戴科棟　王東輝　魏巍

摘 要： 針對寶鋼德盛冷連軋機連退酸機組（簡稱德盛冷軋）生產(chǎn)的型號為BN1G不銹鋼帶2B表面成品，在拋光時其表面存在白點缺陷的質量問題，通過對白點缺陷的形態(tài)、BN1G鋼種特性及機組生產(chǎn)狀態(tài)等分析和工藝改進實驗對比，得出缺陷的不同成因，并做出了相應的改善方法，使缺陷得到有效控制，產(chǎn)品質量可滿足拋光要求。

關鍵詞： 白點； 表面粗糙； 過氧化； 脫脂

中圖分類號： F 416.4 文獻標志碼： A 文章編號： 1671-2153（2017）05-0105-04

0 引 言

節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼，減少了貴金屬鎳的含量，使用較高含量的錳、氮等奧氏體形成的元素，在室溫下獲得單一的奧氏體組織。此類不銹鋼在具備優(yōu)良機械性能的同時，因低鎳而大幅降低了合金成本，且在弱腐蝕環(huán)境如器具、廚具、室內表面裝飾等普通用途領域可被廣泛使用，對鎳資源比較缺乏的國家而言，這類不銹鋼的研發(fā)并且工業(yè)化就顯得更為重要[1]。

寶鋼型號BN1G不銹鋼就是節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼中的一種，應用于表面裝飾，經(jīng)拋光處理后，帶鋼表面存在“麻點”或者稱為“砂眼”之類的缺陷，視覺上為無規(guī)則密集白點缺陷。經(jīng)過粗糙度檢測明顯高于其他企業(yè)的同類產(chǎn)品，不能滿足拋光質量要求。本文將對BN1G鋼種的白點缺陷產(chǎn)生原因及相應的處理方法進行分析。

1 缺陷形貌分析

1.1 白點缺陷的表面形態(tài)

寶鋼德盛BN1G鋼種2B表面成品的工藝路徑主要為：四機架連軋、脫脂、退火、酸洗和平整。在生產(chǎn)過程中，通過細砂紙均勻輕拋平整后的帶鋼表面能檢查到白點缺陷。白點缺陷發(fā)生的分布形態(tài)、程度或位置各異，有偶發(fā)單點狀、密集匯聚后的塊狀、位于帶鋼局部位置的連斷續(xù)狀等。

1.2 白點缺陷的表面微觀形貌

為了解白點缺陷的具體成因，對白點缺陷的單個形態(tài)進行實驗室微觀形貌觀察，發(fā)現(xiàn)每個白點呈現(xiàn)出表面坑點的形貌特征，樣板中坑點尺寸約為5～10 μm，而通過掃描電鏡，對正常表面與坑點的底部進行成分對比觀察，發(fā)現(xiàn)坑點內并無氧化物、夾雜物等異常成分，也未見晶界的貧鉻腐蝕[2]，如表1所示。

由此可見，市場反應的BN1G帶鋼表面經(jīng)拋光后出現(xiàn)的密集白點缺陷，就是材料表面的坑點痕跡。當帶鋼經(jīng)過混酸酸洗鈍化后，其整體表面色澤呈金屬銀白色，而在實施干磨拋光處理后，帶鋼表面的色澤被打磨去除，金屬光澤度大幅提升，而拋光處理對帶鋼基體的去除量仍不足以磨去坑點，故最終坑點與表面形成鮮明對比，呈現(xiàn)坑點邊際線，即白色點狀缺陷。白點缺陷呈密集存在，直接導致帶鋼表面粗糙度增加。

2 白點缺陷的發(fā)生原因

冷軋帶鋼表面坑點的形成，通常主要影響因素包括：退火酸洗過程發(fā)生的過氧化、原料表面粗糙狀態(tài)在冷軋后消缺不良和機械外力損傷。

2.1 帶鋼表面發(fā)生退火過氧化的分析

首先，白點缺陷在德盛冷軋機組生產(chǎn)SUS304鋼種時并未發(fā)生。尤其白點缺陷密集發(fā)生的狀態(tài)，在其他300系或400系不銹鋼中，也不常見。這或與其鋼種的成分特性有關，BN1G不銹鋼的合金成分如表2所示。

