影响退火冷板表面质量的因素

毕俊召

【摘 要】论文以某钢厂的油桶板生产流水线上出现的粘结缺陷为实际案例，分析了冷轧带钢粘结缺陷这一影响退火冷板表面质量的主要发生原因，并据此采取了相应的控制措施，最终达到提高企业经济效益、降低能耗的目的。

【Abstract】Taking the bond defect on the production line of oil barrel plate in a steel factory as a practical case， the paper analyzes the main causes of the bond defect of cold rolled strip that affects the surface quality of annealed cold plate， and corresponding control measures are adopted according to this， so as to achieve the goal of improving the economic benefit of enterprises and reducing the energy consumption.

【关键词】冷轧钢卷;粘结;罩式炉;退火;平整

【Keywords】 cold rolled steel; bond; bell-type furnace; anneal; leveling

【中图分类号】TE65                                      【文献标志码】A                                     【文章编号】1673-1069（2018）10-0159-02

1 引言

现阶段，冷轧退火带钢在石油、化工及纺织等行业中的包装与存储中均有着十分广泛的应用，而退火带钢的生产工序较为复杂，其在罩式退火环节极易因各种因素而对退火冷板表面质量造成难以挽回的影响与损失，如本文将重点阐释的因长时间高温而产生的粘结缺陷。严重的粘结缺陷会对产品表面质量造成严重影响，最终所生产出的产品还会降级甚至变为废品，企业的经济效益大大受损，生产效率也大大降低。因此，我们需从多道工序出发，全面排查形成粘结缺陷的相关因素，并据此采取相应的控制措施。

2 粘结缺陷实例分析

某钢厂生产0.9mm×930mm规格的油桶板生产流水线上，在经冷轧平整时发现，距带钢边部操作侧40～90mm以及距传动侧50mm处，沿轧制方向发现了间断粘结缺陷，缺陷形状呈月牙状或马蹄状，宽度约为25～35mm，触之有明显手感。

该厂技术人员采用扫描电子显微镜观察了出现此类缺陷的带钢表面形貌，结果表明，在冷轧轧制时没有采用毛化辊轧制的产品均未发生粘结缺陷，其带钢表面的形貌特征主要表现为规则的原斑形貌。在发生粘结的部位，月牙状缺陷主要表现为轻微擦痕，圆斑特征不明显;马蹄状缺陷的形貌位置则主要表现为严重的撕裂痕迹，圆斑特征消失。不管是月牙状还是马蹄状，罩退产品粘结缺陷的表面在厚度上均不存在差异，且都较为平坦。

3 粘结缺陷形成机理及影响因素

在退火过程中，冷轧带钢所产生的一种表面质量缺陷称之为粘结现象。该缺陷的主要形成机理如下：带钢卷层在长时间压合中形成局部焊合，然后在平整工艺中会由于带钢突然撕开，带钢局部应力超过屈服极限而形成垂直于带钢长度方向的弧形粘结纹缺陷。造成粘结现象的因素较多，主要有带钢自身材质、轧制工艺、冷却制度等。

3.1带钢材质

为分析带钢材质对粘结缺陷的影响，该厂技术人员进行了多次试验，试验发现，大多数发生粘结缺陷的带钢带宽均不超过1020mm，轧制厚度均不大于1.2mm，在钢含量上，Q类钢含量均不超过0.08%，SPCC、08AI、DC类钢碳含量则均不超过0.02%[1]。下面笔者将分别从带宽、轧制厚度以及碳含量分析带钢自身材质对粘结缺陷的影响。

①带宽：通常而言，钢厂的带卷重量在20～21t，带钢宽度与钢卷的外径和径向温度的梯度成反比，而径向温度的梯度直接影响粘结缺陷的发生。对此，我们在实际生产中应合理设置带钢的宽度，宽度越大，外径越小，径向温度的梯度越小，粘结缺陷即可得到有效控制。②轧制厚度：扩散定律公式如下：J=-Ddc/dX，式（1）中，J为扩散流量，D为扩散系数。从公式我们可以看出，单位时间内通过垂直于板厚方向单位面积的铁原子量与该方向上铁原子的浓度梯度成正比。因此，越小的轧制厚度意味着更大的铁原子浓度梯度与扩散流量，而粘结缺陷的发生情况此时也就越加严重。③碳含量：碳含量增加后，碳原子会占据更多的空位，此时原本用于铁原子扩散的空位浓度随之降低，而自扩散系数则会出现减小的情况。与此同时，带钢卷层间的塑形变形会随着高温屈服极限的增大而减小，粘结缺陷的发生率则会得到降低。

3.2 轧制工艺

经多次试验以及对该生产流水线所有粘结缺陷的统计与总结，该厂技术人员发现，带钢头尾部是发生粘结的主要部位。从轧制工艺对退火冷板表面质量的影响来看，原料的头尾板形、冷轧率下降、卷取张力以及带钢表面清洁度与粗糙度是造成粘结缺陷的主要影响因素[2]。

