冷轧板表面线状缺陷的研究

于 健

（本钢板材股份有限公司技术研究院，辽宁 本溪 117000）

近年来，随着我国国民经济的快速发展，电器、汽车、建筑、食品饮料罐等行业的快速发展大大提高了冷轧钢板在市场中的需求，大型钢铁企业冷轧薄板产品比率超过50%。后续企业需要对冷轧板进行涂镀、涂漆、冲压成型等再加工，一旦冷轧板表面出现质量缺陷，会影响后续的加工性能，所以要减少甚至消除冷轧板表面质量缺陷，冷轧板表面缺陷一直是国内钢厂存在的棘手质量问题，被认为是常见的而又难以消除的顽症，而且这些缺陷在冶金过程或演化过程是多种因素引起的，其特点都比较类似，如果控制措施合理，部分缺陷缺陷可以减轻甚至消除[1]。本文主要探讨冷轧板表面线状缺陷产生原因、危害及控制措施。

1 试样制取、宏观缺陷、微观形貌及夹杂物成分

1.1 试样制取

现场取样，切取DC05、DC06钢板有表面缺陷的部位，制成大小合适的试样，并用脱脂棉滴上无水乙醇擦拭表面，并在自然光下拍照。

1.2 缺陷试样宏观状态

试样在宏观状态下，能看到缺陷为一条贯穿试样表面，宽度约为0.5mm的细线，大小和分布无规律，如图1中1号，2号，3号三个试样所示，图片中箭头下方细线即为缺陷。

图1 缺陷试样的形貌特征

1.3 试样缺陷部位微观形貌及颗粒物成分

利用扫描电镜在微观视场下找到宏观缺陷所在的位置，观察其微观形貌，除了表面平整的钢基外，部分表面呈凹坑状，凹坑内有颜色异于钢基的颗粒状物质呈现串链状沿轧制方向分布，如图2、3、4所示，十字号所在位置即为三个试样中异于钢基的颗粒物。

图2 颗粒物电镜分析：1#样

表1 1#颗粒物电镜分析数值

图3 颗粒物电镜分析：2#样

表2 2#颗粒物电镜分析数值

图4 颗粒物电镜分析：3#样

表3 3#颗粒物电镜分析数值

1.4 颗粒成分

从表格数据可知，每个试样颗粒物都含有O、Al、Fe元素，且[O]和[Al]含量占绝大部分，另外还有Ti和Cr元素，这两种元素含量都小于1%，由此可以得出颗粒物为Al2O3夹杂。为了避免偶然性，又对后续的几个批次DC05和DC06钢板具有相同宏观缺陷的试样进行了取样，用同样的检测方法，发现上述试样缺陷部位微观都有串链状颗粒沿着轧制方向分布，分别扫描了若干个颗粒，每个颗粒都含有O、Al、Fe元素，其中Al和O元素含量还是占绝大部分，由此可以判断颗粒还是Al2O3夹杂。

2 夹杂物产生原因

按照来源，外来夹杂物主要是钢水和外界之间偶然的化学和机械作用产物，内生夹杂物是钢水冶炼时的脱氧产物或者在冷却凝固过程中的物理化学析出物，主要包括氧化铝夹杂和硅镇静钢中氧化硅夹杂，这些夹杂产生于钢中溶解氧和加入的铝或硅脱氧剂之间的反应，是典型的脱氧生成的夹杂物[2]。在这批次钢板出现夹杂缺陷后，我们对相应批次的钢板的生产过程进行调查，发现在这些炉次中钢水氧含量偏高。炼钢是氧化反应，向铁水中吹入纯氧，铁水中如硅、碳、锰、磷等元素被氧化，待吹炼结束的时候，还有很多处于游离状态的氧，含氧量越高，相应的夹杂物也就越多；含氧量越低，钢水中夹杂物就越少。

2.1 终点[C]含量

钢中氧含量主要受到碳含量的控制，转炉吹炼中碳氧反应式为[C]+[O]={CO}，转炉冶炼终点由副枪测定的[C]和[O]活度统计关系图所示，由图可知，钢水含氧量随着碳含量增加而减少。

图5 转炉冶炼终点C-O关系图

图6 终点温度与[O]含量的关系

2.2 终点温度

生产统计转炉终点钢水温度与终点[O]关系，如图所示，由图可知，钢水含氧量随温度升高而增加。

2.3 炉渣对终点氧含量的影响

转炉冶炼中后期，炉渣中氧化铁含量与钢水中氧气含量有关联。氧化铁的含量与钢水中氧含量存在着相对平衡，一般地，炉渣中氧化铁含量越高，炉渣氧化性越高，炉渣氧化性就越强，钢中氧含量就相对较高。

3 夹杂物的种类和危害

3.1 夹杂物的种类

非金属夹杂物按化学成分的不同，可以分为氧化物夹杂、硫化物夹杂、氮化物夹杂、碳化物夹杂、磷化物夹杂等。氧化物夹杂分为简单夹杂物和复杂夹杂物，简单夹杂物如FeO、Al2O3夹杂、，复杂夹杂物如尖晶石类和钙的铝酸盐等，硅酸盐及硅酸盐玻璃也属于氧化物夹杂，它们成分复杂，而且常常呈多相存在。在钢的冶炼过程中，不可能除尽所有的杂质，所以实际使用的碳钢中除碳以外，还含有少量的锰、硅、硫、磷、氧、氢、氮等元素，他们的存在，会影响钢的质量和性能[3]。

3.2 夹杂物的危害

氧在钢中的溶解度非常小，几乎全部以氧化物夹杂的形式存在于钢中，如FeO、Al2O3、SiO2、CaO等。除此之外，钢中还存在硫化铁、硫化锰、硅酸盐等。这些非金属夹杂物破坏了钢的基体连续性，在静载荷和动载荷的作用下，往往成为裂纹的起点，他们的性质、大小、数量及分布状态不同程度地影响钢的各种性能，尤其对钢的塑性、韧性、疲劳强度和耐蚀等性能危害很大[4]。

4 防治措施

改善措施从产生夹杂物的工艺过程去分析，制定相应方法以减少夹杂物的含量。

防止钢水中[O]含量过高，降低脱氧产物Al2O3夹杂，为下一步精炼提供品质较好的钢水；制定合理吹炼终点[O]含量；使用铝锰铁等混合脱氧剂，降低钢水中[O]含量，减少钢水氧化程度；当终点碳含量高，温度也高时，用铁矿石调温。如果终点温度高，碳含量不高时，可用石灰石调温；炉渣氧化性控制在合理范围内。降低钢水被氧化程度，从而减少钢水中的夹杂物的含量。

5 结论

冷轧板多用于汽车、家电等领域，这些行业对钢板表面质量要求越来越严格，所以表面缺陷是冷轧板最主要的质量问题，这其中的线状缺陷由于缺陷长度可长达数米，所以问题尤为突出。

钢中非金属夹杂物的种类、数量、组成和分布影响着缺陷的类型和严重程度。Al2O3夹杂大部分来自脱氧产物，生产中可以通过控制终点[C]含量、终点温度和炉渣氧化性来避免钢水氧含量过高，减少Al2O3夹杂的产生。Al2O3夹杂和Cr2O3尖晶石类复合氧化物属于脆性夹杂物，当钢在热加工变形时，夹杂物的尺寸一般不发生变化，但会沿着加工方向破裂并且呈串链状分布，从而造成冷轧板表面有分布无规律、长度不等的线状缺陷存在。