本鋼冷軋廠熱處理機組表面缺陷形成原因及控制措施

1  罩式退火機組表面缺陷形成原因分析

   作者簡介：韓平(1981～)，男，熱處理工程師，2004年牛業于吉林大學金屬材料工程專業。

   目前，在罩式爐區域的表面質量缺陷主要有氧化色和粘結兩個方面。

1.1氧化色缺陷原因分析

    氧化色缺陷：主要是鋼卷出爐后，帶鋼表面存在淡黃色和淺藍色的氧化條紋，嚴重的整個鋼卷氧化，整體發深藍色，帶鋼表面附著氧化物，嚴重影響帶鋼表面質量和機械性能（如圖1）。

經過對大量氧化色缺陷進行分析研究后得出，出現氧化色缺陷的幾個方面的原因：

（1）設備故障造成的氧化

    1）本鋼罩式爐機組為了充分確保安全性，程序中設定了在爐內壓力低于2.5mbar時，爐臺系統會產生氮氣緊急吹掃，在生產中，由于爐臺系統經常出現漏點，造成內罩壓力不足，引發緊急吹掃，緊急吹掃由氮氣置換爐內的氫氣，由于氮氣的露點偏高，殘氧量偏高，而發生緊急吹掃的溫度一般都偏高，在此種情況下易發生氧化，出爐后鋼卷外表發藍，氧化較嚴重。

    2）本鋼罩式爐機組為了提高爐內熱交換率，全部采用循環風機加快爐內保護氣體循環，提高熱交換效率，在冷卻段由于循環風機出現故障，造成低速和不轉，造成爐內控制氣氛溫度分布不均勻，靠近內罩上方的鋼卷溫度照比實際顯示溫度偏高，出爐易發生氧化。

    3）本鋼罩式爐機組采用熱電偶和溫度變送器來監控爐內溫度變化，出爐時一般采用熱電偶顯示溫度進行出爐。在熱電偶和溫度變送器發生故障或精度不準時，退火爐內真實氣氛溫度與電偶顯示溫度會造成一定范圍的偏差，實際溫度高于電偶顯示溫度時，出爐易發生氧化。

1.1.2生產工藝和操作造成的氧化

    1）裝爐過程中的鋼卷對中和鋼卷卷心的狀態在實際生產中，鋼卷堆垛不整齊或者鋼卷眷心打折嚴重，在實際退火過程中，循環風機不能有效的發揮作用，爐內保護氣氛流通受到嚴重影響，熱交換效率低，鋼卷實際溫度照比顯示溫度偏差太大，出爐時的實際氣氛溫度明顯高于電偶顯示溫度，從而發生氧化。

    2）爐臺的退火冷卻周期

    爐臺的冷卻周期過短，將造成鋼卷冷熱點降溫速度差異大，熱點降溫速度要遠大于冷點的降溫速度，造成鋼卷出爐后冷熱點溫差大，冷點溫度明顯高于熱點，而使鋼卷冷點部分發生氧化。鋼卷冷卻周期正常的情況下，雖然熱點降溫速度大于冷點降溫速度，但在出爐時鋼卷冷熱點溫差不大，氧化機率很小。

    3）冷軋后帶鋼表面乳化液的殘留

    由于軋制后的鋼卷沒有經過脫脂處理，如果軋機工序乳化液吹掃效果不好，帶鋼表面殘存大量的未吹掃干凈的乳化液。在退火過程中，鋼卷裝爐后因乳化液無法吹洗干凈，乳化液中含有的H20將會使鋼卷氧化。

    4）爐臺裝爐第一卷鋼卷重量的影響

    如果爐臺裝爐第一卷鋼卷重量過低，在退火過程中爐臺電偶的檢測部位檢測不到鋼卷冷點端面的溫度，而檢測的溫度靠近鋼卷熱點，造成溫度的失真，實際冷點溫度在冷卻時要高于電偶顯示值，從而造成鋼卷出爐發生氧化。

1.2粘結缺陷原因分析

    粘結缺陷：冷軋帶鋼經過罩式爐進行再結晶光亮退火后可淌除冷加工變形產生的加工硬化和內應力，使帶鋼具有良好的機械性能和表面質量，但在退火過程中極易產生粘結這種質量缺陷，即帶鋼間存在局部粘連，造成平整開卷困難或無法開卷，即使平整開卷生產后，帶鋼表面也存在大量折印，使帶鋼產生部分或整卷的降級品（如圖2）。經過對大量粘結缺陷研究后，基本可以確定出發生粘結缺陷的影響因素，發生粘結缺陷的主要原因是退火過程中帶鋼間的壓力增大，造成鋼板間的原子相互擴散滲透，從而發生粘結。導致帶鋼間壓力增大主要有以下幾個方面因素：

