供稿|潘世華 / PAN Shi-hua

氧化鐵皮斑跡(簡(jiǎn)稱氧斑)缺陷俗稱“山水畫”，也就是帶鋼在酸洗之后表面出現(xiàn)的類似“山水畫”狀的斑跡，沒(méi)有手感，但影響外觀。2011年以前，該缺陷一直為酸洗軟鋼的主要質(zhì)量缺陷，通過(guò)2011年攻關(guān)，采取了控制在爐時(shí)間以及確保粗軋除鱗等措施，取得了顯著控制效果。然而，2013年8月份氧斑缺陷突然再次爆發(fā)，缺陷率高達(dá)18%，并且連續(xù)幾個(gè)月一直居高不下，2013年8—12月，氧斑缺陷發(fā)生率平均就高達(dá)10%，造成酸洗軟鋼降級(jí)近5000 t，造成了極大的損失，同時(shí)還發(fā)生了5起以上的質(zhì)量異議。通過(guò)質(zhì)量分析排查發(fā)現(xiàn)，大批量板坯出現(xiàn)了超標(biāo)砷(As)元素，于是將氧斑缺陷樣板進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)缺陷處有明顯的砷(As)富集現(xiàn)象。顯然，現(xiàn)在的氧斑與以前的氧斑產(chǎn)生原因不同，以前的氧斑僅僅是表面氧化皮沒(méi)有除盡，現(xiàn)在的氧斑是表面砷(As)元素富集造成。由于板坯中砷(As)元素的來(lái)源與廢鋼原料關(guān)系密切，但目前無(wú)法做到全面控制，因此本文將從熱軋角度對(duì)由于砷(As)元素導(dǎo)致的氧斑缺陷進(jìn)行解決改善。

含砷氧斑產(chǎn)生的機(jī)理解析

典型的嚴(yán)重程度含砷氧斑缺陷形貌如圖1所示。

從圖1可以看出，“As 斑”缺陷部位比較粗糙。從EDS 能譜分析來(lái)看，突出部位的As 含量較高，達(dá)2%以上，如圖2所示。

以往發(fā)現(xiàn)的氧斑缺陷，其產(chǎn)生原因是由于一次氧化鐵皮殘留、二次氧化鐵皮甚至是比較嚴(yán)重的三次氧化鐵皮壓入帶鋼表面，經(jīng)過(guò)軋制延伸之后在帶鋼表面形成的“山水畫”狀斑跡。一次氧化鐵皮殘留導(dǎo)致的氧化鐵皮斑跡缺陷相對(duì)嚴(yán)重，主要表現(xiàn)為板面條帶狀或整面發(fā)黑的斑跡；二次氧化鐵皮殘留導(dǎo)致的氧化鐵皮斑跡往往表現(xiàn)為整面的、顏色相對(duì)較淺的斑跡；嚴(yán)重的三次氧化鐵皮殘留導(dǎo)致氧化鐵皮斑跡類似于二次氧化鐵皮殘留的狀況，但程度較輕，一般用戶都能接受。

而目前的氧斑缺陷根本原因是砷(As)元素富集造成。As 在元素周期表中是第六主簇元素，其性質(zhì)與Pb、Sn、Sb、Bi相似。其原子序數(shù)和原子半徑比Fe元素大，在晶體內(nèi)引起較大的晶格畸變，內(nèi)能增大。由于表面比晶體內(nèi)部疏松，存在較大的空隙，可以使內(nèi)能減少，因此鋼中的As元素容易在表面富集。再加上As氧化自由能比Fe高，不容易被氧化，在熱軋加工過(guò)程中，板坯表面的Fe不斷被氧化，界面處的As元素將越來(lái)越多。由于As元素在氧化皮、基體界面的富集，到一定程度，超過(guò)鋼中的溶解度，As 可能以共晶化合物的熔融態(tài)存在于界面處(如圖3所示)。砷(As)元素在板坯加熱時(shí)即富集在帶鋼表面，溫度越高、時(shí)間越長(zhǎng)，其富集也就越嚴(yán)重。經(jīng)過(guò)高壓除鱗箱和粗軋的除鱗，正常板坯表面的氧化皮可以很好的除盡，但是砷富集導(dǎo)致表面的凹凸不平，影響到了除鱗效果，從而導(dǎo)致氧化皮殘留而最終導(dǎo)致氧斑缺陷出現(xiàn)。

因此，要改善As導(dǎo)致的氧斑缺陷，一方面需要緩解As的富集，另一方面要提高除鱗效率，將板坯或中間坯表面氧化皮盡量除盡。

圖1 氧化鐵皮斑跡缺陷實(shí)物照片

圖2 來(lái)樣表面缺陷處的能譜分析結(jié)果；Spectrum1為無(wú)氧斑區(qū)域，Spectrum2為氧斑缺陷區(qū)域。

圖3 氧化皮結(jié)構(gòu)示意圖

主要解決方案

優(yōu)化板坯的裝鋼方式

目前碳鋼板坯裝鋼方式有三種：冷裝、熱裝和直接熱裝。熱裝和直接熱裝往往是板坯穿插在冷軋料計(jì)劃中軋制，而冷軋料加熱溫度往往較高，由此導(dǎo)致了熱裝坯出現(xiàn)氧化皮斑跡缺陷的概率較高。因此，根據(jù)氧斑缺陷高發(fā)的鋼種規(guī)格，對(duì)成品厚度3.0 mm以上的酸洗軟鋼，其裝鋼方式全部采用冷裝集批的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，便于質(zhì)量的控制。

