热轧带钢表面麻点缺陷研究及对酸洗影响分析

王 彬，蒋 晨，刘立辉，2，李 磊，2，张 韵，江海涛，米振莉

（1.德龙钢铁有限公司，河北 054000；2.河北省热轧板带钢技术创新中心，河北 054000；3.北京科技大学工程技术研究院，北京 100083）

0 引言

热轧薄板具有易冲压成形、延伸性能良好以及成分控制简单等优点，广泛应用于家电、汽车以及公路桥梁等领域，市场需求量极大[1]。随着钢铁行业不断发展，下游用户对于热轧板表面质量要求越来越高，热轧板表面质量问题开始被研究[2]。氧化铁皮缺陷作为一种常见的热轧板表面质量问题，其原因主要是成分设计不合理和加工工艺不当所致[3-6]。由于多种因素的耦合作用，氧化铁皮缺陷种类众多，其中麻点缺陷是最为常见的缺陷之一。章庆等[7]研究了40Cr 热轧板表面麻点缺陷，发现其主要原因是元素控制和轧制工艺控制不当。徐志东等[8]为找出合金钢表面麻点缺陷的形成原因，在实验室模拟了下游用户酸洗车间的环境，确定了环境因素是麻点缺陷形成的根本原因。于洋等[9]将麻点缺陷分为辊系麻点、温度麻点和成分麻点，认为麻点缺陷只与三次氧化铁皮有关。

本文针对国内某钢厂生产的热轧钢板表面的麻点缺陷进行研究，通过麻点缺陷部位扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）的检测结果，对热轧钢板表面的麻点缺陷的成因及其对后续酸洗的影响进行了分析。

1 实验材料与分析方法

对国内某钢厂存在麻点缺陷的热轧板进行取样，试样尺寸为20mm×6mm。对上述试样进行热镶，打磨至2000 目并抛光，在超声波下利用酒精清洗5min 后烘干。采用扫描电镜（Quanta FEG 450）和能谱仪（TEAM EDS（EDAX））观察麻点缺陷的微观形貌及元素分布。在实验室模拟酸洗试验，酸洗试剂为18%盐酸水溶液，加热温度为60℃，试样浸泡不同时间（10s、20s、30s、40s、50s、60s）后，依次用水和酒精进行冲洗，烘干，并记录不同时间条件下试样的形貌，研究麻点缺陷对于热轧板轧后酸洗的影响。

2 实验结果分析与讨论

2.1 麻点缺陷宏观形貌分析

图1 为热轧带钢表面麻点缺陷的宏观形貌。由图1 可以看出，钢板不同部位的表面质量呈现出明显的差异，具体表现为有的部位存在凹凸不平的粗糙缺陷，有的部位则较光滑，严重影响钢卷外观。

2.2 麻点缺陷微观形貌分析

存在麻点缺陷的试样表面微观形貌如图2 所示。其中：图（a）为低倍镜下的扫描微观形貌图，可以观察到表面氧化铁皮的凹凸不平，呈现出黑色、灰色以及白色的不同衬度，灰色与白色区域对应着试样表面的凹坑，分别为脱落的和破碎的氧化铁皮。进一步观察上述三种颜色区域对应表面的高倍形貌，黑色区域图（b）的表面平整度要明显优于灰色区域图（c）和白色区域图（d）的凹坑区域，白色区域内存在明显的裂纹及团聚状物质。此外，黑色区域的表面上粘附着极少的白色颗粒，而灰色和白色区域表面则有较多的白色。

图2 麻点试样表面微观形貌

研究显示，带钢表面不同位置元素的分布是导致麻点缺陷出现的重要原因之一[10]。应用EDS 能谱仪对A、B、C 处进行点扫，结果如图3 所示。能谱仪检测结果显示，所有位置都以Fe 和O 元素为主，其中灰色区域（Spot1）存在少量Mn 元素，Co 和Sb元素为仪器误差，应予以去除。Mn 元素在氧化铁皮中主要以MnFe2O4的形式存在，会造成基体氧化速率提高，且氧化铁皮粘附性变差[11]。因此，灰色区域氧化铁皮脱落可能与Mn元素有关。

