根據用途和規(guī)格的不同，目前冷軋商品材料可分為酸洗、普冷、軋硬卷、熱鍍鋅、熱鍍鋅鐵合金、熱鍍鋅鋁鎂等。在生產過程中，每一類產品中都會出現特殊的缺陷，如酸洗產品會出現鐵皮灰壓入、紅鐵皮等缺陷[1-2]，普冷產品會出現麻點缺陷，熱鍍鋅產品會出現鋅灰和鋅渣缺陷[3-5]，但也有產品共同存在的缺陷，如表面擦劃傷。根據2022年湛江鋼鐵生產鋼材的統(tǒng)計數據可知，表面擦劃傷缺陷數量是冷軋排名第1的，占所有缺陷總量的18%，擦劃傷缺陷中的面挫傷（卷取擦傷）主要發(fā)生在酸洗產品中，占比約為48.41%。

卷取擦傷在熱卷產品、普冷產品和鋅鐵合金板中也有發(fā)生，熱卷和酸洗產品中的卷取擦傷缺陷可根據宏觀形貌辨別，但鋅鐵合金板和普冷產品中的該缺陷較難區(qū)分，往往需要借助微觀分析的手段來實現工序分離。此外，由于卷取、開卷和運輸過程中也會產生該缺陷，僅憑借表面形貌來判定的誤差較大。筆者采用一系列理化檢驗方法對熱卷表面、酸洗板表面、鋅鐵合金表面出現的卷取擦傷缺陷進行分析，闡明了該缺陷在不同工序間的表現形式，實現了工序分離，研究結果有利于為現場生產提供指導。

1. 理化檢驗

1.1 宏觀觀察

3類卷取擦傷缺陷的宏觀形貌如圖1所示。由圖1可知：熱卷上的卷取擦傷缺陷沿帶鋼表面橫向分布，邊部居多，該類缺陷由多條點狀劃傷組成，每個點劃傷沿軋制方向被拉長，中間形成凹坑，兩邊存在金屬堆積，在點劃傷的尾部存在較多的金屬堆積；酸洗板上的卷取擦傷缺陷沿帶鋼寬度方向分布，由多個點劃傷組成，每個點劃傷程度較熱卷上的輕，但密集程度更重；鋅鐵合金板上的卷取擦傷缺陷沿橫向分布，沿縱向存在多條點劃傷，點劃傷頭部發(fā)暗，尾部發(fā)亮。

圖 13類卷取擦傷缺陷的宏觀形貌

1.2 化學成分分析

3類缺陷樣板的化學成分分析結果如表1所示，其中熱卷及酸洗板的材料為低碳軟鋼，鋅鐵合金板的材料為超低碳鋼。

1.3 微觀分析

1.3.1 熱卷上的卷取擦傷缺陷

熱卷上卷取擦傷缺陷的掃描電鏡(SEM)形貌如圖2所示。由圖2可知：缺陷表面由多個點劃傷組成，每個點劃傷處呈發(fā)白特征，正常位置為灰色，點劃傷上有明顯的金屬堆積，上方氧化鐵皮被破壞，而邊緣的氧化鐵皮呈塊狀，呈典型的熱卷氧化鐵皮形貌；觀察缺陷處橫截面，發(fā)現缺陷處呈凹坑狀，尾部有塊狀的金屬堆積，凹坑內部無氧化鐵，塊狀金屬堆積與基體界面處存在較嚴重的氧化鐵皮，塊狀金屬上方僅部分位置存在少量的氧化鐵皮，這與表面看到的微觀形貌吻合。

圖 2熱卷上卷取擦傷缺陷的SEM形貌

缺陷處的顯微組織形貌如圖3所示。由圖3可知：基體組織為鐵素體+少量的珠光體，基本呈等軸狀，從基體表層到心部存在3種組織結構，表層為細小的晶粒，觀察面細晶深度約為20 µm，下方為輕微變形的晶粒，變形晶粒深度約為50 µm ，最下方為等軸狀晶粒。

圖 3缺陷處顯微組織形貌

對缺陷處進行能譜分析，分析位置如圖2（b）所示，分析結果如圖4所示。由圖4可知：缺陷處主要成分為Fe元素，僅含有少量的O元素。

圖 4缺陷處能譜分析結果

1.3.2 酸洗板上的卷取擦傷缺陷

酸洗板上卷取擦傷缺陷處和正常處的微觀形貌如圖5所示。由圖5可知：缺陷處表面基本無氧化鐵皮殘留，點劃傷尾部呈溝壑狀，點劃傷內部可見明顯的酸洗形貌，表面有輕微凸起，由此可以判斷該缺陷為酸洗前的擦傷；觀察缺陷處橫截面，發(fā)現缺陷深度約為15 µm，僅發(fā)現一個凹坑，未發(fā)現氧化鐵，由于帶鋼經過酸洗處理，表面的氧化鐵皮或金屬堆積脫落，形成凹坑形貌，表層晶粒存在輕微的變形，缺陷處晶粒存在明顯的拉長，靠近表層有一層細小晶粒，而正常處的表層未見細小晶粒，由此可以判斷該缺陷也為熱卷的卷取擦傷，而非酸洗開卷形成。

