轧材质量控制与深加工技术-课程论文

北京科技大学轧材质量控制与深加工技术(课程论文)题目: 不锈钢薄板轧制过程中的表面质量问题与控制技术学院: 材料科学与工程学院姓名及学号: xxx xxxxxxx目录13.1 概述 (1)13.2 不锈钢薄板轧制过程中的表面质量问题的定义与表现 (3)13.2.1 表面凹陷 (3)13.2.2 钢板划伤 (4)13.2.3鳞折现象 (5)13.2.4 表面微裂纹 (6)13.2.5 暗带 (7)13.3 不锈钢薄板轧制过程中的表面质量问题的危害 (7)13.4 不锈钢薄板轧制过程中的表面质量问题成因分析 (7)13.4.1 不锈钢薄板轧制过程中的表面凹陷成因分析 (7)13.4.2 不锈钢薄板轧制过程中的钢板划伤成因分析 (8)13.4.3 鳞折缺陷成因分析 (10)13.4.4 表面微裂纹成因分析 (11)13.4.5 板面暗带成因分析 (11)13.5不锈钢薄板轧制过程中的表面质量问题的控制技术 (12)13.5.1 表面凹陷的控制技术 (12)13.5.2 钢板划伤的控制技术 (13)13.5.3 线性鳞折缺陷的控制技术 (14)15.3.4 表面微裂纹控制技术 (16)15.3.5 板面暗带控制技术 (16)13.6 评述 (17)13.6.1 不锈钢薄板轧制问题及控制技术总结 (17)13.6.2 不锈钢薄板轧制技术的未来发展 (18)参考文献 (20)致谢 (22)不锈钢薄板轧制过程中的表面质量问题与控制技术13.1 概述从上世纪50年代开始，世界不锈钢进入了大规模工业化生产阶段。

半个多世纪以来，随着生产技术的不断进步和市场需求的不断提高，世界不锈钢的产量出现了连续增长的态势：1950年全球不锈钢产量仅为100万吨，2000年达到1950万吨，2011年达到3210万吨，创单年常量新高。

据国际不锈钢论坛(ISSF)报告称，2011年中国仍是不锈钢产量的主要推动力量，同比增长11.9%至1260万吨。

包括中国在内，亚洲不锈钢产量占世界不锈钢总产量的66.5%。

2006年以前，日本、美国、韩国一直是世界不锈钢产量最大的几个国家，2006年，中国不锈钢产量达到530万吨，首次超过日本成为世界不锈钢产量最大的国家。

图13.1.1为世界不锈钢和中国不锈钢近年来的产量[1]。

图13.1.1 近年来世界不锈钢和中国不锈钢年产量对比不锈钢因其独特的耐蚀性能、良好的加工性能以及精美的表面外观，已被应用于诸如食品机械、卫生设施、厨房、建筑装潢、汽车、化工和电器产品等诸多领域。

由不锈钢制成的铁道电器车辆的底架、侧板、顶棚及车内装饰件，可以减轻车重、节省能源、延长车辆使用寿命、减少维修。

此外，不锈钢还广泛应用于地下铁道车辆、空中缆车、轮船和螺旋桨、飞机的引擎和汽车排气管等方面。

不锈钢还是太空开发、海洋开发、原子能利用、石油化工生产、合成纤维生产、石油和天然气的运送轨道、酿造、饮料、制药、厨房设备等领域设备制造的重要金属材料。

随着我国不锈钢应用范围的逐渐广泛和产量的大幅增长，不锈钢的质量要求也日益提高，特别是不锈钢的表面质量问题变得越来越突出[2]。

本文通过对不锈钢轧制过程中表面质量问题的分析和研究，提出了一些改善不锈钢表面质量的意见。

不锈钢种类很多，按其金相组织可以分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、双相不锈钢和沉淀硬化型不锈钢。

