濕平整工藝中帶鋼黃斑缺陷問題分析及改進措施

張婷

中國石化潤滑油有限公司華南分公司

本文針對2020 年7 月份東北某大型鋼鐵企業的冷軋帶鋼平整后板面出現黃斑缺陷問題進行了研究，通過掃描電子顯微鏡和能譜分析技術分析了黃斑缺陷的形貌和元素，并從現場環境、平整液性能、生產工藝特點等方面分析了導致黃斑產生的影響因素，有針對性地制定改進方案并進行現場應用，有效地控制了黃斑缺陷的產生，減少了客戶質量異議。

平整工藝是提高冷軋帶鋼表面質量的一道重要工序，是小壓下率下的冷精軋過程，對冷軋帶鋼成品的表面質量、板材形狀、力學結構等性能有重要意義。平整工藝按是否加平整液分為干平整和濕平整兩種工藝，濕平整工藝因具有軋制力低、帶鋼表面質量高、防銹性能好等優點，目前被廣泛采用[1]。

東北某大型鋼鐵企業主要生產鍍鋅板、彩涂卷、冷軋板等產品，主要包括SPHC、SPHD、SPHE、Q195L、Q235 等材質，三類產品年產量均為25 萬t/a 左右，主要用于建材、輕工等行業。該企業現有一臺平整機用于平整工藝，平整機工藝參數如下：

◇設計產量：30 萬t；

◇軋機形式：4 輥平整機；

◇機組速度：最大600 m/min；

◇鋼板產品規格：厚度0.20～1.50 mm，寬度700～1 350 mm；

◇鋼卷重量：18 t。

該生產線2019 年12 月調試完成并開始投入生產，濕平整液使用基本正常，冷軋帶鋼黃斑發生率控制在3%以下。2020 年7 月，現場反饋冷軋帶鋼平整后板面出現大量黃斑缺陷，黃斑發生率超過20%。

在濕平整工藝中，黃斑缺陷的頻繁出現一直是國內大型鋼鐵企業的一項難題，分析并解決黃斑缺陷對帶鋼產品質量提高具有重要意義。

黃斑缺陷的微區形貌和元素分析

冷軋帶鋼表面黃斑缺陷樣板為該鋼鐵企業自供冷軋帶鋼，黃斑缺陷外觀為條狀暗黃色或深棕色斑跡，如圖1 所示。

圖1 冷軋帶鋼表面平整黃斑缺陷

黃斑缺陷大部分是在濕平整工藝后鋼卷存放后一段時間產生，為分析其產生機制，采用美國FEI 有限公司Nova NanoSEM450 型掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope，SEM）和美國EDAX公司APOLLO XP 型能量色散X 射線光譜儀（Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy，EDS）分析冷軋帶鋼表面黃斑缺陷的表面形貌和微區元素，結果見圖2、表1。

表1 冷軋帶鋼表面平整黃斑缺陷和正常部位的元素分析

圖2 冷軋帶鋼表面平整黃斑缺陷和正常部位的表面形貌和EDS譜圖

供圖/張婷

從圖2（a）、（b）可以看出，冷軋帶鋼表面正常形貌是比較平整均一的，無明顯異狀物，而黃斑表面形貌為：有明顯的團狀突出物不均勻地分布在黃斑缺陷處。圖2（c）、（d）的EDS 能譜及表1 元素分析結果表明，與鋼帶正常部分對比，黃斑缺陷部分有2.89%的Na 元素，0.81%的K 元素等，說明黃斑缺陷部分可能存在殘留的濕平整液，同時黃斑缺陷部分O 元素含量大大增加，C 元素稍有升高，說明有鐵氧化物生成，這也與其他文獻中的黃斑缺陷實際上是一種“銹蝕”的觀點一致[2]。銹蝕產生的原因主要是帶鋼經平整后存在電位差，同時鋼板表面殘留了部分平整液，在高溫、高濕環境下帶鋼表面發生原電池反應而形成黃斑，反應機理如下[3]：

陽極反應：

陰極反應：

電池反應：

Fe（OH）2被空氣中氧氣氧化生成FeOOH（黃褐色）Fe（OH）2+1/4O2→FeOOH+1/2H2O

導致黃斑缺陷產生的影響因素分析

根據黃斑微區形貌分析結果可知，濕平整工藝黃斑缺陷是一種“銹蝕”，產生原因較為復雜，與平整液自身抗黃斑性能和現場工藝條件及環境等因素都有關。下面將結合濕平整工藝的特點從外部環境、平整液性能、生產工藝特點等3 方面著重對其進行分析。

環境

現場反饋平整后板面出現大量黃斑缺陷的時間是在7 月份，其他月份也有偶發，但不嚴重，黃斑發生率控制在3%以下。7 月至8 月處于夏季，是北方一年中溫度較高、濕度較大的時間段，高溫高濕環境會加重黃斑缺陷的產生，從而導致黃斑大面積爆發。

平整液性能

為滿足濕平整工藝的要求，濕平整液配方研制時必須考慮到要同時具備較好的清洗性能、防銹性能和適當的潤滑性能。其中，濕平整液的清洗性能和防銹性能對帶鋼表面質量的控制有較大的影響。

清洗性能

平整液的清洗性能可通過JB/T 4323—2018《水基金屬清洗劑》中洗油能力（重量法）試驗方法來判定。對于濕平整工藝來說，如果噴淋在輥縫的平整液清洗性不好，帶鋼表面的軋制后形成的鐵粉和殘炭就不能被及時清除掉。當平整后的帶鋼表面殘留較多的鐵粉雜質時，將削弱帶鋼表面的平整液工序間防銹能力，進一步造成銹蝕缺陷。提高平整液的清洗性能有利于改善銹蝕缺陷。一般通過添加清洗劑來增強濕平整液的清洗性能，濕平整液的水基清洗劑是由表面活性劑和清洗助劑組成，其中表面活性劑作為清洗劑的主要成分，一般以具有較強的清洗能力的非離子表面活性劑為主，如常見的醚、酯、酰胺、聚醚等[4]。

