不锈钢冷轧板白点缺陷研究及工艺优化

   430铁素体不锈钢是中铬铁素体不锈钢的代表钢种，具有线膨胀系数小、导热系数大、耐氯化物应力腐蚀能力强及冷加工性能好等特点，并且其表面光亮度高；同时，由于430 铁素体不锈钢中不添加镍、钼等贵重金属元素，性价比高，广泛应用于洗衣机内筒、洗碗机、油烟机等家用电器的制造，以及建筑装饰、工业设施等行业。   430铁素体不锈钢冷轧板的主要生产工艺路线为：热轧板原料退火、抛丸酸洗、冷轧轧制、成品退火、酸洗平整、纵横切、成品包装。在山西太钢不锈钢股份有限公司冷轧连续退火酸洗线生产过程中，430冷轧成品板表面会出现白点缺陷，造成产品表面质量不合格，严重影响了生产效率。    文献调研发现，宝钢德盛不锈钢有限公司冷连轧连退酸洗机组（简称德盛冷轧）生产的型号为BN1G 不锈钢带2B 表面成品（2B 表面是指带钢冷轧后除退火酸洗外再进行平整工艺，获得粗糙度更低、表面质量更高的成品表面），在抛光时其表面同样存在白点缺陷的质量问题。该文根据缺陷出现的表面形态各异，排除轧辊表面异物导致缺陷产生的可能；而BN1G 不锈钢成分中合金元素含量低决定其高温抗氧化性能差，经模拟退火实验确认带钢表面发生退火过氧化行为，过氧化导致带钢表面存在部分过深氧化层，酸洗后产生氧化烧损凹坑，进而出现白点缺陷。   本文中430铁素体不锈钢为中铬型铁素体不锈钢(Cr 质量分数在16%~22%)，合金元素含量较高，高温抗氧化性能较强，退火过氧化导致白点缺陷的可能性很小。为明确缺陷产生的原因，本文通过EV018 钨灯丝扫描电子显微镜对白点缺陷进行表面微观形貌表征，结合冷轧连续退火酸洗线生产工艺，对白点缺陷的形成原因进行了分析，并结合现场工艺提出了相应的改进措施。1白点缺陷宏观形貌  1.1 430 铁素体不锈钢化学成分要求   430 铁素体不锈钢化学成分要求如表1 所示。从表1可以看出，430 铁素体不锈钢合金元素种类较少，除5大常存元素外，仅对Cr 元素含量提出了控制要求，属于中铬型铁素体不锈钢。


1.2  缺陷宏观形貌  430铁素体不锈钢冷轧板表面白点缺陷的宏观形貌如图1所示。从图1可以看出，在冷轧板表面存在着大量无规律分布的小白点缺陷，形貌上呈针尖状。经统计分析，出现白点缺陷的冷轧板比例约为3%，给生产带来了极大的影响。

2白点缺陷原因分析与讨论 2.1 微观形貌表征   选取带有白点缺陷的冷轧板，在缺陷处取40mm×40mm典型缺陷试样，微观形貌分析是采用EV018 钨灯丝扫描电子显微镜（工作电压20 kV，真空气氛，室温条件）进行观察，并对典型部位进行能谱分析。   白点缺陷的能谱分析结果如图2所示。可见缺陷处仅存在Fe、Cr 元素，与430铁素体不锈钢的基体成分一致，白点缺陷不存在非金属夹杂物和氧化铁皮。

   对白点缺陷位置进行表面微观形貌表征，结果如图3、图4 所示。由图3 可见大量无规律分布的两头尖、中间粗的长条状灰色小凹坑，数量较为密集，方向一致。由图4 可见缺陷长度在100~150μm，形貌为“凹坑”状和“重皮”状。

2.2 夹杂物分析  对试样冷轧板的夹杂物进行了分析检测，结果如图5 所示。试样冷轧板的夹杂物形貌为链条状可变形夹杂，单个夹杂物长度约为5~10 μm；从能谱图上可以看出夹杂物的主要成分为O、Si、Ca、Al 等元素，结合夹杂物形貌判断为硅酸盐类夹杂，为430 铁素体不锈钢中的典型夹杂物。

2.3 表面粗糙度分析    对白点缺陷的原料热轧退火板与正常表面的原料热轧退火板表面粗糙度进行测量，缺陷板表面粗糙度Ra 3.5μm，正常板表面粗糙度Ra 2.9μm。 分别进行SEM 微观形貌观察，如图6、图7 所示。