由鋼種成分表可知，BN1G不銹鋼與常規(guī)的奧氏體不銹鋼，如與SUS304不銹鋼相比，其合金成分的主要區(qū)別除鎳含量的大幅降低，錳含量的大幅增加外，其鉻含量也相對較低，因此BN1G不銹鋼的高溫抗氧化性較差，耐蝕能力也不如SUS304不銹鋼[3]。即BN1G的帶鋼表面雖然在退火過程中容易發(fā)生高溫氧化，但經(jīng)酸洗后，其表面的氧化層也相對容易去除。

根據(jù)鋼種的這一特性和缺陷發(fā)生的局部化特征，在生產(chǎn)中進行了一系列的工況模擬實驗。取生產(chǎn)中的常規(guī)介質：水、軋制油、脫脂溶液，分別少量地抹在進退火爐前的帶鋼表面上，結果均能在退火后看到帶鋼相應位置的過氧化痕跡。而經(jīng)酸洗后，該位置便呈現(xiàn)密集坑點，砂紙輕拋帶鋼表面，均出現(xiàn)白點缺陷。模擬實驗中還可以看出，當介質抹的過多位置，經(jīng)酸洗后還存在氧化皮殘留痕跡，可見帶鋼表面已被嚴重氧化燒損。通過該實驗可見，若帶鋼在退火前，其表面殘留水漬或油等異物時，經(jīng)過燃燒導致帶鋼表面發(fā)生局部高溫過氧化，帶鋼表面氧化層較正常位置將會更深更嚴重，而經(jīng)過酸洗后，氧化層被剝離清除，從而在帶鋼表面形成略深的氧化燒損凹坑[4]。

既然缺陷由帶鋼表面殘留的異物造成，那么帶鋼表面缺陷的特征將與異物存在形態(tài)或面積大小相對應，通常表現(xiàn)為發(fā)生面積較大，呈現(xiàn)規(guī)律性的局部塊狀或連斷續(xù)的帶狀痕跡。鑒別此類原因，可通過爐子出口的帶鋼表面氧化色澤與酸洗出口相應位置的發(fā)白色澤進行跟蹤對比，通常都能找到對應形態(tài)。

2.2 原料表面粗糙的影響

在生產(chǎn)過程中，為驗證原料粗糙度對冷軋后的表面粗糙度影響，實驗了不同表面粗糙度的原料進行軋制對比，其中對比了兩軋程的成品粗糙度狀態(tài)，軋制后對比數(shù)據(jù)如表3所示。

表3中，Ra為平均粗糙度；Rz為平均峰谷深度；Rt為粗糙度最大高度。

由表3可以看出，白皮卷表面粗糙度對軋制后的成品粗糙度影響顯著。原料白皮卷表面的粗糙狀態(tài)，經(jīng)冷軋后，其軋硬態(tài)表面消缺不良，形成凹坑殘留，同時在坑點內的軋制油相對不易被脫脂去除，或在帶鋼運過程中易粘嵌其他異物，從而形成2.1所述的坑點。對帶鋼冷軋后的表面進行微觀分析，冷軋軋硬態(tài)表面坑點如圖1所示。

但這類原因導致的白點缺陷，通常在2B成品表面呈現(xiàn)出原料氧缺、鱗折或熱軋輥痕跡等對應形態(tài)，亦或是白點呈偶發(fā)零星單點發(fā)生。所以在生產(chǎn)排查中，主要依據(jù)原料缺陷特征。若需排查零星單點發(fā)生的缺陷，則受帶鋼表面光澤、缺陷位置、形態(tài)大小等因素，極難在現(xiàn)場找到退火前后的對應缺陷。