1.2.1  軋機的卷取張力

    軋機卷取張力的大小是出現粘結缺陷的一個很重要的因素，軋機卷取張力越大，帶鋼間的壓力就越大，發生粘結的傾向就越大。

1.2.2退火過程中的加熱溫度和時間

    原子的擴散能力主要取決于溫度，同時，溫度升高導致鋼板熱膨脹，從而影響鋼板的接觸壓力。溫度越高，原子的擴散能力越強，越易產生粘結；原子相互擴散的距離，即兩塊鋼板相互局部焊合的程度，除溫度外時間是其主要的影響因素。時間越長，原子擴散距離越大，越易產生粘結。

1.2.3  帶鋼的板形

    經冷軋后的帶鋼由于各種原因出現不同程度的板形缺陷，如隆起、浪形、飄曲等，由于帶鋼平直度差，導致鋼板間所受壓力不均，個別區域壓力極大。在退火過程中，壓力大的部位極易發生粘結。

1.2.4冷卻制度的影響

    罩式爐退火保溫溫度通常在680℃～720℃，在高于再結晶溫度以上快速冷卻，冷熱點溫度梯度大，原子與原予之間擴散滲透的傾向增大，容易產生粘結缺陷。

1.2.5  退火原因的設備故障

    設備故障也是造成冷軋退火卷粘結缺陷原因之一，由于設備故障導致在加熱保溫段出現加熱延時或反復停爐的現象，這樣鋼卷受熱不均，容易造成局部粘結。此外，測溫系統不準確，若鋼卷的實際溫度遠遠高于檢測溫度，這樣鋼卷處于軟化狀態下，原子發生滲透非常容易產生粘結缺陷。

2、缺陷的控制措施

2.1氧化色缺陷控制措施

    1）加強爐臺系統的漏點檢查，出現漏點及時修補，在系統發生緊急吹掃后，在保證安全的前提下，可以對爐臺系統置換氫氣，仍然保持在氫氣狀態下退火，此種措施基本可以消除緊急吹掃引起的氧化色缺陷．如不能置換氫氣，需相應降低出爐溫度，但在條件允許的情況下，氮氣的露點和殘氧量必須控制在工藝要求范圍內。

    2)加強循環風機維護，避免出現循環風機低速或抱死的情況出現，如出現循環風機故障，則必須相應降低出爐溫度。

    3）定期校驗爐臺電偶的準確性，發現故障電偶及時更換，并相應降低出爐溫度。

    4）生產操作過程必須保證裝爐過程中鋼卷擺正對齊，鋼卷卷心不能打折，確保爐內保護氣體流動暢通。

    5）嚴格控制爐臺的冷卻周期，使爐臺的冷卻周期在滿足出爐溫度的條件下至少達到16h以上。使得鋼卷內卷溫度符合出爐溫度要求。

    6）軋機工序須嚴格控制鋼卷表面乳化液殘留，確保鋼卷表面的清潔性。

    7）裝爐過程中必須保證爐臺上第一卷是大卷，噸數須在27t以上，保證鋼卷測溫部位的準確。

    8）對于已經產生的氧化色缺陷，可以采取重新退火的方法進行修復，基本上都可以完全修復。

2.2粘結缺陷控制措施

    1）在保證工藝正常執行的情況下盡可能降低軋機卷取張力。

    2）合理優化退火工藝制度，做到加熱速度與冷卻速度平穩，在滿足產品性能的前提下盡可能減少加熱和保溫時間。

    3）前部工序必須有效降低板型缺陷量，如薄料的隆起和厚料的瓢曲和浪型。

    4）在工藝控制上適當加入帶加熟罩冷卻，降低高溫段的冷卻速度，減少粘結產生。

    5)有效減少運行中設備停機故障時間，使退火工藝穩定執行。

    6）在滿足用戶要求下盡可能增加帶鋼表面粗糙度。實驗測定，軋后帶鋼表面粗糙度Ra數值越大，越有利于避免粘結。這是因為粗糙度值增大了退火鋼卷層與層間界面原子結合阻力。

    7）粘結缺陷雖然在罩式爐退火過程中就已經產生，但在平整開卷時才形成橫向彎折，平整采用適當的控制手段可以挽救部分較輕的粘結。主要控制手段包括適當的開卷角度、較大的開卷速度、較大的平整延伸率。在確定鋼卷有較嚴重的粘結時，適當增加開卷角度和速度有助于減少粘結。由于帶鋼的板形、性能和表面質量等要求己對卷取張力、退火工藝、平整延伸率等做了規定，因此，以上措施只能在符合工藝條件下采用。