根據用途和規格的不同，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，點劃傷頭部發暗，尾部發亮。 

圖  1  3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，發現缺陷深度約為15 µm，僅發現一個凹坑，未發現氧化鐵，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，使得點劃傷處有發生再結晶的條件，組織從剛劃傷時的變形態轉變為再結晶態，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，發生擦傷。 

酸洗板上發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，表層的晶粒回復更充分，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，每一個環節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，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，缺陷為熱態下產生，當晶粒變形時，缺陷為冷態下產生。

文章來源——材料與測試網