图3 麻点试样表面不同位置处EDS分析

为了分析白色区域氧化铁皮破碎的原因，应用EDS 能谱仪对白色颗粒及其附着表面进行点扫，结果如图4 所示。两位置的化学成分及其占比见表1，其成分主要为C、O 和Fe，且附着表面的Fe/O 原子比约为0.79，与Fe3O4相近，白色颗粒的Fe/O 原子比约为0.65，和Fe2O3相近。由此可见，附着表面主要成分为Fe3O4，凹坑中的白色颗粒主要成分为Fe2O3。因此轧制过程中氧化铁皮压入也是麻点缺陷产生的重要原因之一，而压入的氧化铁皮主要来源于除鳞后残留的氧化铁皮[12]。此外，扫描结果中并无Na、Ca以及Al等保护渣中元素，故可排除保护渣颗粒压入导致缺陷形成的可能。

表1 麻点试样表面缺陷处点扫描元素分布

图4 麻点试样表面缺陷处点扫描微观形貌

综上，试样表面表现为黑色氧化铁皮（Fe3O4）表面粘附着白色颗粒（Fe2O3），白色区域凹坑内残留较多白色颗粒（Fe2O3），在轧制过程中，粗轧后钢板表面形成黑色氧化铁皮（Fe3O4），后续除鳞不彻底会导致其表面残留少量氧化铁皮（Fe3O4），该残留氧化铁皮（Fe3O4）在进入精轧前等待时会与空气发生充分接触，被氧化为Fe2O3。进入精轧阶段后，残留氧化铁皮中体积较大的会被压入基体形成前文中的白色区域凹坑，体积较小的则粘附在黑色氧化铁皮（Fe3O4）表面，表现为白色颗粒。此外，对麻点试样氧化铁皮的截面形貌进行了观察，如图5 所示，氧化铁皮与基体界面的平直度较差，这是由于氧化铁皮压入基体表面，与上述分析对应。

图5 麻点试样截面氧化铁皮形貌

综上所述，Mn 元素含量控制不当导致试样表面氧化铁皮脱落，形成灰色区域脱落缺陷，粗轧后除鳞不彻底，造成残留氧化铁皮压入热轧板表面，形成白色区域处的凹坑缺陷，两者综合导致了麻点缺陷的产生。

2.3 模拟酸洗实验

为研究麻点缺陷对后续酸洗的影响，在实验室模拟了酸洗实验。图6 分别为酸洗10s、20s、30s、40s、50s、60s 时试样表面形貌，图中黑色残留物为氧化铁皮，白色部位为酸洗后露出的基体，试样表面氧化铁皮一般与酸发生下列反应：

由图6 可以看出，在10s 时，试样表面残留较多氧化铁皮，20s和30s时，表面氧化铁皮明显变少，随着时间延长，到40s 时，氧化铁皮基本被除尽。在40s、50s以及60s的试样表面，残留少量氧化铁皮处是麻点缺陷尚未酸洗完毕，存在的凹坑是麻点缺陷处酸洗后的形貌。

图6 酸洗后试样表面形貌

综上可知，经过酸洗后，麻点缺陷处仍然存在少量残留氧化铁皮，需要增加酸洗时间或酸的浓度才能彻底除鳞，增加了酸洗的时间和成本。酸洗后，麻点缺陷处氧化铁皮即使被清除，依然会存在凹坑，影响美观。凹坑如果较深，则可能会保留到冷轧板上，在冷轧时，与冷轧辊表面氧化膜接触，形成应力集中，造成冷轧辊表面氧化膜脱落，形成新的氧化铁皮压入缺陷，最终会影响钢卷的表面质量。

3 结语

通过对某钢厂热轧板麻点缺陷部位扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）的检测分析及酸洗实验，确定了热轧板表面麻点缺陷的成因及其对后续酸洗的影响状况。此项研究成果可为企业进一步提升热轧板表面质量提供技术支撑。

（1）热轧板表面麻点缺陷微观表现为黑色、灰色以及白色三种区域，其中黑色区域为正常无缺陷位置，灰色区域表现为氧化铁皮脱落缺陷，白色区域表现为氧化铁皮压入缺陷。因Mn元素控制不当导致了氧化铁皮脱落，形成灰色区域脱落缺陷，粗轧阶段除鳞不彻底，导致残留氧化铁皮在精轧过程中被压入钢板表面，形成白色区域压入缺陷，两者综合形成了麻点缺陷。

（2）热轧钢麻点缺陷试样在经过酸洗后，40s时，表面氧化铁皮基本被除净，但表面存在较多凹坑，后续可能会遗传到冷轧板表面，在冷轧时造成轧辊氧化膜脱落，形成新的氧化铁皮压入缺陷，影响钢卷表面质量。