冷轧板表面暗线缺陷分析

冷轧板表面暗线缺陷分析王亚芬，赵广东（本钢集团有限公司汽车板项目部，辽宁本溪１１７０２１）摘要：针对本钢冷轧板产生的暗线缺陷问题，本文通过现场取样、宏观检测以及采用扫描电镜及ｘ射线能谱仪对暗线缺陷部位的表面进行了微观观察和元素定性分析，探讨了暗线缺陷的产生原因和消除措施。结果表明，冷轧板表面暗线缺陷主要由化学成分为Ａｉ２０３氧化物组成的夹杂物颗粒带，推断可能来源于连铸过程中浸入式水口内壁的粘附物。通过调整相应的炼钢工艺此缺陷可以减轻或消除。关键词：冷轧板；暗线；扫描电镜；能谱仪ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＤａｒｋＬｉｎｅＤｅｆｅｃｔｓｉｎｔｈｅＳｕｒｆａｃｅｏｆＣｏｌｄＲｏｌｌｅｄＳｈｅｅｔＷＡＮＧＹａ－ｆｅｎ，ＺＨＡＯＧｕａｎｇ－ｄｏｎｇ（Ｒｅｓｅａｒｃｈ＆ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＳｈｅｅｔ，ＢｅｎｘｉＩｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ（Ｇｒｏｕｐ）Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｎｘｉ１１７０２１，Ｃｈｉｎａ）ｓｕｒｆａｃｅｉｎＢｃｎＸｉＩｒｏｎａｎｄＳｔｅｅｌＷａＳｓｔｕｄｉｅｄｂｙＳＥＭｏｆｔｈｅｄａｒｋｌｉｎｅｄｅｆｅｃｔｓａｎｄｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｓＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏｌｄｒｏｉｌｅｄｓｈｅｅｔｗｉｍｄａｒｋｌｉｎｅｄｅｆｅｃｔｓｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ｅｎｅｒｇｙｓｐｅｃｔｒｕｍＷｅｌ＇ｅｏｎａｎａｌｙｓｉｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｒｅａｓｏｎｓａｎａｌｙｚｅｄ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｓｕｃｈｄａｒｋｌｉｎｅｄｅｆｅｃｔｓｗａｓｃａｕｓｅｄｂｙＡ１２０３ｏｘｉｄｅｐａｒｔｉｃｌｅｓ．Ｆｉｎａｌｌｙｔｈｅｄｅｆｅｃｔｓｗｅｒｅｒｅｍｏｖｅｄｂｙａｄｊｕｓｔｉｎｇｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｓｔｅｅｌｍａｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｌｄｒｏｌｌｅｄｓｈｅｅｔ；ｄａｒｋｌｉｎｅｄｅｆｅｃｔ；ＳＥＭ；ｅｎｅｒｇｙｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ１前言随着工业的发展，汽车、家电等行业对冷轧板表面质量的要求愈来愈高，提高冷轧板的表面质量，减少表面缺陷的产生显得尤为重要。冷轧板表面缺陷的种类很多，其中最典型常见的是沿钢板轧向分布的暗线缺陷，此类缺陷是困扰冷轧汽车板表面质量的难题ｌ卜３１。“暗线”缺陷是一种出现在冷轧板表面沿轧向分布，宽度通常在０．５ｍｍ～３ｍｍ之间，长短不一，呈暗灰色线状、带状或长条状的表面缺陷。由于冷轧板的生产工艺较长，在炼钢、热轧以及冷轧成材等一系列较长的工艺流程中，诸多因素均会造成冷轧板出现这种“暗线”缺陷。因此本文通过宏观观测，借助扫描电镜（ｓＥＭ）和能谱仪（ＥＤＳ），观察暗线的微观结构并对其进行定性分析，从而查找暗线缺陷产生的原因，进而探讨消除暗线缺陷的主要措施。２试验材料及方法本文采用本钢冷轧线生产的ＤＣ０６冷轧板为研究对象，其规格为０．７ｍｍ×１４００ｍｍ，化学成分如表１所示。生产过程为铁水预处理一转炉冶炼一炉外精炼（ＲＨ．