圖 1典型硌印缺陷形貌
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本鋼板材有限公司技術研究院, 遼寧 本溪 117000
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上汽集團乘用車公司, 上海 200000
汽車冷軋外板作為汽車用外覆蓋件，對于表面質量的要求是冷軋板中最嚴格的，需達到FD級別（超高級別表面）的要求[1]。各國的技術標準均提出了比較嚴格的基本技術指標要求，我國標準對FD級別要求產品兩面中較好的一面不應有影響涂漆后的外觀質量或電鍍后的外觀質量缺陷，另一面應達到FB級別要求。而對于高級別汽車外板，一些用戶要求帶鋼表面雙面達到FD級別，這種對表面質量零缺陷的要求，使得冷軋廠對高級別外板表面缺陷的控制提出更加嚴格的要求，同時導致高級別汽車外板的合格率相對于內板偏低。
冷軋外板的表面缺陷按照生產流程可大體分三個來源：煉鋼工序來源、熱軋工序來源和冷軋工序來源。而冷軋工序作為最后一道工序，又需要經過酸軋、連退以及重卷機組，生產周期長，表面質量控制難度大，因此冷軋工序是帶鋼表面缺陷集中降級來源的主要工序之一。
據某冷軋廠2018年外板降級情況統計，冷軋工序表面缺陷主要包括硌印、銹蝕、油污、擦劃傷、斑漬等，其中由于硌印缺陷導致的降級占冷軋工序總降級的比例高達40%。因此降低硌印缺陷的發生率，是提升高級別冷軋汽車外板合格率的重要措施。
1. 硌印形貌特征
硌印缺陷是指由于輥表面自身缺陷或異物粘附，導致帶鋼表面沿長度方向呈周期性出現的凹凸印痕，根據其周期可排查出所產生的輥系[2]。易產生硌印缺陷輥系主要有軋機工作輥、平整機工作輥、張力輥、爐輥等。根據形狀可分為點狀、短線狀、長條狀，根據手感程度可分為有手感和無手感，根據可見程度分為目視可見和油石打磨后可見，典型的硌印缺陷形貌如圖1所示。其中點狀硌印為最常見、出現頻率最高的硌印形貌，根據對其外觀測量統計，其直徑一般為5 mm左右，最大可達10 mm左右，硌印深度或凸起高度一般在幾微米到十幾微米不等。
2. 硌印產生的主要影響因素
2.1 輥系表面質量的影響
工作輥在軋制過程中與帶鋼表面直接接觸，并且具有一定的壓下量，因此若軋輥表面存在缺陷，則會復制性傳遞到帶鋼表面，形成周期性硌印[3]。常見軋輥表面缺陷有劃痕和亮斑，如圖2所示，軋輥表面缺陷主要是在磨削加工或長期使用中產生。若軋輥表面缺陷具有一定深度且有手感，嚴重的會產生有手感且目視可見的硌印缺陷。
除軋輥外，張力輥和爐輥也是產生硌印的主要來源。張力輥與帶鋼在張力作用下存在較大摩擦力，尤其是機組內處于特殊位置的張力輥，如位于圓盤剪后的張力輥，其承受切邊后帶鋼出現飛邊、毛刺等風險多，當輥子使用周期接近末期時，輥面粗糙度偏低、涂層磨損、硬度下降等綜合導致輥面易粘覆異物，而產生輕微無手感硌印，通常需要在線打磨才可見，因此易造成批量降級事故。
爐輥在正常情況下使用周期為3~5年，尤其是高溫區爐輥在長期使用情況下爐內氣氛中的金屬粉末聚集，或高強鋼中Mn、Si等元素在爐輥表面形成的共晶產物黏附在輥面上，導致在爐輥表面形成爐輥結瘤，造成帶鋼表面壓痕、劃傷等缺陷，若經平整后無法消除，則會導致多處點狀或長條狀硌印缺陷。
2.2 原料質量的影響
硌印產生的另一主要因素與原料質量有關，主要體現在原料夾雜數量和邊部質量好壞。如果鑄坯中夾雜物尺寸較大，在軋制成薄板后，夾雜物會充分暴露[4]。對于暴露在表層的夾雜物在經過軋制、平整或退火爐內易發生脫落，極易黏著在輥面上，形成有手感凸起，造成黏附性傳遞的周期性硌印缺陷。
若原料邊部存在線狀裂紋或邊部黑線等質量缺陷，一方面在軋制時邊部易產生金屬鐵屑脫落，并進入乳化液系統中，增加與軋輥產生金屬黏著風險，污染軋輥形成有手感的凸起異物黏附，其形貌如圖3所示；另一方面，原料帶鋼邊部質量差軋后邊部易產生鋸齒邊，若鋸齒邊缺陷未能得到有效去除，在后序的連退機組易脫落，進一步增加了硌印缺陷風險。
2.3 機組清潔性的影響