防銹性能

平整液的防銹性能可通過鐵屑濾紙法（參考IP287 測試）和GB/T 6144—2010《合成切削液》中單片、疊片防銹性試驗來判定。在濕平整工藝中，濕平整液一般要加水稀釋至一定的濃度后進行使用，而水的存在是造成金屬表面銹蝕的原因之一。為滿足現場生產的工序間防銹要求，濕平整液濃縮液中要添加足量的水基防銹劑。

生產工藝特點

濕平整工藝條件較為復雜，主要有三個因素對帶鋼表面黃斑缺陷的形成有影響。

平整前板面清潔度

平整前兩道工序分別為冷軋和罩式退火。冷軋后帶鋼的表面清潔度和退火后帶鋼表面清潔度對平整后帶鋼表面質量都有影響。帶鋼清潔度不高的情況下，經濕平整工藝后會有較多的濕平整液殘留，進一步導致黃斑缺陷形成[5]。一般建議帶鋼在軋制后進行清洗脫脂工序，提高帶鋼表面清潔度。

平整液的溫度、濃度和流量

平整液使用過程中，需要確定使用的溫度、濃度和流量。根據平整液的特性一般建議平整液的使用濃度4%～6%（質量分數），使用溫度一般是常溫，但冬季溫度低時應提高溫度使用，以增強濕平整液的揮發性。同時濕平整液應有適宜的噴射流量，流量過低時，無法將混合了鐵粉的平整液及時排出，影響帶鋼表面質量。當平整后板面出現黃斑缺陷時，應適當提高平整液濃度，增強防銹性，同時調整噴射的流量，起到有效清除帶鋼表面的鐵粉作用。

平整機吹掃系統工藝參數

平整機組出口的壓縮空氣濕度、吹掃壓力對帶鋼表面質量的控制也至關重要[6，7]。當出口處壓縮空氣溫度較低、吹掃壓力不足時，造成多余的平整液吹掃不充分，不能被有效地去除，容易導致平整成品卷板面黃斑的形成。

改進方案

大多數使用濕平整液的鋼鐵企業都會將改進方案寄希望于濕平整液廠家改進配方，實際上濕平整工藝板面黃斑缺陷的產生與外部環境、平整液性能、生產工藝特點都有關，其中外部環境隨季節更替突然改變極大地導致了現場黃斑發生率的升高，但季節更替屬于客觀事實無法改變。下面將從濕平整液配方改進、現場工藝改進兩方面來制定改進方案。

濕平整液配方改進

根據對黃斑缺陷產生影響因素的分析，濕平整液的清洗性能和防銹性能對黃斑缺陷的產生有一定的影響。為改善帶鋼平整后表面質量，減少黃斑缺陷的產生，技術團隊對原有配方進行優化，引入提高清洗性能的非離子型表面活性劑，同時調整了不同有機防銹劑的配比。經過試驗驗證，改變各組分配比，最終得到抗黃斑性能良好的濕平整液配方。改進后配方與原配方相比清洗性能、防銹性能均有提升，數據對比見表2、表3。

表2 平整液改進后配方與原配方清洗性能對比

表3 平整液改進后配方與原配方防銹性能對比

現場工藝條件改進

根據濕平整工藝特點對現場濕平整工藝前來料清潔度、平整液使用及平整機工藝參數等進行了詳細的調研。濕平整工藝前來料清潔度在80%左右，清潔度處于較好的水平，而現場平整液的使用及平整機工藝參數方面存在導致黃斑發生的因素，對其中相關的參數進行了調整。

調整吹掃系統工藝

現場吹掃系統吹掃壓力為0.2 MPa，吹掃壓縮空氣相對濕度為30%～40%，存在吹掃壓力不足、吹掃空氣濕度較大導致多余平整液殘留在帶鋼表面的情況，增大了黃斑發生率。建議現場調整吹掃壓力不為0.5 MPa，增加壓縮空氣干燥設備將空氣濕度控制在10%以下。

規范平整液的使用

基于成本控制，現場平整液的使用濃度低于廠家建議使用濃度4%～6%。濃度過低，濕平整液防銹性能會下降。建議現場按實際情況嘗試提高濃度使用，避免因平整液防銹性能不足導致黃斑大面積發生的情況。

現場應用效果

2020 年11 月將改進后的平整液配方應用到該東北大型鋼鐵企業濕平整工藝現場，同時與現場溝通生產工藝改進，調整現場工藝參數、平整液濃度等。經過連續的現場試驗，效果較為顯著。據統計，2021年1 月的黃斑發生率同比降低了80%，而在2021 年7 月，屬于北方一年中高溫高濕的月份，黃斑發生率同比也降低了65%。由此說明，此次黃斑缺陷改進方案有效地控制了黃斑缺陷的產生，減少了客戶質量異議。

結論

通過對平整后黃斑缺陷進行掃描電子顯微鏡和能譜分析，驗證了黃斑缺陷實際上是一種“銹蝕”。從外部環境、平整液性能、生產工藝特點3 方面分析了導致黃斑產生的影響因素，并著重在濕平整液配方、現場工藝兩方面制定了相應的改進措施。其中，濕平整液配方改進了防銹性能和清洗性能，現場工藝調整方面包括調整吹掃系統工藝、規范平整液的使用?，F場改進后，應用效果較為顯著，黃斑發生率較改進前大大降低。