冷軋板表面線狀缺陷的研究

于 健

（本鋼板材股份有限公司技術研究院，遼寧 本溪 117000）

近年來，隨著我國國民經濟的快速發展，電器、汽車、建筑、食品飲料罐等行業的快速發展大大提高了冷軋鋼板在市場中的需求，大型鋼鐵企業冷軋薄板產品比率超過50%。后續企業需要對冷軋板進行涂鍍、涂漆、沖壓成型等再加工，一旦冷軋板表面出現質量缺陷，會影響后續的加工性能，所以要減少甚至消除冷軋板表面質量缺陷，冷軋板表面缺陷一直是國內鋼廠存在的棘手質量問題，被認為是常見的而又難以消除的頑癥，而且這些缺陷在冶金過程或演化過程是多種因素引起的，其特點都比較類似，如果控制措施合理，部分缺陷缺陷可以減輕甚至消除[1]。本文主要探討冷軋板表面線狀缺陷產生原因、危害及控制措施。

1 試樣制取、宏觀缺陷、微觀形貌及夾雜物成分

1.1 試樣制取

現場取樣，切取DC05、DC06鋼板有表面缺陷的部位，制成大小合適的試樣，并用脫脂棉滴上無水乙醇擦拭表面，并在自然光下拍照。

1.2 缺陷試樣宏觀狀態

試樣在宏觀狀態下，能看到缺陷為一條貫穿試樣表面，寬度約為0.5mm的細線，大小和分布無規律，如圖1中1號，2號，3號三個試樣所示，圖片中箭頭下方細線即為缺陷。

圖1 缺陷試樣的形貌特征

1.3 試樣缺陷部位微觀形貌及顆粒物成分

利用掃描電鏡在微觀視場下找到宏觀缺陷所在的位置，觀察其微觀形貌，除了表面平整的鋼基外，部分表面呈凹坑狀，凹坑內有顏色異于鋼基的顆粒狀物質呈現串鏈狀沿軋制方向分布，如圖2、3、4所示，十字號所在位置即為三個試樣中異于鋼基的顆粒物。

圖2 顆粒物電鏡分析：1#樣

表1 1#顆粒物電鏡分析數值

圖3 顆粒物電鏡分析：2#樣

表2 2#顆粒物電鏡分析數值

圖4 顆粒物電鏡分析：3#樣

表3 3#顆粒物電鏡分析數值

1.4 顆粒成分

從表格數據可知，每個試樣顆粒物都含有O、Al、Fe元素，且[O]和[Al]含量占絕大部分，另外還有Ti和Cr元素，這兩種元素含量都小于1%，由此可以得出顆粒物為Al2O3夾雜。為了避免偶然性，又對后續的幾個批次DC05和DC06鋼板具有相同宏觀缺陷的試樣進行了取樣，用同樣的檢測方法，發現上述試樣缺陷部位微觀都有串鏈狀顆粒沿著軋制方向分布，分別掃描了若干個顆粒，每個顆粒都含有O、Al、Fe元素，其中Al和O元素含量還是占絕大部分，由此可以判斷顆粒還是Al2O3夾雜。

2 夾雜物產生原因

按照來源，外來夾雜物主要是鋼水和外界之間偶然的化學和機械作用產物，內生夾雜物是鋼水冶煉時的脫氧產物或者在冷卻凝固過程中的物理化學析出物，主要包括氧化鋁夾雜和硅鎮靜鋼中氧化硅夾雜，這些夾雜產生于鋼中溶解氧和加入的鋁或硅脫氧劑之間的反應，是典型的脫氧生成的夾雜物[2]。在這批次鋼板出現夾雜缺陷后，我們對相應批次的鋼板的生產過程進行調查，發現在這些爐次中鋼水氧含量偏高。煉鋼是氧化反應，向鐵水中吹入純氧，鐵水中如硅、碳、錳、磷等元素被氧化，待吹煉結束的時候，還有很多處于游離狀態的氧，含氧量越高，相應的夾雜物也就越多；含氧量越低，鋼水中夾雜物就越少。

