质量和使用性能[1-8]。SPHC作为我公司主要产品，经过多年的生产及工艺改进，生产技术有了长足的进步，但表面缺陷依然偶有发生。本文针对下游某客户反映的冷轧后表面起皮问题进行了简要分析讨论,并得出起皮缺陷主要原因。

1 检验分析

SPHC主要化学成分见表1。

1.1 宏观分析

经反馈出现起皮缺陷后，技术人员积极到下游客户处跟踪了解情况，从客户处取回表面起皮的SPHC冷轧钢板进行进一步检验分析。缺陷处宏观形貌见图1，该样品厚度为1 mm，表面存在多条起皮线，缺陷沿轧制方向呈长条状分布，起皮部位表皮一侧与基体相连，另一侧与基体分离，有的起皮部分脱落，与王宏霞所总结的缺陷相似[3]，尺寸不一宽度为1～8 mm。将样品从缺陷处垂直于轧制方向制样测得缺陷深度约为30 μm（见图2）。

1.2 金相分析

另将缺陷的横截面试样制成金相试样，用体积分数为4%的硝酸酒精溶液腐蚀后置于Leica DM4000M金相显微镜下观测，发现在缺陷处表层与基体之间有明显的条带状夹层，夹层两侧组织都是铁素体+珠光体（F+P），因冷轧原因虽无明显的晶粒分布但形貌无明显区别（见图3），未发现高温氧化圆点（见图2）。1.3 电镜能谱分析

表1 SPHC主要化学成分/%

图1 起皮缺陷宏观形貌

图2 起皮缺陷深度

图3 缺陷位置横截面金相图

将起皮部位表皮用镊子揭开,见图4（a），对皮下异物用日立S-3400N II型扫描电子显微镜及EDAX电制冷X射线能谱仪检测分析，发现大面积范围存在尺寸大小不一的颗粒状物质，见图4（b）。

对图4（c）中区域1和区域2进行能谱采集分析，发现区域 1 和区域 2 都含有 O、Na、Mg、Al、Si、Ca、Fe元素，特征元素的峰值较多。与此同时,区域2存在少量Zr元素,能谱及成分对比见图5和表2。我公司SPHC带钢生产用的结晶器保护渣主要成分见表3，水口为锆铝质复合侵入式水口。

表2 能谱成分对比（质量分数） /%

表3 保护渣主要成分（质量分数） /%

图4 缺陷位置表面形貌

图5 缺陷位置能谱图

2 结果分析与讨论

冷轧薄板出现起皮是由于冷轧基料本身存在缺陷。研究表明，冷轧带钢大面积带状和条管状起皮与铸坯上的夹杂物或者携带夹杂物的气泡有关[4]，且冷轧板表面起皮缺陷主要是由连铸坯上的夹杂物、气泡、裂纹等缺陷经后续轧制演变而成[3]。

首先，起皮缺陷附近的组织形貌和基体基本相同，同时也未发现高温氧化圆点，即二次氧化存在，因此排除了在轧制过程中，由于钢板侧边撞击精轧机组侧导板或除鳞水冷却不均等原因导致后续机架压入钢板而引起的“起皮”缺陷[1-3]，以及铸坯表面存在裂纹，从而进一步向下道工序遗传形成的缺陷[8]。

其次，本文中起皮部位皮下大面积范围内存在含 Na、Mg、Al、Si、Ga 的夹杂物，并且其中分布有含Zr元素的颗粒状夹杂。我公司SPHC带钢生产用的结晶器保护渣主要成分为 CaO、Al2O3、MgO、Na组成，水口为锆铝质。由于SPHC是低碳铝镇静钢钢中碳含量低，钢水氧化性强，容易造成水口结瘤[9]，且LF精炼后期喂入钙线，如钙处理不佳，容易生成高熔点的铝酸钙及CaS（熔点为2 450℃），从而发生水口堵塞[9-10]。

据此推断此缺陷是由于水口结瘤物及钢水和渣的侵蚀造成水口损毁[7]进入结晶器，造成液面波动幅度过大，使保护渣进入钢液，被坯壳捕获形成卷渣，经过多道次的热轧及冷轧过程夹渣被反复轧制拉长，最终形成皮下条带状缺陷并在形变过程中向表面运动，在冷轧工艺下，带钢表面金属变形量较大，由于夹杂作用容易形成表面翘皮缺陷[4-6]。

3 改进措施

根据结果对SPHC的生产进行了调整：（1）严格控制钢中[S]含量在0.01%以下，防止生成CaS，同时控制钢水中的Ca/Al到0.10，以获得良好的钙处理；（2）做好连铸保护浇注，防止二次氧化；（3）精炼过程中充分促进Al2O3夹杂物上浮，减少形成结瘤物的主要组分。

4 结论

通过对SPHC冷轧钢板起皮缺陷试样的检测分析，可得出以下结论：

（1）本试样缺陷起因可归结为结晶器卷渣，经过热轧、冷轧反复轧制，形成皮下条带状缺陷并在形变过程中向表面运动，最终形成起皮缺陷。

（2）造成卷渣的原因是水口结瘤物及被侵蚀进入结晶器造成液面波动幅度过大，将部分液态、半液态或固态的覆盖剂卷入钢液。

（3）通过调整S含量、Ca/Al比及夹杂物上浮等工艺手段，已经基本上解决了此类SPHC冷轧起皮缺陷。