冷軋硅鋼表面黑道缺陷查證分析

黃 斌，張 露

（1.山西云時代太鋼信息自動化技術有限公司，山西 太原 030003；2.山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術中心，山西 太原 030003）

冷軋硅鋼作為太原鋼鐵（集團）有限公司（以下簡稱太鋼）的第二大戰略品種，產品質量的優劣直接影響企業的形象。冷軋硅鋼是生產發電機、電動機、壓縮機、變壓器鐵芯的重要原材料。太鋼冷軋硅鋼通過二十余年的發展，在無取向冷軋硅鋼的規格、牌號體系、電磁性能等方面取得了較大的進步，但表面質量還存在一定的提升空間。而表面質量的好壞將直接影響用戶滿意度和產品競爭力。

冷軋硅鋼表面缺陷種類較多，如重皮、夾雜、擦劃傷、輥印、涂層類缺陷、黑道等缺陷經常產生。現針對冷軋硅鋼表面黑道缺陷，在生產現場進行了詳細的調研，同時結合實驗室金相分析、電鏡分析、成分分析、外觀形貌分析，對冷軋硅鋼表面黑道缺陷的形成原因查證分析如下。

1 生產工藝流程

冷軋硅鋼采用以下工藝流程進行生產，其產品厚度為0.35～0.65 mm。

鐵水預處理→轉爐煉鋼→RH真空處理→連鑄（電磁攪拌）→板坯紅送→熱連軋加熱→熱軋→卷取→酸洗、切邊→冷軋→堿洗（脫脂）→退火→涂層→精整→包裝→交庫。

2 研究方法

針對冷軋硅鋼表面黑道缺陷的復雜性，首先在冷軋廠的酸洗、軋鋼、退火、剪切機組進行長時間的缺陷跟蹤，并對工序表面缺陷進行了詳細的調研，一方面收集各種典型缺陷試樣，另一方面尋找缺陷發生的規律及其在各工序的演變。在實驗室對所取的典型缺陷試樣進行了細致的金相分析、電鏡分析、成分分析、外觀形貌分析。由于表面缺陷往往較淺，因此試樣的制備十分關鍵。

2.1 缺陷的分類

通過現場跟蹤，黑道缺陷可分為兩種，寬黑道和窄黑道。表1為缺陷描述與外觀形貌。

表1 黑道缺陷描述與外觀形貌

2.2 生產工序的對應分析

由于表面缺陷產生的復雜性，對熱軋、煉鋼、冷軋各工序的生產、工藝、設備情況進行了查證分析，查找產生缺陷的工序。

2.2.1 冷軋各工序產生黑道缺陷對比分析

從表2分析可知，寬黑道、窄黑道在生產各工序均表現為間斷出現，各班幾乎均有產生，從分析結果看應排除習慣性操作失誤的情況和工序波動情況。

表2 冷軋各工序產生黑道缺陷對比分析

2.2.2 冶煉工序、熱軋工序的對應分析

寬黑道14卷分布在9個爐號，其中熱連軋僅出現兩卷相鄰的情況一次。

窄黑道12卷分布在9個爐號，其中熱連軋僅出現兩卷相鄰的情況一次。

從冶煉、熱軋對應分析上看與冶煉、熱軋工序關系不大。

2.3 實驗分析

2.3.1 寬黑道

2.3.1.1 寬黑道缺陷金相實驗分析

如圖1，黑色部分存在深度在十分之一以上的晶粒未充分生長的區域，由此分析可能存在成分不均。

圖1 寬黑道缺陷金相實驗分析

2.3.1.2 黑道成分分析

黑色部分取樣w（C）為0.02074%，正常部分取樣w（C）為0.00412%，兩者相差近5倍。可以初步認定產生晶粒生長差異的原因在于成分不均。

2.3.2 窄黑道

2.3.2.1 窄黑道外觀形貌

由圖2，從表觀放大后可以看出明顯的粗糙面，且該黑道存在手感，可以判斷為劃傷導致。要判斷劃傷產生的原因、工序，有待于在酸洗工序、軋鋼工序模擬劃傷實驗結果產生后再做進一步分析。

圖2 窄黑道外觀形貌

2.3.2.2 窄黑道的電鏡分析

由圖3，從掃描電鏡對缺陷處進行成分分析結果顯示，缺陷處成分和正常處成分一致，都為硅鋼基體，未發現夾雜物等其它物質存在。

圖3 窄黑道的電鏡分析

3 分析討論

3.1 寬黑道

3.1.1 工序對應分析

從煉鋼、熱軋、冷軋的工序對應分析結果來看：兩種缺陷與冶煉、熱軋工序關系不大。

在冷軋廠工序，兩種缺陷在生產各工序均表現為間斷出現，各班幾乎均有產生，并結合當時的生產、工藝、設備異常情況，可應排除習慣性操作失誤情況和工序波動情況。

3.1.2 寬黑道實驗分析

從寬黑道金相實驗分析，寬黑道黑色部分存在深度在十分之一以上的晶粒未充分生長的區域，分析可能存在成分不均；從寬黑道成分分析，黑色部分取樣w（C）為0.02074%，正常部分取樣w（C）為0.00412%，兩者相差近5倍，可以初步認定產生晶粒生長差異的原因在于成分不均。金相分析與成分檢驗表明缺陷可能存在成分不均。

進一步分析造成成分不均的原因可能有兩種：

一種為擦劃傷造成局部粗糙，軋鋼乳液壓入，堿洗不凈，在退火爐內發生滲碳，造成表面層碳含量增高，形成類似夾雜重皮的缺陷。另一種為坯料本身碳分布不均，局部碳含量過高。

綜合分析考慮缺陷出現的位置、情況、退火爐內還原性氣氛以及滲碳條件要求復雜，結合硅鋼駐爐時間僅3 min左右，黑道在工作側、傳動側、上下表面均有出現，而退火爐內仍有脫碳氣氛存在，以及可能的滲碳深度，所以總體考慮我們認為坯料本身碳成分不均，局部碳含量過高是產生寬黑道缺陷的原因。

3.2 窄黑道

窄黑道表觀放大后可以看出明顯的粗糙面，且該黑道存在手感，可以判斷為劃傷導致。要判斷劃傷產生的原因、工序，有待于在酸洗工序、軋鋼工序模擬劃傷實驗結果產生后再做進一步分析。

4 結論

通過對表面缺陷進行詳細的調研，在實驗室對所取的典型缺陷試樣進行了細致的金相分析、電鏡分析、成分分析、外觀形貌分析，可得出結論：

寬黑道是由于坯料本身碳成分不均，局部碳含量過高引起。

窄黑道是由于劃傷導致，但劃傷產生的原因、工序有待于在酸洗工序、軋鋼工序模擬劃傷實驗結果產生后做進一步分析。