圖 5酸洗板上卷取擦傷缺陷處和正常處的微觀形貌

1.3.3 鋅鐵合金板上的卷取擦傷缺陷

鋅鐵合金板上卷取擦傷缺陷處和正常處的SEM形貌如圖6所示。由圖6可知：點劃傷處平整程度更嚴重，存在大面積的平整印，這導致材料對光線的反射能力增強，對應形成表面發(fā)亮的形貌；缺陷處與正常處的相結構均為粒狀δ相+棒狀ζ相，缺陷處棒狀ζ相的尺寸較小，相結構未能很好地長大。

圖 6鋅鐵合金板上卷取擦傷缺陷處和正常處的SEM形貌

使用17%（體積分數）的鹽酸水溶液溶解掉鋅層，暴露出基板，基板的SEM形貌及三維輪廓分析結果如圖7所示。由圖7可知：點劃傷處頭部存在明顯的凹坑，尾部存在塊狀的金屬堆積，金屬堆積處對應鍍層表面平整印較多的位置；凹坑的最大深度達到37 µm；點劃傷處的晶粒呈細小等軸狀，晶粒尺寸約為5~20 µm，而正常處的晶粒尺寸呈粗大等軸狀，晶粒尺寸為20~40 µm；缺陷處存在倒八字形的塊狀結疤，表層與基板脫離，內部與基板還有一定的連接，結疤與基板的界面處存在鋅層，根據表面形貌和晶粒特征可以判斷該缺陷為熱卷的卷取擦傷。

圖 7基板的SEM形貌及三維輪廓分析結果

2. 綜合分析

由上述的分析可知，熱卷上卷取擦傷缺陷的表現形式為橫向分布的多個點劃傷，表面氧化鐵皮被破壞，部分位置存在金屬堆積，缺陷處組織存在微量的回復與再結晶形貌，該組織在熱態(tài)下才能形成，熱卷的卷取溫度高于600 ℃，且卷取后有一定的升溫，使得點劃傷處有發(fā)生再結晶的條件，組織從剛劃傷時的變形態(tài)轉變?yōu)樵俳Y晶態(tài)，由此可以判斷該缺陷為熱卷卷取時形成的擦傷，而產生缺陷的材料卷取溫度為660 ℃，過高的卷取溫度可能不利于熱卷卷緊，導致帶鋼松動，發(fā)生擦傷。

酸洗板上發(fā)現的卷取擦傷缺陷與熱卷表面的卷取擦傷缺陷形貌基本一致，但酸洗板上未發(fā)現明顯的氧化鐵皮殘留，因為帶鋼經過酸洗，大部分氧化鐵皮均已被洗掉，而金屬堆積處界面存在氧化鐵，酸液溶解氧化鐵后導致堆積的金屬與基板脫離，根據表面形貌，結合晶粒特征，可以判斷該缺陷的形成原因與熱卷卷取擦傷缺陷一致。

鋅鐵合金板上的卷取擦傷缺陷表現形式與熱卷、酸洗板上的相似，均呈橫向、點狀分布，利用該形貌特征可以很容易辨別出該缺陷，但經過不同的工序，缺陷的微觀形貌有些許變化，鋅鐵合金板經過軋制、退火、鍍鋅和合金化處理，表層的晶?；貜透浞?，基本看不到變形的晶粒；鍍層表面較平，因為帶鋼經過平整，而點劃傷處厚度局部偏厚，導致平整時壓入量更大，平整痕跡更明顯；由于鍍層偏厚，鍍層表面的合金化程度不同，導致點劃傷處的合金化較正常處輕，相顆粒尺寸更小。

卷取擦傷缺陷產生的階段較多，熱卷的卷取、酸洗的卷取、軋硬卷的卷取等工序都會產生卷取擦傷缺陷，每一個環(huán)節(jié)產生的缺陷特征都會有差異，但若要準確地進行工序分離，判斷缺陷具體產生的位置，需要用微觀分析的方式來判斷，借助掃描電鏡、光學顯微鏡等工具，由缺陷表面金屬堆積的特征及氧化鐵殘留的痕跡，結合顯微組織的分析，來確定缺陷具體產生的位置。筆者分析的卷取擦傷缺陷均為熱卷卷取過程產生，在熱卷、酸洗板、鋅鐵合金板上均發(fā)現細小的再結晶晶粒，由此來作為特征依據，結合表面形貌，最終判斷出缺陷的產生機制，以實現工序分離和生產指導。

帶鋼表面的卷取擦傷缺陷是由鋼卷的塔形、運輸方式、卷取溫度等因素的共同作用所致。當鋼卷存在明顯的塔形，尤其是鋼卷內外圈端部突起高度超過30 mm時，易發(fā)生卷取擦傷，存在明顯塔形時，操作人員干預自動卸卷過程，實施卷筒對內圈的倒松作業(yè)，導致材料形成擦傷缺陷；熱軋卷的頭尾部松卷、卷筒打滑、助卷輥壓尾位置偏差、捆帶脫落等因素易造成材料產生卷取擦傷缺陷；熱軋的卷取溫度越高，卷取擦傷的程度越嚴重，頭部缺陷長度越長。

3. 結語

通過對熱卷、酸洗板、鋅鐵合金板上的卷取擦傷缺陷進行分析，確定了該缺陷在熱軋和冷軋全工序過程中的表現，3種缺陷的宏觀形貌相近，但微觀形貌不同，可以根據晶粒特征來判定缺陷的來源，當晶粒存在再結晶時，缺陷為熱態(tài)下產生，當晶粒變形時，缺陷為冷態(tài)下產生。

文章來源——材料與測試網