2.3 冷軋過程的表面機械損傷分析

這類原因的關鍵點在于表面受機械損傷后，將呈現(xiàn)一定的周期或者位置規(guī)律，尤其是周期狀規(guī)律，如軋輥周期、膠輥輥面異物壓入等。依照這種現(xiàn)場排查方法，缺陷發(fā)生點相對容易查找。但對德勝冷軋的BN1G產(chǎn)品而言，缺陷并未存在這類規(guī)律，同時，BN1G相對較高的屈服強度，也不易發(fā)生膠輥異物壓入，因此可以排除白點缺陷是帶鋼表面被機械損傷的原因。

3 白點缺陷的改善方法

3.1 減少脫脂后帶鋼表面異物殘留和改善爐內氧化環(huán)境

由2.1中所述，帶鋼表面殘留的油、水等異物后，在爐內產(chǎn)生局部過氧化的問題，其發(fā)生問題的關鍵點顯然是在退火爐前。除了活套內的滴水、滴油、蟲子壓入或輥面狀態(tài)等清潔生產(chǎn)外，軋制油或脫脂液等殘留，就更需要關注軋硬態(tài)帶鋼表面的脫脂效果。

就德盛冷軋的脫脂而言，軋制后的帶鋼進脫脂前，動黏度為13 mm2/s左右的軋制油膜粘附在帶鋼表面，僅用純氫氧化鈉溶液且最短4.6 s脫脂時間的狀態(tài)下，脫脂后的帶鋼表面不能通過38號達因比測試，故脫脂后帶鋼表面的殘油將使帶鋼表面張力過大，脫脂后沖洗水的水膜就不能均勻的覆蓋在帶鋼表面，從而影響了帶鋼在脫脂出口的擠干和烘干效果等一系列問題，因此帶鋼表面殘留了不同面積形態(tài)的水漬、擠干輥輥跡、軋制油等異物。對此，提升帶鋼的脫脂效果是解決問題最有效措施。

除了控制軋制后帶鋼表面進脫脂前的殘油量、脫脂液中油含量、脫脂速度溫度、機械清洗裝置等常規(guī)脫脂能力外，需特別關注脫脂劑與軋制油成分之間的選配關系。選用合適的脫脂劑可明顯改善脫脂效果，應根據(jù)脫脂時間及脫脂設備，對軋制油品及殘油量進行模擬脫脂實驗后確定脫脂劑的成分含量，同時也應考慮脫脂劑成分的溶水性及表面殘留問題。

對開放式退火爐而言，除提升脫脂效果外，降低帶鋼的退火溫度，減輕帶鋼氧化也是處理該類問題的另一方法。但降低退火溫度，將直接影響帶鋼的退火性能，同時也將影響平整后的板形改善，所以該方法必須衡量產(chǎn)品在市場中的定位。為驗證降溫效果，從實驗數(shù)據(jù)表明，降低退火溫度的效果對改善坑點程度有一定作用，但對帶鋼厚度厚、工藝速度較慢的情況下，改善并不明顯。

通過批量實驗，按成品帶鋼表面粗糙度檢測數(shù)據(jù)進行效果對比衡量，將降溫前后及使用脫脂劑（產(chǎn)品型號7315）替換純氫氧化鈉溶液后的數(shù)據(jù)，結果如圖2所示。由圖2可以看出，脫脂效果提升后，成品帶鋼表面粗糙度Ra有明顯降低，效果優(yōu)于退火降溫方案。

此外，BN1G鋼種在退火過程中，應盡量采用高速且穩(wěn)定的通板作業(yè)條件。若其他企業(yè)有作業(yè)條件允許，可直接采用光亮爐退火。但對民營企業(yè)或寧波寶新的光亮退火時了解到，脫脂不良的帶鋼表面，即便使用光亮退火，同樣也會出現(xiàn)白點缺陷或局部氧化色。雖然帶鋼處在全氫或氫氮環(huán)境中，但帶鋼表面存在有氧含量的異物時，帶鋼也同樣發(fā)生氧化。