①热轧原料头尾板形。数据表明，90%的冷轧退火卷粘结现象的发生部位都在头尾部，即在热轧原料卷头尾150mm左右。经技术人员查看，粘结发生卷对应热轧原料头尾部的楔形较大，往往都超过了35μm。在后续冷轧工艺中，因热轧原料楔形过大而造成的粘结缺陷无法消除，该缺陷不仅会造成冷轧成品的楔形过大，还会产生单边浪等问题。在退火环节，不均匀的冷轧产品单侧厚度与浪形过大的部位均会增大发生局部焊合的可能性，如果再加上其他作用因素，此时发生粘结的概率就会更大。②冷轧压下率。冷轧压下率越大，轧后板的凸度就越小，而冷轧压下率正是通过影响凸度来间接影響粘结缺陷的发生。基于上述分析，我们可通过增大冷轧压下率来减少钢卷中部的径向应力，进而达到减少粘结缺陷的目的。③表面清洁度。如前文所述，粘结是高温状态下钢卷层与层间原子相互渗透的结构，而带钢表面的清洁度对原子的渗透能力有着极大的影响，清洁度过高或过低均会影响粘结的发生概率。带钢表面清洁度不够会导致表面留有铁粉等残余物，其在罩式炉中会在全氢高温还原环境下被还原成微细的纯铁颗粒，而这一系列的化学反应会使紧紧压合在一起的卷层焊合形成粘结缺陷。对此，技术人员应充分考虑带钢表面残余物存在情况，并采取措施对带钢表面进行清洁，尽最大可能降低残余物质尤其是铁粉的含量。④表面粗糙度。带钢表面的粗糙度Ra值增大后，退火钢卷层与层间界面原子的结合阻力也会相应得到提高，因此Ra值越大，越可有效避免粘结缺陷的发生。然而，多次试验表明，表面粗糙度的增加必将伴随着表面清洁度被破坏，而表面清洁度的破坏必然又会影响带钢其他表面指标，进而还将影响粘结控制措施的实施，因此过大提高工作辊原始表面粗糙度是不可取的[3]。⑤卷取张力。钢卷高温冷却时，卷层间压应力的形成与卷取张力有关，冷连轧卷取张力越大，退火冷却时层间热压应力也就越大。而根据弹性力学理论，卷取张力值与径向应力值应是相等的[4]。对此，我们可通过降低轧钢卷取张力值来达到减少退火高温状态下因钢卷层与层之间边部原子相互渗透而造成的粘结缺陷的目的。

3.3罩式退火过程中冷却制度

该厂在进行工艺优化前所采用的加快冷却速度一直是风冷方式，这一方式因有助于生产效率的提高而在罩式退火环节中得到了广泛应用。在冷却初始阶段，冷却速度越快，钢卷所受的热应力也就越大，如此必然会增大粘结现象的发生趋势[5]。此外，平整工艺前过高的温度也会增大粘结的趋势。

4 控制粘结缺陷的有效措施

在分析影响退火冷板质量的因素的基础上，我们可总结出如下控制或消除退火粘结缺陷的措施：①正确选择卷取张力：对于厚度≤1.2mm的带钢，我们应尽量减小卷取张力，当然需在保证轧制及板形的前提下进行。②合理控制板形与末机架工作辊的粗糙度。③严格遵照退灭操作流程与相关规章制度，合理控制退火温度与时间。④在吊运带卷时，应尽量避免因挤压碰撞而造成粘结缺陷。⑤带钢的屈服极限会伴随着变形速率的提高而出现增大的情况，此时我们可采取措施提高带卷平整时的开卷速度，以此降低粘结发生趋势。此后的平整工艺可将粘结印有效去除。

5 结论

本文所重点介绍的某钢厂在经过大量生产验证后，分析了造成退火冷板粘结的重要因素，并在此基础上采取了相应的质量控制措施，最终达到了减少粘结缺陷的目的，粘结缺陷率由原来的0.9%变为目前的0.42%，共节省效益76.8万吨，并起到了降低能耗、提高生产效率的作用。

【参考文献】

【1】孙立，关淑巧，梁振威，等.冷轧罩退产品常见缺陷分析[A].河北省冶金学会.河北省2010年炼钢—连铸—轧钢生产技术与学术交流会论文集（下）[C].河北省冶金学会，2010.

【2】赵文成，张丽颖，王伟，等.优化生产工艺，降低带钢粘结缺陷[A].中国金属学会.第195场中国工程科技论坛——中国科学仪器设备与试验技术发展高峰论坛（PFIT'2014）、第四届中国能力验证与标准样品论坛（4th RM & PT）、ICASI'2014 CCATM'2014国际冶金及材料分析测试学术报告会会议摘要[C].中国金属学会，2014.

【3】张选峰，关淑巧，张文亮.冷轧板退火过程中的粘結问题及解决措施[J].轧钢，2010，27（03）：65-67.

【4】孙立，关淑巧，梁振威，等.冷轧罩退产品常见缺陷分析[A].河北省冶金学会.河北省2010年炼钢—连铸—轧钢生产技术与学术交流会论文集（下）[C].河北省冶金学会，2010.

【5】于世川，李一栋，梁振威，等.提高冷轧板表面质量的工艺研究[J].金属世界，2009（04）：12-16.