二次冷轧基板表面质量工艺优化

王 涛

(上海梅山钢铁股份有限公司 冷轧厂，江苏 南京210039)

0 前言

板材的厚度减薄、表面质量提升是现代钢铁企业板材制造发展新方向[1-4]，目前一次冷轧板材厚度最薄到0.16 mm，受带材在连续轧制过程中产生加工硬化的影响，继续减薄前必须对材料进行热处理，即得到二次冷轧基板，然后通过二次冷轧机进行进一步的轧制[5]。目前二次冷轧基板普遍采用碱洗、退火不平整的工艺生产，此种生产工艺存在点状锈蚀以及污迹缺陷，产品质量无法满足后工序的生产需求。国内外专家学者开展了二次冷轧基板特性、退火过程中带钢锈蚀因素、湿平整工艺、淬水槽等相关领域的研究。其中，张玉文[6]等研究了退火温度对硬度的影响及二次冷轧压下率与成品屈服强度的关系；李旭东[7]等研究了二次冷轧基板表面乳化液或轧制油易残留的特性及其对镀铬铁表面形貌的影响；薄炜[8]等分析了淬水槽中的锡污泥、空气尘埃及助熔剂中有机物对镀锡板表面锈蚀的影响；史良权[9]研究了退火温度、退火时间、退火前清洗介质中含Si与否、钢卷冷轧时的变形量等对Mn等的析聚的影响；刘勤博等[10-11]分析了罩式退火与连续退火带钢锈蚀的原因与解决措施；吴首民等[12-13]研究了湿平整工艺对带钢的表面粗糙度、表面形貌、表面杂质元素、耐蚀性能影响；周亮等[14-16]对平整机空气吹扫喷嘴的流场进行仿真分析并改善了平整过程中湿平整液的二次飞溅。庞双等[17-20]分析了带钢表面淬水斑迹产生的缺陷，制定了淬水槽的治理措施。本文在分析了退火不平整工艺带钢表面存在的缺陷的基础上，研究了湿平整工艺，提出了淬水槽循环管路的改造方案。

1 退火不平整生产工艺带钢表面缺陷分析

目前二次冷轧基板普遍采用碱洗、退火不平整的工艺生产，即对冷轧后的带钢通过碱洗工序清洗掉带钢表面残留的轧制油及铁粉，再进行退火调节组织性能，之后进行卷取及下线包装。

1.1 带钢表面缺陷检测

采用退火不平整工艺生产二次冷轧基板，在开卷检查时，发现板面带钢表面存在点锈与污迹缺陷，如图1所示。

图1 二次冷轧基板典型缺陷

采用SEM和EDS对上述典型缺陷进行分析，检测如图2所示，根据图2a可以看出图1a点锈缺陷主要为O、Fe和C，铁的源发性锈蚀即无源锈。根据图2b检测结果可以看出，图1b基板表面污迹主要检测发现其成份除Fe、O、C以外，还有Mn、Ca、Al等其他多种杂质元素，其表面污迹主要为Mn、O异物诱导产生的有源锈。

图2 SEM和EDS检测结果

1.2 带钢表面点锈形成机理分析

根据点锈缺陷检测结果分析，结合二次冷轧基板退火工艺，带钢在退火前经过刷洗后表面涂覆的轧制油被清洗干净，导致退火后的带钢表面无轧制油膜保护，在存储及运输过程中板面极易发生点状锈斑即点锈缺陷。

1.3 带钢表面污迹形成机理分析

根据污迹缺陷检测结果分析，结合二次冷轧基板退火工艺，带钢在退火过程中均要经过淬水槽进行冷却，而淬水槽内脱盐水长时间循环使用水质会逐渐变差，尤其是带钢在退火过程中表面会有Mn元素的偏聚析出形成Mn3O4，在淬水槽冷却时易剥落，以颗粒的形式存在于冷却水中，该杂质大量富集后粘附在带钢表面被带出淬水槽，在带钢表面产生点状污迹缺陷。