3.2 提升冷軋對原料表面粗糙的消缺能力

就冷軋工序而言，通過調整軋制工藝，如總變形量、軋制道次及變形量、軋制速度，軋輥粗糙度等可對帶鋼表面的粗糙產(chǎn)生影響，但在實際生產(chǎn)過程中，總變形量受軋機能力的限制，軋制道次及軋制速度受連軋機組本身的設備限制等，且BN1G鋼種的加工硬化相對較大等影響，很難做出相應的軋制工藝調整，對此通過軋輥工作輥的粗糙度調整進行實驗對比（為顯著對比軋輥粗糙度的影響，將第一第二機架的軋輥粗糙度大幅降低，正常生產(chǎn)中不可采用），結果如表4所示。

實驗軋制1.0 mm成品厚度，經(jīng)表面粗糙度檢測，工作輥粗糙度調整前后的帶鋼表面粗糙度Ra分別為0.37 μm和0.38 μm。由此可知，降低軋輥工作輥表面粗糙度對帶鋼表面粗糙度并無改善作用。

此外，將德盛四連軋與20輥單機架軋機對BN1G軋制后的冷軋表面粗糙度進行對比，結果如表5所示。同樣可見，連軋機對帶鋼表面的消缺能力明顯不及單體軋機的多道次軋制。

由上述可見，需要減少冷軋表面粗糙度的影響，從當前的冷連軋工藝上，并無特別有效措施，關鍵點仍應控制原料表面的自身粗糙度。

4 效果對比

通過以上分析及實驗對比，寶鋼德盛冷軋除對采購原料的表面粗糙狀態(tài)進行要求外，對脫脂液的選用類型再次進行優(yōu)化調整，將實驗用的脫脂液（產(chǎn)品型號7315）更換成效果更好的脫脂粉劑（產(chǎn)品型號6332-3），脫脂后的帶鋼表面張力最大可通過42號達因比測試。同時根據(jù)產(chǎn)品性能要求和平整后的板形控制影響，將退火溫度從1030 ℃調整至了1005 ℃。至此，寶鋼德盛冷軋的BN1G不銹鋼2B成品在拋光后的白點缺陷得到顯著改善，與市場同類產(chǎn)品相比，拋光后的表面質量已能達到市場同等質量水平。測得成品表面粗糙度中值數(shù)據(jù)Ra由原來的0.563 μm降至0.155 μm。

5 結 論

（1） BN1G不銹鋼冷軋2B產(chǎn)品拋光后的白點缺陷為鋼帶表面的坑點，受其影響，帶鋼表面粗糙度較大。

（2） 帶鋼在退火爐內發(fā)生局部高溫過氧化和冷軋過程對原料表面粗糙度消缺不良，是產(chǎn)生白點缺陷的主要原因。

（3） 選用合適脫脂液，提升脫脂效果減少帶鋼表面異物殘留，和根據(jù)產(chǎn)品性能適量降低退火溫度，是減少BN1G帶鋼在爐內發(fā)生過氧化的關鍵措施。

（4） 控制原料表面粗糙度，減少冷軋過程對原料表面粗糙度消缺不良問題，是控制白點缺陷的重要措施。

參考文獻：

[1] 嚴旺生. 節(jié)鎳型不銹鋼的發(fā)展前景[J]. 有色金屬工業(yè)，2004（2）：59-60.

[2] 陸世英，張廷凱，楊長強，等. 不銹鋼[M]. 北京：原子能出版社，1995：77-78，550-551.

[3] 何汝迎. 不銹鋼冷軋生產(chǎn)技術及產(chǎn)品應用[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2014：27-28.

[4] 肖紀美. 不銹鋼的金屬學問題[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2006：47-48.