奥氏体不锈钢是不锈钢中最重要的一类，其产量和用量占不锈钢总量的70%。

这类钢具有良好的塑性、韧性、焊接性和耐蚀性能，在氧化性和还原性介质中耐蚀性均较好，用来制作耐酸设备，如耐蚀容器及设备衬里、输送管道、耐硝酸的设备零件等。

铁素体不锈钢因为含铬量高，耐腐蚀性能与抗氧化性能均比较好，但机械性能与工艺性能较差，多用于受力不大的耐酸结构及作抗氧化钢使用。

这类钢能抵抗大气、硝酸及盐水溶液的腐蚀，并具有高温抗氧化性能好、热膨胀系数小等特点，用于硝酸及食品工厂设备，也可制作在高温下工作的零件，如燃气轮机零件等。

马氏体不锈钢是一类可以用热处理手段调整其性能的钢，其强硬度较高，但塑性和可焊接性较差。

双相不锈钢是含有奥氏体和铁素体两相的不锈钢，其兼有奥氏体和铁素体不锈钢的优点，与铁素体相比，塑性、韧性更高，无室温脆性，耐晶间腐蚀性能和焊接性能均显著提高，同时还保持有铁素体不锈钢的475℃脆性以及导热系数高，具有超塑性等特点。

与奥氏体不锈钢相比，强度高且耐晶间腐蚀和耐氯化物应力腐蚀有明显提高。

双相不锈钢具有优良的耐孔蚀性能，也是一种节镍不锈钢。

沉淀硬化型不锈钢是通过热处理手段使钢种碳化物沉淀析出，从而达到提高强度目的的钢[3]。

不锈钢薄板是不锈钢中比较重要的一类材料，在工业和日常生活中应用日益广泛。

目前，世界上大多数冷轧不锈钢生产厂冷轧不锈钢板卷采用的是传统生产工艺，即从热轧原料卷到冷轧成品卷的生产过程，由各自独立的热带退火酸洗、冷轧、冷带退火酸洗或光亮退火、平整等主要工序完成，图13.1.2为不锈钢生产工艺流程图[4]。

图13.1.2 不锈钢生产工艺流程图13.2 不锈钢薄板轧制过程中的表面质量问题的定义与表现不锈钢表面质量是不锈钢性能及使用过程中的关键指标，近年来，随着不锈钢使用领域进一步拓宽，对不锈钢表面的要求越来越高，不锈钢表面已由过去的简单要求发展到现在的镜面、拉丝、磨砂等复杂工艺要求。

而在生产实践中不锈钢的表面却难以实现较大突破，不锈钢表面质量一直是制约不锈钢整体质量的关键因素。

不锈钢生产过程中常见的表面质量缺陷主要有以下几种，本文将就表面凹陷、钢板划伤、鳞折的产生、表面微裂纹、暗带等五个问题进行讨论。

13.2.1 表面凹陷典型的铸坯表面凹陷形貌见图13.2.1。

凹陷和裂纹是奥氏体和马氏体不锈钢常见的缺陷。

韩国浦项公司在浇铸0Crl8Ni9不锈钢板坯时，内弧表面常遇到长度50~500mm、宽度1~2ram、深度0.3~Imm的纵向凹槽及微裂纹。

国内生产的2Crl3方坯(150×150mm)进行调查，发现内弧表面多出现长度150~300mm、宽度50~100ram、深度1~3mm的横向凹陷，凹陷底部由于晶粒粗大，铸坯强度下降，在矫直时容易生成横向裂纹。

在生产2Crl3板坯时，表面出现裂纹的概率比较大，严重的纵裂深度为10~5mm[5]。

图13.2.1 铸坯表面凹陷形貌13.2.2 钢板划伤划伤是指在生产过程中，由于设备磨损或坏死，在钢带表面划出有规律的条痕状缺陷。

热轧钢带表面划伤问题是热轧生产过程中的常见缺陷。

钢带划伤缺陷既影响热轧线产能释放，又增加了轧线改判率，给热连轧生产线物流带来压力。

影响带钢表面划伤的因素较多，主要由辊道、活套、精轧出口过渡板、卷取助卷辊、卸卷小车托辊等设备造成，不同设备造成的钢带划伤缺陷的现象也不同，同一轧制单位、同一轧制规格、同一钢种带钢出现划伤缺陷存在偶然性。

从上述分析可以看出：头尾划伤缺陷一般发生在带钢边部，当卷取与精轧张力建立后，划伤缺陷消失。

缺陷产生的主要原因是带钢头尾边部易产生浪形。

其产生几率存在偶然性，但与钢种、成品规格、轧线标高及压差有一定对应关系[6]。

图13.2.2为热轧划伤缺陷实物图和检测图。

(a)实物图(b)检测图图13.2.2 热轧划伤缺陷实物图和检测图冷轧钢板划伤缺陷发生的直接原因是钢卷在开卷、卷取或吊运过程中所受的环向力或轴向力大于钢卷层与层之间的静摩擦力，而发生的相对滑动，在彼此接触的点或面上产生具有一定深度的划伤，在缺陷部位呈现出金属亮色。

