黑线与亮线缺陷分析.doc

冷轧薄板表面“黑线、亮线、起皮”缺陷分析
影响冷轧薄板表面质量的主要缺陷，大致可分为两大类，即：常规缺陷和非常规缺陷。常规缺陷主要有擦伤、划伤、锈蚀、粘结等；非常规缺陷的种类很多，最常见的是线、条、带、片状缺陷。常规缺陷的产生与冷轧工艺质量密切相关，而非常规缺陷的形成机理则比较复杂，可能在炼钢工序形成也可能在轧钢工序形成，需具体情况具体分析。
1　常规缺陷
在生产中多发的擦伤、划伤、锈蚀、粘结等常规缺陷的形成大与轧钢过程中工艺质量有关。一旦出现某种缺陷，有针对性地严格工艺操作即可消除或减轻。
    2　非常规缺陷
  沿钢板轧向分布的细线状或条片状、带状等非常规缺陷形貌多样，影响因素和形成机理复杂。
   按缺陷的宏观形貌划分，冷轧板表面非常规缺陷大致可分为“黑线”和“亮线”兩大类。“黑线”缺陷是由铸坯中的夹杂物、裂纹及气泡等缺陷演变形成。“亮线”缺陷是钢坯或钢板在热轧状态下划伤所致。应当指出的是，“黑线”和“亮线”缺陷在检查灯下观察的颜色与在自然光下观察的颜色正好相反。即有钢板表面质量在线检测设备的厂家称之为黑(灰)线缺陷，在无钢板表面质量在线检测设备的厂家则称之为亮(白)线。反之亦然。
    1)　黑线
    黑线在钢板表面分布无明显的规律性，可能在中部，也可能在边部发生，且呈黑(灰)色线、条、带状缺陷，简称为“黑线”。黑色线状缺陷大致可分为“夹杂物型”线状缺陷、“裂纹型”线状缺陷和“气泡、气孔型”线状缺陷3类。“黑线”缺陷的主要成因是铸坯上的夹杂物、表面裂纹、角部裂纹、皮下纵裂纹、气泡和气孔等缺陷在轧钢过程中加热氧化演变而成。
    (1)“夹杂物型”线状缺陷：聚集在连铸坯皮下25mm以内的夹杂物是形成钢板表面“夹杂物型”黑线缺陷的主要原因。研究认为：黑线缺陷中夹杂物的主要来源有脱氧产物(簇状的Al2O3和TiO2或TiN等)、结晶器保护渣或炉渣同钢水二次氧化物相互作用的产物及被卷入连铸坯的结晶器保护渣。这3种夹杂物的发生几率分别为19%、47%、34%。这些夹杂物经轧制后暴露于钢板表面，从而形成线状缺陷。采用合理的脱氧工艺、降低大包渣中的FeO含量、优化中间包和结晶器流场、采用结晶器液面控制和性能优良的保护渣是防止夹杂物型“黑线”缺陷的有效措施。
    1999年武钢彩管用框架钢WYK 1和磁屏蔽钢WCP钢板表面发生“起皮”缺陷就是“黑线”缺陷的1种。该缺陷在板面分布无规律，走向与板面长度方向平行，呈深灰色，表面不光滑，有起皮现象，所以称其为“起皮”缺陷。微观分析结果表明：缺陷处有裂纹，裂纹内有FeO，裂纹延伸处有很长的由致密的氧化圆点组成的氧化带，且有大量聚集分布的灰色颗粒状Al2O3非金属夹杂物。通过采取降低目标Al含量，减少点吹，改进脱氧加Al方式，优化中间包流场、稳定连铸操作工艺等改进措施，使框架钢和磁屏蔽钢质量有了明显提高，因Al2O3夹杂造成的“起皮”缺陷由6.9%降到0.5%以下，降低幅度达93%。
    (2)“裂纹型”线状缺陷：铸坯表面裂纹、角部裂纹、皮下纵裂纹等是形成“裂纹型”黑线缺陷的主要诱因。连铸坯裂纹在经过热轧加热炉高温氧化后，细小的浅裂纹在轧制过程中渐渐消失。而深裂纹则演变成钢板表面的黑线缺陷。而且钢板表面裂纹的延伸长度与压下量成正比，裂纹深度与压下量成反比。采用合适的中间包水口、合理的二次冷却制度、性能优良的结晶器保护渣以及对结晶器液面波动进行有效控制是减少“裂纹型”黑线缺陷的有效途径。
    1996年武钢SS400、XYB钢板表面中部约1/3处发生了宽度为0.5～2.5mm，深度为0.05～0.10mm，长度不一，有的贯穿于整卷带钢的黑色线状缺陷。其微观特征是：在缺陷周围有许多细小的氧化圆点和明显脱碳层，且晶粒尺寸比正常组织明显粗大，缺陷内有结构较为致密的FeO通过开展一系列的试验研究后认为：连铸坯表面的微裂纹，在加热炉内产生高温氧化，轧制过程中未能压合而形成黑线缺陷。导致连铸坯表面微裂纹产生的主要原因是连铸浸入式水口材质不好，连铸过程中发生水口穿底现象，破坏了结晶器内的流场所致。通过改进连铸浸入式水口质量优化连铸操作工艺后，消除了该缺陷。