ＴＢ）一连铸－－＇力ｎ热一粗轧一精轧一控制冷却一卷取一（冷轧）开卷一酸洗、冷连轧一连续退火一平整一精整。表１ＤＣ０６的化学成分Ｔａｂ．１ＣｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＤＣ０６ｓｔｅｅｌ现场取样，首先观测宏观形貌，然后在表面有暗线缺陷的冷轧板ＤＣ０６上切下需要研究分析的缺陷部位，制备成电镜试样。用热场发射扫描电子显微镜（ＳＥＭ）观察亮点缺陷部位与正常部位的表面形貌，用ｘ射线能谱仪做微观区域元素的定性和定量分析以及使用点扫描及面扫描的方法对微观区域进行成分分析。３试验结果与分析３．１缺陷的宏观分析冷轧板ＤＣ０６表面的暗线缺陷沿轧制方向呈暗（灰）色线、条或带状分布，宽度约０．５ｒｍｎ～３ｍｍ，长约５０ｃｍ左右。分布无明显的规律性，上下表面以及带钢的中部与边部均有发生。在自然光下观察时，呈现比正常面板的颜色暗的条纹，所以称其为“暗线”。缺陷的宏观形貌如图１所示，红色方框内为冷轧板表面的暗线缺陷，缺陷部位颜色比正常区域暗，整条线宽度较窄，且很均匀，无明显分层，无明显的凹凸感。图１ＤＣ０６暗线缺陷样品的宏观形貌Ｆｉｇ．１ＭａｃｒｏｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｄａｒｋｌｉｎｅｄｅｆｅｃｔｓｏｆＤＣ０６３．２缺陷的ＳＥＭ表面分析在缺陷处截取２个１０ｍｍＸ１０ｍｍ试样。扫描电镜观察暗线缺陷部位的表面形貌，如图２所示，（ａ）为样品在扫描电镜放大到５０倍下的背散射电子像形貌，非常立体的展现了冷轧板基板和缺陷部位为两种不同的成分像，浅灰色为冷轧板基板，沿基板的轧向上分布着一条由黑色小颗粒组成的颗粒带，经测量这条颗粒带宽约１．３５５ｍｍ。进一步放大到２００倍下继续观察颗粒物的形貌如（ｂ）所示，黑色颗粒状带是由许多分散着的一些细小的球形或近球形颗粒组成，采用Ｘ射线能谱仪对颗粒物进行点扫描，颗粒物的点扫描的定量分析结果见表２。可以看出１４￣４４的这些颗粒物的成分均含有Ｏ、Ａ１和Ｆｅ，且Ｏ和Ａｌ的重量百分比含量占总含量的９７％以上，除了这三种元素外，还有ｃｒ和Ｔｉ等元素，这些元素的含量均小于１％。除Ｆｅ元素与Ｔｉ元素外，其他Ｏ、Ａｌ与Ｃｒ元素等均不是基板的成分，可以推断出此颗粒物为Ａ１２０３氧化物。表２缺陷处微观区域的主要化学成分Ｔａｂ．２Ｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃｒｅｇｉｏｎｓ在这条颗粒带上选取一个较大的颗粒状夹杂物观察其具体的形貌，如图３（ａ）为这一颗粒状夹．２一杂物的二次电子像形貌，可见直径约８９ｒｎ的球状颗粒，被完好地包裹在基体里。然后采用ｘ射线能谱仪对颗粒状夹杂物进行点扫描，其中１４点处能谱图如图３（ｂ）所示。可见，颗粒中含有Ｏ、ＡＩ、Ｃｒ和Ｆｅ元素。进一步对此颗粒状夹杂物用ｘ射线能谱仪做面分析，图４为颗粒状复合夹杂物的面分布图。图中，基板的坑里包裹着一个近似圆球状颗粒和一些碎片，圆球状颗粒成分主要是０和Ａｌ元素，左侧有些成分主要为含Ｃｒ元素的几个碎片。（ａ）５０倍形貌（ｂ）２００倍形貌图２暗线缺陷区域ＳＥＭ背散射电子形貌Ｆｉｇ．２ＴｈｅＳＥＭｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｅｄｅｌｅｃｔｒｏｎｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｄａｒｋｌｉｎｅｄｅｆｅｃｔｓａｔ５０ｔｉｍｅｓａｎｄ２００ｔｉｍｅｓＦ糠ｓｃａＩｅ３似≯３ｌ：ｌｓ０州聩ＯＯ∞图３单个夹杂物颗粒的ＳＥＭ形貌以及定性分析的能谱图Ｆｉｇ．３ＴｈｅＳＥＭｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｓｉｎｇｌｅｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓｐａｒｔｉｃｌｅｓａｎｄｔｈｅＥＤＳａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓ图４颗粒状复合夹杂物成分能谱面分布图Ｆｉｇ．４ＴｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｍａｐｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓｂｙＥＤＳ３＿３讨论冷轧板ＤＣ０６由于其良好的冲压性能主要用于制作汽车外板及家电面板等，所以对冷轧板成品的表面质量和成形性能的要求非常严格，达到良好的表面质量最基本的条件就是要求钢质纯净【４］。然而，在钢种的冶炼和浇铸过程中不可避免的会带来一些夹杂，这些夹杂主要以非金属化合物形式存在。夹杂物按其来源可分为内生夹杂和外来夹杂两种。内生夹杂物包括脱氧产物、硫化物和氮化一３．物等，脱氧产物直径小于２０１ａｍ。外来夹杂物是从转炉冶炼炉外精炼到连铸的过程中，钢液与空气、耐火材料、炉渣、中间包覆盖剂和结晶器保护渣等相互作用的产物及机械卷入钢液的各种氧化物。一般为复合夹杂，尺寸大于５０９ｍｐ‘６Ｊ。从试样表面暗线缺陷的宏观照片图ｌ可以看出，缺陷呈暗灰色的条带状，通过扫描电子显微镜逐级放大后观察其形貌及用ｘ射线能谱仪对颗粒状夹杂物定性及定量分析结果显示，缺陷部位由许多８９ｒｎ左右的颗粒状夹杂物组成的颗粒带，这些颗粒含有化学元素Ｏ、Ａ１、和ｃｒ等，与基板的化学成分截然不同。从缺陷形貌尺寸特征以及能谱分析的定量检测结果推断该表面暗线缺陷是由Ａ１２０３夹杂物所致。轧制过程可能存在的外来物不具备该成分的特点，该缺陷的最大可能是浇铸时混入的内生夹杂物，可能来源于连铸过程中浸入式水口内壁的粘附物。入水口附着物的外层比较疏松，在开浇、换钢包连浇、浇尾坯或拉速突然变化等非稳态浇注条件下，其中Ａ１２０３群集而成的大型Ａ１２０３夹杂物被冲入结晶器，卷入凝固坯壳，在后续的生产过程中暴露于钢板表面。轧制变形过程中，粘结在一起的，大小不同的Ａ１２０，颗粒群分散，沿轧制方向破碎，形成长短不一的缺陷，最终形成整体，呈不连续分布的直线形条状缺陷。在随后的热轧、冷轧过程中较大的Ａ１２０３夹杂被碾碎，不均匀地分布在铁基体上，部分细小的Ａ１２０，颗粒未被碾碎，镶嵌于其中如图（２、３）所示，最终冷轧后暴露在冷轧板表面上，形成了表面暗线缺陷。去除此类暗线缺陷的产生，首先要保证钢液的纯净度，其次通过采取降低目标Ａｌ含量，减少点吹，改进脱氧加Ａｌ方式，优化中间包流畅、稳定连铸操作工艺等相关的炼钢工艺措施。４结论（１）冷轧板表面此类暗线缺陷为夹杂物颗粒带，化学成分为Ａ１２０３氧化物。（２）该类缺陷是由ＡｈＯ，夹杂物引起的，夹杂物可能来源于连铸过程中浸入式水口内壁的粘附物。在在轧制过程中较大的Ａ１２０，夹杂被碾碎，不均匀地分布在铁基体上，部分细小的Ａ１２０３颗粒未被碾碎，镶嵌于基体中。（３）要避免这类夹杂缺陷的产生，首先要保证钢液的纯净度，其次优化中间包流畅、稳定连铸操作工艺等相关的炼钢工艺措施。参考文献：【１】储双杰，刘宝军．我国高等级汽车板生产现状与展望［Ｊ】，轧钢，２００５，２２（Ｉ）．【２】彭其春，赵金涛，田俊，陈永金．武钢冷轧板表面“黑线”缺陷分析【Ｊ】中国冶金，２０１０，２０（１）．【３】胡宽辉，田德新，许竹桃，冯冠文．冷轧深冲汽车板表面夹杂缺陷的研究【Ｊ】．金属铸锻焊技术，２０１２，４１（５）．【４】陈坤，周勇．减少炼钢连铸钢中夹杂物的工艺措施【Ｊ】．河北冶金，２００４，１４３（５）：４—６．【５】潘秀兰。冯士超，王艳红．钢水夹杂物研究与控制技术的最新进展【Ｊ】．世界钢铁，２０１０，４：２９—３４．【６】高文芳．冷轧薄板表面缺陷研究【Ｊ】．炼钢，２００６，２２（３）：２２．一４．冷轧板表面暗线缺陷分析

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王亚芬， 赵广东

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