图13.2.3为钢卷冷轧划伤缺陷的产生示意图。

图13.2.3 钢卷冷轧划伤缺陷的产生示意图13.2.3鳞折现象“鳞折”是对不锈钢冷轧板坯中因为存在夹杂(渣)缺陷或不锈钢热轧中因异物压入等因素引起冷轧时在轧板表面出现的一种线缺陷的总称。

目前，304和430不锈钢是产量最多的奥氏体和铁素体不锈钢品种。

不锈钢鳞折缺陷主要表现为冷轧产品的表面缺陷。

鳞折的存在不仅影响了产品的质量，同时，过高的鳞折发生率也降低了产品效益[6]。

不锈钢板带的轧制生产过程中，根据冷轧薄板带表面常出现沿轧制方向的线性缺陷特征不同，国际主要不锈钢冷轧板企业如日本的日新、新日铁等企业将其分为线形鳞状折叠、山形鳞状折叠、边部鳞状折叠、裂缝状鳞状折叠、点鳞及其它鳞状折叠等种类。

每种类型鳞折引起的原因各不相同，产品中缺陷比例也不等。

目前在生产中出现比例最高的两类鳞折缺陷是线形鳞状折叠（简称“线鳞”)和山形鳞状折叠（简称“山鳞”）。

图13.2.4(a)是线鳞特征形貌，主要表现为冷轧后钢卷表面线形缺陷沿轧向分布，宽度方向上分布无规律，尺寸较小，短时长约10mm，长时可至30mm，宽度均为约0.1mm。

线鳞主要散布在板的表面，缺陷呈线形剥落状态，有的被覆盖，有的未被覆盖，是凝固后的大型夹杂（渣）物（球状），经轧制后出现的形状为线形的缺陷。

缺陷的两端为针状、较细。

大型夹杂(渣)物主要来源于炼钢、原料等。

图13.2.4(b)是山鳞特征形貌。

山鳞主要是钢卷表面为山形状的剥落缺陷，发生的位置无特征。

产生的原因一般是在热连轧三机架之后，山形朝着一定的方向，在此之前没有方向性。

山鳞主要来源于板坯残存的缺陷，热轧辊运转不良以及附有杂物而产生缺陷，在热轧时加以延伸。

炼钢、热轧、原料等不同生产阶段因质量控制措施不利均可引起冷轧过程中产生山鳞[7]。

(a) 线鳞缺陷形貌(b) 山鳞缺陷形貌图13.2.4 鳞折缺陷形貌13.2.4 表面微裂纹表面微裂纹是在钢板表面不同部位出现的一些不易辨别、形状不规则、缝隙细小、长度不连续、形态零乱的裂纹，这种裂纹有的分散，有的成簇分布，有的会布满钢板表面，有时沿钢板横向分布，有时与其他形态的裂纹或缺陷伴随[8]。

图13.2.5 微裂纹宏观形貌图13.2.6 电镜下裂纹形貌下面给出304不锈钢表面微裂纹的形貌图。

微裂纹的宏观形貌如图13.2.5所示，从形貌上看，属于一种表面细小裂纹，从现场跟踪情况来看，给裂纹多垂直于板长方向，且沿着板长方向，在宽度方向不同部分呈直线分布的居多，个别也呈现无序状态分布。

电镜下微裂纹形貌如图13.2.6所示，从电镜图中可以看出，裂纹呈现明显的方向性，裂纹的延伸方向基本与轧制方向垂直[9]。

13.2.5 暗带热轧钢带在冷轧后，在钢带的边部30mm-50mm附近出现一条暗带且通条出现。

由于存在色差问题，严重影响了后续的加工使用。

13.3 不锈钢薄板轧制过程中的表面质量问题的危害由于不锈钢表面缺陷的遗传性，经过冷轧后的钢板凹陷、裂纹等缺陷，往往在最终成品表面也出现因色泽差异而导致的产品降级甚至报废现象，最严重时比例达到了15%，造成了巨大的经济损失；表面线鳞缺陷的产生，会直接导致产品的降级使用，甚至报废，造成大量的经济损失；表面划伤使带钢在成型过程中各向异性明显，钢带厚度方向上的织构梯度增加，γ纤维织构的强度降，,使得钢带的成型性能恶化。