機組清潔性主要與機組封閉和內部清潔情況有關，是指機組內部軋機乳化液等介質純凈度以及機架內懸浮顆粒物、油泥等異物含量的多少，這些異物是硌印缺陷的主要來源之一。當機組內部清潔環境較差，機架內部灰塵、油泥等異物會因機架震動而脫落；當機組封閉性較差時，外來大顆粒灰塵、塵土等進入機組內，若掉落在輥系表面會增加產生硌印缺陷的風險。這類異物產生的硌印缺陷多為無手感且需要打磨可見的暗/亮硌印，如圖4所示，現場一般稱為軟硌印，此類軟硌印缺陷危害在于不易被檢查發現，易產生批量的降級品。
可見機組清潔性的提高對于預防硌印缺陷的產生有重要積極作用，而降塵量是評價機組清潔性的主要手段，降塵量的測定方法主要是重量法，即測量每月機組內單位面積降落于地面異物的重量，國內優秀企業連退機組降塵量每月可控制在小于10 mg/dm2。
3. 硌印缺陷防控措施
3.1 原料質量改善措施
煉鋼工序對冷軋外板出現的夾雜缺陷進行歸類分析，形成缺陷圖譜。通過歸納分析夾雜種類及產生原因，對相關工藝參數進行細化和優化，最終形成外板工藝控制參數放行標準。另一方面，為了減少卷渣類缺陷的產生，進一步完善了板坯清理方式及要求、人工檢查及出廠前檢查判定的相關制度，嚴防不符合要求的板坯進入下一工序。目前高級別冷軋外板夾雜缺陷可穩定控制在8%以下，同時外板生產計劃要求冷軋過渡料必須采用清坯料，降低因過渡料內部夾雜缺陷導致后續高級別汽車外板產生硌印缺陷風險。
熱連軋工序改善氧化鐵皮壓入缺陷，通過對加熱制度、粗軋工藝、精軋溫度、高壓水除鱗、軋制周期、工作輥表面狀態等各項工藝的管控，有效降低氧化鐵皮壓人缺陷，提高了熱軋原料表面及邊部質量。
3.2 工藝設備防控措施
3.2.1 完善輥系管理制度
建立高級別汽車外板專用輥制度，主要包括酸軋1~5架軋機工作輥和連退平整工作輥，保證每次組織生產前有至少三套專用輥，以備出現硌印缺陷及時換輥準備，同時制定專用輥磨削質量和管理制度，杜絕出現刀花痕或輥面劃痕等缺陷。增加軋輥上機前的表面質量檢查及下機后油石打磨檢查確認制度，嚴防缺陷輥投入生產。
完善輥系排查巡檢制度，根據輥系實際使用的質量情況，重新評估輥子使用周期，定期對易損傷輥面的粗糙度情況進行監控測量，及時更換。
3.2.2 酸軋機組
通過優化酸洗工藝段關鍵參數，提高了帶鋼表面氧化鐵皮的清洗效果，并避免產生欠酸洗或過酸洗。嚴格管控乳化液系統中各項理化指標，尤其是鐵粉、雜油等污物含量，保證軋制過程中乳化液的清潔性，降低對帶鋼表面污染，并要求軋后帶鋼表面反射率不小于70%。
完善軋機機架清潔管理制度，每月定期對機架內沉積的油泥進行清洗，避免油泥掉落造成硌印。同時為進一步降低因原料邊部缺陷，而導致軋機產生硌印缺陷的發生率，同時保證軋后帶鋼獲得良好的邊部質量，高級別外板在酸軋機組增加切邊工藝制度。
3.2.3 連退機組
針對連退機組降塵量高、機組清潔性差的問題，開展機組封閉管理，定期對機組重點位置進行清理，建立“連退清潔生產管理制度”，明確刮刀、平整機架和輥系清潔檢查方法及周期，同時優化刮刀的投入方式，及時刮除輥表面黏附的灰塵、油污等異物，確保刮刀使用效果。完善降塵量檢測方法和制度，每月對機組各區域重點位置進行降塵量的檢測統計，目前機組降塵量已到達國內標桿企業水平。
通過優化連退機組清洗段工藝參數，控制帶鋼在連退清洗后的反射率不小于90%，提高帶鋼表面清潔性，從源頭上減少污染源。同時嚴格控制爐內各段露點及爐內氣氛，有效防控爐輥結瘤的產生。
3.2.4 質量檢查
建立健全酸軋和連退機組汽車外板打磨檢查制度，明確打磨檢查工具和方法，即軋機出口紗網打磨，連退出口油石打磨。保證打磨長度覆蓋機組全部輥系，并縮短打磨時間，打磨檢查后控制抽套速度，采用階梯升速，減輕機架震動導致異物掉落造成硌印缺陷。
出現硌印缺陷時，及時按周期排查產生源頭，并及時清除輥表面黏附的異物，必要時更換備用的軋輥或平整工作輥，避免批量降級。
4. 結束語
硌印缺陷作為一種冷軋板常見的表面缺陷，難以從根本上消除，因此制約著高級別汽車外板產品的合格率。本文通過對硌印缺陷形貌特征及產生原因進行歸納分析，從輥系表面質量、冷軋原料質量、機組清潔性三方面分析了硌印產生的主要影響因素，嚴格按照VDA6.3體系管理制度，通過建立完善相關制度、優化各工藝段關鍵控制點、強化過程控制和現場管理，硌印缺陷得到有效控制。通過一年多的攻關，本鋼某冷軋廠高級別汽車外板硌印缺陷降級占比較2018年降低了近一半。
來源：金屬世界