2 二次冷轧基板湿平整工艺技术研究

二次冷轧基板湿平整生产工艺是指对冷轧后的带钢在碱洗退火后采用轻压下湿平整方式进行处理。

2.1 平整延伸率与平整液工艺研究

通过采取轻压下的平整处理，以0.3%～0.4%的小延伸率结合平整液的使用，可以有效的将平整液均匀地碾压涂覆在带钢表面，充分发挥平整液固有的防锈性能，提高二次冷轧基板表面耐腐蚀性，有效抑制点锈缺陷的产生。小延伸率的平整方式既不会使材料产生加工硬化，同时结合张力的使用，进一步改善了二次冷轧基板板形。

2.2 平整液生产工艺参数研究

在湿平整过程中45 ℃的平整液温度及3%的浓度配置可以有效保证平整液防锈性及清净性性能指标的发挥。通过平整液在带钢、表面的碾压涂覆提高二次冷轧基板表面耐腐蚀性，同时充分发挥平整液固有的清净性功能，清洗掉带钢在退火及淬水过程中带钢表面的炉灰、异物污迹等缺陷，提升二次冷轧基板及最终成品的表面质量。

2.3 吹扫装置工艺参数研究

在二次冷轧过程中，带钢表面若存在不均匀的乳化液(或平整液)等油污残留，会造成大张力开卷过程中的卷取打滑或二次冷轧过程中的轧制状态不稳定，甚至引起张力波动断带。通过在平整机架出口配置压缩空气吹扫装置，湿平整过程中轻压下的轧辊可以起到很好的挤干平整液的效果，减少平整机机架出口侧带钢表面的平整液残留，结合压力0.3～0.5 MPa的压缩空气吹扫，可以彻底保证平整后的带钢表面无平整液残留，如图3所示。

图3 平整机喷淋吹扫设备布置图

3 淬水槽水质改善策略研究

在退火炉中，带钢表面发生锰偏聚是材料再结晶行为，不可避免。而带钢表面的残油量会加速锰的氧化，促使Mn3O4以颗粒的形式存在于淬水槽脱盐水中且不断富集，故需要加强对来料轧硬卷表面残油量的监控及退火前清洗能力的提升。而针对淬水槽脱盐水中不断富集的“锰渣”杂质，通过定期清槽及脱盐水置换可提高溶液清洁性，但此方法需要消耗大量脱盐水，且不能从根本上解决问题。

梅山钢铁公司冷轧厂通过将机旁循环槽进行一分为二的分区管理以及相应的管路调整，实现了机旁循环槽补充新水与回用浑水的有效隔离。对淬水槽入口侧带钢使用回用水进行喷淋冷却，对淬水槽出口侧带钢使用补充新水进行喷淋清洗，在原有冷却功能的基础上增加了清洗带钢表面的功能，提高了出炉膛带钢表面的清洁度。通过回用水沉淀后溢流补充到补水区的设计，提高了脱盐水的利用率，降低了生产成本。在回水区及在线槽底部设置自动定时排放阀，排放沉淀的杂质污泥，降低了带钢表面污迹缺陷发生的概率，改造后的循环管路如图4所示。

图4 改造后的淬水槽循环管路图

4 结论

本文对二次冷轧基板湿平整的工艺与淬水槽改进策略进行了技术研究与应用，既解决了二次冷轧基板工序间防护问题进一步提高带钢产品质量，同时，开发了一种全新的板材产品工序防护技术。

(1)通过轻压下平整可以将平整液有效的涂覆在带钢表面，充分发挥平整液固有的防锈性，提高材料的耐腐蚀性，避免材料在后续的存储及运输过程中产生点锈缺陷，同时，进一步改善了二次冷轧基板板形。

(2)在湿平整过程中发挥平整液的清洁性功能，进一步改善了二次冷轧基板表面质量。

(3)通过淬水槽循环管路的改进，提高了出炉膛带钢表面的清洁度，降低了带钢表面污迹缺陷发生的概率。