    (3)“气泡和气孔”型线状缺陷：连铸坯表面气泡、皮下气泡和气孔也会形成“黑线”缺陷。韩国有资料报道：在加热炉内，连铸坯皮下气孔内表面被氧化形成脱碳层，轧制后不能焊合从而形成线状缺陷。神户制钢在生产汽车面板时，连铸坯皮下气泡在轧制过程中，形成带状“起皮”缺陷，微观分析发现缺陷内有氧化物夹杂。采取强化脱氧、降低钢中氧含量、加强保护浇铸、合理控制中包塞棒和滑动水口吹氩流量、严格中间包烘烤制度以及把好合金材料和中间包、结晶器保护渣水分关等措施，对减少“气泡、气孔型”线状缺陷有明显效果。
    2)　亮线
    此类缺陷大多分布在板材的边部，有较强的规律性。在自然光下观察时，呈白亮色，所以称其为“亮线”(在板面无规律分布发亮的线状缺陷是冷轧后工序形成的划伤缺陷，不属此类缺陷)。冷轧板表面“亮线”缺陷主要产生于热轧加热与粗轧工序之间，铸坯或钢板被划伤所致。铸坯在推料式加热炉内被轨道接头、滑轨或其他异物擦伤，或者被聚集的氧化铁皮、磨损的大立辊划伤均可导致此类缺陷的产生。因为此类缺陷是在热态下划伤，在后续轧制过程中，将氧化铁皮压入焊合，其显微切片显示有压入氧化铁皮，有时也有内部氧化发生，但是缺陷附近很少有脱碳组织。此类缺陷用肉眼观察时，其宏观形貌还极易同热、冷轧卷取划伤、酸洗划伤、平整、剪切划伤等异常工况引起的线状缺陷相混淆。还可能与轻微“黑线”混淆。但是二者的微观形貌却明显有别。研究时需仔细辨别。在热轧卷取以后产生的冷态划伤缺陷不会有内部氧化特征。而且卷取划伤缺陷处与周围材料的组织形态不同，有不规则的晶粒形态。酸洗划伤没有氧化铁皮夹杂，显微断面有撕裂现象。针对缺陷产生的具体原因，采取避免热态划伤钢坯的有关措施，即可有效预防“亮线”缺陷产生。
    2000年武钢框架钢表面发生了“亮线”缺陷。该缺陷主要分布在钢板边部50mm以内，长短不一，有的贯穿于整卷板长，其缺陷卷比例高达85%以上。该缺陷在自然光下观察时呈发亮状态，其主要微观特征是板面观察呈折叠状，有裸露的氧化铁(被还原)。磨制后，缺陷处有凹坑和碎块状氧化铁。在个别试样中还观察到氧化物夹杂和少量氧化圆点。通过进行钢液洁净度、连铸坯质量、热轧粗轧板表面质量、热轧原板表面质量及氧化圆点形成机理等一系列试验研究后，得出如下结论：
(1)框架钢冷轧板表面“亮线”缺陷与钢液洁净度水平和连铸坯表面质量无对应关系。个别试样中观察到氧化物夹杂与连铸过程中结晶器内的非正常操作有关。
(2)框架钢冷轧板表面“亮线”缺陷的形成机理是钢坯在热轧粗轧工序划伤后，将氧化铁皮压入沟槽内，在后续的轧制过程中逐渐演变而成。
(3)热轧粗轧机立辊设计不合理是造成高温钢坯在轧制过程中划伤的主要原因。
(4)热轧粗轧四架之前形成的缺陷均具有形成氧化圆点的可能性。
    采取整改措施后，框架钢冷轧板表面“亮线”缺陷卷比例由85%大幅下降到7%以下，下降率为92%。汽车板、管线钢等其它高附加值产品的同类缺陷也得到有效控制。使板材产品的实物质量明显提高。
   结论
非常规缺陷除了按缺陷宏观形貌分为“亮线”和“黑线”缺陷外，按缺陷的微观形态又可分为“夹杂物型”线状缺陷和“氧化铁型”线状缺陷。“夹杂物型”线状缺陷与炼钢过程中的脱氧工艺、大包覆盖剂、中包和结晶器保护渣、保护浇铸等工况有关。“氧化铁型”线状缺陷是与连铸坯裂纹、热轧加热炉工况、加热制度、粗轧机工况等因素有关。可见缺陷的成因非常复杂，影响因素涉及炼钢工艺、连铸工艺、轧钢工艺及设备运行状况等全流程的多个环节。在多数情况下，各种影响因素交织在一起，使缺陷成因的分析判断更加困难。

张力计算公式：
卷取张力 T=k×σs×b×h
式中：k为张力系数  
板厚为0.3~1mm时 k＝0.5~0.8
板厚为1~2mm时 k＝0.2~0.5
板厚为2~4mm时 k＝0.1~0.2
σs为屈服强度 b为板宽 h为板厚