2.1 終點[C]含量

鋼中氧含量主要受到碳含量的控制，轉爐吹煉中碳氧反應式為[C]+[O]={CO}，轉爐冶煉終點由副槍測定的[C]和[O]活度統計關系圖所示，由圖可知，鋼水含氧量隨著碳含量增加而減少。

圖5 轉爐冶煉終點C-O關系圖

圖6 終點溫度與[O]含量的關系

2.2 終點溫度

生產統計轉爐終點鋼水溫度與終點[O]關系，如圖所示，由圖可知，鋼水含氧量隨溫度升高而增加。

2.3 爐渣對終點氧含量的影響

轉爐冶煉中后期，爐渣中氧化鐵含量與鋼水中氧氣含量有關聯。氧化鐵的含量與鋼水中氧含量存在著相對平衡，一般地，爐渣中氧化鐵含量越高，爐渣氧化性越高，爐渣氧化性就越強，鋼中氧含量就相對較高。

3 夾雜物的種類和危害

3.1 夾雜物的種類

非金屬夾雜物按化學成分的不同，可以分為氧化物夾雜、硫化物夾雜、氮化物夾雜、碳化物夾雜、磷化物夾雜等。氧化物夾雜分為簡單夾雜物和復雜夾雜物，簡單夾雜物如FeO、Al2O3夾雜、，復雜夾雜物如尖晶石類和鈣的鋁酸鹽等，硅酸鹽及硅酸鹽玻璃也屬于氧化物夾雜，它們成分復雜，而且常常呈多相存在。在鋼的冶煉過程中，不可能除盡所有的雜質，所以實際使用的碳鋼中除碳以外，還含有少量的錳、硅、硫、磷、氧、氫、氮等元素，他們的存在，會影響鋼的質量和性能[3]。

3.2 夾雜物的危害

氧在鋼中的溶解度非常小，幾乎全部以氧化物夾雜的形式存在于鋼中，如FeO、Al2O3、SiO2、CaO等。除此之外，鋼中還存在硫化鐵、硫化錳、硅酸鹽等。這些非金屬夾雜物破壞了鋼的基體連續性，在靜載荷和動載荷的作用下，往往成為裂紋的起點，他們的性質、大小、數量及分布狀態不同程度地影響鋼的各種性能，尤其對鋼的塑性、韌性、疲勞強度和耐蝕等性能危害很大[4]。

4 防治措施

改善措施從產生夾雜物的工藝過程去分析，制定相應方法以減少夾雜物的含量。

防止鋼水中[O]含量過高，降低脫氧產物Al2O3夾雜，為下一步精煉提供品質較好的鋼水；制定合理吹煉終點[O]含量；使用鋁錳鐵等混合脫氧劑，降低鋼水中[O]含量，減少鋼水氧化程度；當終點碳含量高，溫度也高時，用鐵礦石調溫。如果終點溫度高，碳含量不高時，可用石灰石調溫；爐渣氧化性控制在合理范圍內。降低鋼水被氧化程度，從而減少鋼水中的夾雜物的含量。

5 結論

冷軋板多用于汽車、家電等領域，這些行業對鋼板表面質量要求越來越嚴格，所以表面缺陷是冷軋板最主要的質量問題，這其中的線狀缺陷由于缺陷長度可長達數米，所以問題尤為突出。

鋼中非金屬夾雜物的種類、數量、組成和分布影響著缺陷的類型和嚴重程度。Al2O3夾雜大部分來自脫氧產物，生產中可以通過控制終點[C]含量、終點溫度和爐渣氧化性來避免鋼水氧含量過高，減少Al2O3夾雜的產生。Al2O3夾雜和Cr2O3尖晶石類復合氧化物屬于脆性夾雜物，當鋼在熱加工變形時，夾雜物的尺寸一般不發生變化，但會沿著加工方向破裂并且呈串鏈狀分布，從而造成冷軋板表面有分布無規律、長度不等的線狀缺陷存在。