雖然以上措施不是直接導(dǎo)致氧化的原因，但是它是氧斑缺陷控制的基礎(chǔ)。以上措施的落實(shí)，主要通過(guò)產(chǎn)品質(zhì)量設(shè)計(jì)中的計(jì)劃路徑控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。

加熱溫度制度優(yōu)化

◆ 控制加熱溫度

從以上的機(jī)理分析可以發(fā)現(xiàn)，As元素在高溫下富集在板坯表面，從熱軋角度來(lái)說(shuō)就是加熱過(guò)程中富集造成，較低的溫度和較短的時(shí)間可以緩解As的富集程度。通過(guò)多次工藝試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，將抽鋼溫度在現(xiàn)有目標(biāo)值上降低30 ℃以上，對(duì)減弱As元素的富集有明顯作用，同時(shí)考慮到該缺陷在厚規(guī)格帶鋼上發(fā)生率較高，因此采取了對(duì)3.0 mm以上規(guī)格采取降溫的措施，這樣也避免了給薄規(guī)格軋制穩(wěn)定性帶來(lái)負(fù)面影響，具體措施如下：

(1) 目標(biāo)抽鋼溫度由1160 ℃下調(diào)至1130 ℃；

(2) 加熱爐爐溫最高不超1230 ℃。

◆ 嚴(yán)格控制在爐時(shí)間

(1) 正常生產(chǎn)情況下，板坯總在爐時(shí)間不得超過(guò)180 min；

(2) 當(dāng)軋線有計(jì)劃安排的檢修日修，酸洗軟鋼裝鋼必須做好相關(guān)空爐，具體要求如下：60 min空8 m，90 min空12 m，120 min空15 m，4 h以上停機(jī)，裝鋼不允許超過(guò)熱回收段。

(3) 軋制過(guò)程中凡出現(xiàn)非計(jì)劃停機(jī)，嚴(yán)格執(zhí)行降溫和保溫制度。

粗軋軋制工藝優(yōu)化

◆ 粗軋軋制速度優(yōu)化

由于含As氧斑主要是表層氧化皮去除難度大，而通過(guò)工藝試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，粗軋采用較低的軋制速度，可以有效提高除鱗效果。因此，最終將粗軋軋制速度在原有速度基礎(chǔ)上降低20%左右，具體見(jiàn)表1。

表1 優(yōu)化前后粗軋速度情況 m·s-1

◆ 除鱗制度優(yōu)化

(1) 根據(jù)氧斑缺陷嚴(yán)重的情況，認(rèn)為由于板坯表面與除鱗噴嘴之間的距離較大，因此開(kāi)啟4臺(tái)除鱗泵，采取了將粗軋上除鱗噴嘴更換成大沖擊力噴嘴的措施；

(2) 粗軋每道次咬鋼前均確保除鱗，操作人員不得修改除鱗道次的次序和減少除鱗道次，杜絕為保粗軋出口溫度而減少除鱗道次的現(xiàn)象；

(3) 粗軋軋制節(jié)奏以粗軋最后一道次拋鋼后，HSB高壓除鱗機(jī)才允許進(jìn)鋼的原則執(zhí)行。在不能保證4臺(tái)除鱗泵全部開(kāi)啟的情況，粗軋軋制節(jié)奏再延長(zhǎng)15~20 s；

(4) 正常軋制中不得有任何形式的擺鋼，異常情況下擺鋼，必須保證擺鋼道次入口有除鱗。

軋制計(jì)劃優(yōu)化

做好軋制計(jì)劃的審查，確保厚規(guī)格酸洗軟鋼的集批生產(chǎn)，便于溫度的控制，發(fā)現(xiàn)有穿插在高溫鋼種中間的厚規(guī)格軟鋼，必須及時(shí)溝通對(duì)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整。

氧斑的封鎖控制標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化

對(duì)氧斑的封鎖控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了優(yōu)化，具體如表2所示。

表2 氧斑判定放行標(biāo)準(zhǔn)

在實(shí)際操作過(guò)程中，先確認(rèn)用戶類別、氧斑程度，并對(duì)比氧斑面積及氧斑條數(shù)，二者有一條超過(guò)規(guī)定則作臨時(shí)封鎖處置。

氧斑缺陷程度“中”、“深”臨界樣板如圖4所示。

取得控制效果

(1) 低碳酸洗軟鋼氧斑缺陷發(fā)生率從2014年2月中下旬以來(lái)穩(wěn)定在1.5%以下，較工藝優(yōu)化實(shí)施前的10%下降了85%以上；

(2) 實(shí)施前，氧化鐵皮斑跡質(zhì)量異議超過(guò)5起，實(shí)施之后生產(chǎn)的鋼卷沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)氧化鐵皮斑跡缺陷質(zhì)量異議；

(3) 由于明確了氧化鐵皮斑跡缺陷的產(chǎn)生原因和控制點(diǎn)，氧化鐵皮斑跡缺陷穩(wěn)定受控。

圖4 氧斑缺陷程度。(a) 中度缺陷；(b) 深度缺陷。

結(jié)論

2013年發(fā)生的低碳酸洗軟鋼氧斑缺陷為板坯中As元素超標(biāo)，經(jīng)過(guò)板坯加熱與軋制后富集在帶鋼表面所引起，通過(guò)采取板坯冷裝方式，優(yōu)化并嚴(yán)格控制加熱溫度與在爐時(shí)間，降低粗軋軋制速度并提高除鱗效果等工藝措施，同時(shí)制訂合理的缺陷判定放行標(biāo)準(zhǔn)，使低碳酸洗軟鋼氧斑缺陷發(fā)生率顯著下降，有效避免了批量缺陷與用戶異議的發(fā)生。