BN1G冷軋不銹鋼表面白點缺陷的分析

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、BN1G鋼種特性及機組生產狀態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，這類不銹鋼的研發并且工業化就顯得更為重要[1]。

寶鋼型號BN1G不銹鋼就是節鎳型奧氏體不銹鋼中的一種，應用于表面裝飾，經拋光處理后，帶鋼表面存在“麻點”或者稱為“砂眼”之類的缺陷，視覺上為無規則密集白點缺陷。經過粗糙度檢測明顯高于其他企業的同類產品，不能滿足拋光質量要求。本文將對BN1G鋼種的白點缺陷產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

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。白點缺陷發生的分布形態、程度或位置各異，有偶發單點狀、密集匯聚后的塊狀、位于帶鋼局部位置的連斷續狀等。

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進行實驗室微觀形貌觀察，發現每個白點呈現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，發現坑點內并無氧化物、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帶鋼表面經拋光后出現的密集白點缺陷，就是材料表面的坑點痕跡。當帶鋼經過混酸酸洗鈍化后，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：退火酸洗過程發生的過氧化、原料表面粗糙狀態在冷軋后消缺不良和機械外力損傷。

2.1 帶鋼表面發生退火過氧化的分析

首先，白點缺陷在德盛冷軋機組生產SUS304鋼種時并未發生。尤其白點缺陷密集發生的狀態，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不銹鋼與常規的奧氏體不銹鋼，如與SUS304不銹鋼相比，其合金成分的主要區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生高溫氧化，但經酸洗后，其表面的氧化層也相對容易去除。

根據鋼種的這一特性和缺陷發生的局部化特征，在生產中進行了一系列的工況模擬實驗。取生產中的常規介質：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。而經酸洗后，該位置便呈現密集坑點，砂紙輕拋帶鋼表面，均出現白點缺陷。模擬實驗中還可以看出，當介質抹的過多位置，經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，經過燃燒導致帶鋼表面發生局部高溫過氧化，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或面積大小相對應，通常表現為發生面積較大，呈現規律性的局部塊狀或連斷續的帶狀痕跡。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白色澤進行跟蹤對比，通常都能找到對應形態。

2.2 原料表面粗糙的影響

在生產過程中，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，軋制后對比數據如表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，經冷軋后，其軋硬態表面消缺不良，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成品表面呈現出原料氧缺、鱗折或熱軋輥痕跡等對應形態，亦或是白點呈偶發零星單點發生。所以在生產排查中，主要依據原料缺陷特征。若需排查零星單點發生的缺陷，則受帶鋼表面光澤、缺陷位置、形態大小等因素，極難在現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，將呈現一定的周期或者位置規律，尤其是周期狀規律，如軋輥周期、膠輥輥面異物壓入等。依照這種現場排查方法，缺陷發生點相對容易查找。但對德勝冷軋的BN1G產品而言，缺陷并未存在這類規律，同時，BN1G相對較高的屈服強度，也不易發生膠輥異物壓入，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境

由2.1中所述，帶鋼表面殘留的油、水等異物后，在爐內產生局部過氧化的問題，其發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等清潔生產外，軋制油或脫脂液等殘留，就更需要關注軋硬態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品在市場中的定位。為驗證降溫效果，從實驗數據表明，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據進行效果對比衡量，將降溫前后及使用脫脂劑（產品型號7315）替換純氫氧化鈉溶液后的數據，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定的通板作業條件。若其他企業有作業條件允許，可直接采用光亮爐退火。但對民營企業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，同樣也會出現白點缺陷或局部氧化色。雖然帶鋼處在全氫或氫氮環境中，但帶鋼表面存在有氧含量的異物時，帶鋼也同樣發生氧化。

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生影響，但在實際生產過程中，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，正常生產中不可采用），結果如表4所示。

實驗軋制1.0 mm成品厚度，經表面粗糙度檢測，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進行要求外，對脫脂液的選用類型再次進行優化調整，將實驗用的脫脂液（產品型號7315）更換成效果更好的脫脂粉劑（產品型號6332-3），脫脂后的帶鋼表面張力最大可通過42號達因比測試。同時根據產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據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，和根據產品性能適量降低退火溫度，是減少BN1G帶鋼在爐內發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. 節鎳型不銹鋼的發展前景[J]. 有色金屬工業，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. 不銹鋼冷軋生產技術及產品應用[M]. 北京：冶金工業出版社，2014：27-28.

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