    可以看出，缺陷板表面存在大量大小不一的“凹坑”；对比而言，正常板的表面相对平滑，虽同样存在“凹坑”，但凹坑深度小于缺陷，即缺陷板存在酸洗过度侵蚀表面的现象。2.4 分析与讨论通过以上分析可知，从宏观形貌看，430铁素体不锈钢冷轧板表面存在着大量无规律分布的小白点缺陷，未呈现周期性，可以排除轧辊表面异物导致缺陷产生的可能。从微观形貌看，缺陷冷轧板表面存在沿轧制方向的长条状凹坑。从能谱分析看，缺陷处仅存在Fe、Cr 元素，未发现氧化物，对基体夹杂物成分检测可知，基体夹杂物为硅酸盐类夹杂物（具有较高的延展性，有较宽范围的形态比，其颜色呈黑色或深灰色夹杂，形态细长，一般头部呈锐角），属于典型430 铁素体不锈钢中的夹杂物，表明白点缺陷的产生并不是因为夹杂物或氧化铁皮所致。   经多方调研，部分下游客户在使用430铁素体不锈钢冷轧板进行冲压、抛光后，其表面也会出现类似的白点缺陷，再进行一次抛光后可消除白点缺陷。   综合以上分析，判断冷轧板表面的白点缺陷不是由于化学成分及钢中非金属夹杂物所致。由于缺陷形貌为长条状，沿着轧制方向分布，存在明显的变形，因此对抛丸酸洗后的热轧板表面微观形貌进行表征，结果如图8 所示，判断此缺陷的产生是由于热轧板抛丸酸洗后表面粗糙度过大导致。


    白点缺陷产生的过程可解释为：热轧黑皮板在热线进行抛丸酸洗处理时，由于工艺参数设置不合理，导致热轧板经过抛丸酸洗后表面粗糙度较高，具体表现为热轧板存在无规律分布凹坑，产生凹坑的原因就是抛丸时出现的钢丸丸坑和酸洗腐蚀过度造成的沟槽，再经冷轧后凹坑随着基体变形而产生形变，经退火酸洗后表面呈现白点缺陷。了解白点缺陷的形成机理后，通过进一步实验发现，热轧板表面粗糙度降低时，即热轧板表面不平度波峰波谷的高度差减小，经过冷轧可逆轧机多道次轧制后凹坑逐渐被压平，冷轧板表面基体逐渐变得平展光滑，凹坑消失（即白点缺陷消失）。
3控制措施及效果3.1 抛丸工艺为了降低热轧板经过抛丸、酸洗后的表面粗度，在热线机组进行了生产试验。在钢丸和其他酸洗条件不变的前提下，验证热线抛丸机抛丸转速1950、1850、1750 r/min时，抛丸转速、抛丸电流与热轧板表面粗糙度之间的关系。而在抛丸机抛丸转速过低时，容易出现原料热轧板退火后氧化铁皮去除不彻底问题，因此抛丸机抛丸转速最低限制为1750r /min。  表2为430铁素体不锈钢热轧板表面粗糙度试验的参数表，当抛丸转速1750 r/min、平均电流接近91 A时，热轧板表面粗糙度可降低到Ra=3.0 μm的水平，表面无氧化铁皮残留。而且按照抛丸转速1750 r/min生产的钢卷，经过冷轧后的2B表面成品白点缺陷明显改善。


3.2 酸洗工艺430铁素体不锈钢热卷酸洗采用酸浸法工艺，主要包括H2SO4预酸洗+（HNO3+HF）混酸酸洗。   为了减轻酸洗过程对热轧板表面的破坏，对酸洗工艺进行调整优化，具体措施为：调整混酸酸洗段HF的浓度，HF浓度越高，越容易产生晶界腐蚀沟槽，导致热轧板表面粗糙度升高。同时，HF的浓度不宜过低，以防止酸洗效率下降且避免热轧板表面氧化层去除不彻底。因此，HF浓度由12~18g/L降低至7~11g/L，降低其对430铁素体不锈钢基体的腐蚀作用。3.3 实施效果通过以上工艺措施的改进，在清洗掉430铁素体不锈钢热轧板表面氧化铁皮的基础上，减轻了对表面的损伤，其表面粗糙度Ra由原4.0μm降低至改进后的3.0μm。经冷轧、冷线退火酸洗后，冷轧板表面色泽均匀，白点缺陷比例由原来的3%降低至0.3%以下，保证了430不锈钢冷轧板的正常生产，同时客户满意度显著提高。
4结论(1)430 铁素体不锈钢在冷轧生产过程会出现白点缺陷而降低表面质量，对缺陷处进行SEM 表征与能谱分析，发现白点缺陷长度在100~150 μm 之间，形貌为“凹坑”状和“重皮”状，且不存在非金属夹杂物和氧化铁皮。(2)白点缺陷的产生机理为热轧板进行抛丸酸洗处理时，不合理的工艺参数使得其表面出现较深的钢丸丸坑与侵蚀过度的酸洗沟槽，这些无规律分布的凹坑导致热轧板表面粗糙度较高，再经冷轧后凹坑随着基体变形而产生形变，经退火酸洗后表面呈现白点缺陷。(3)在工艺优化方面，通过降低抛丸转速、降低HF浓度，使430铁素体不锈钢酸洗后热轧板表面粗糙度由改进前的4.0 μm降低至3.0 μm，冷轧板表面白点缺陷比例由原来的3%降低至0.3%以下，保证了430铁素体不锈钢冷轧带钢的正常生产，产品质量与用户满意度得到了有效提升。

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