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冷轧带钢表面缺陷检测与控制

 一、前言

    随着用户对冷轧带钢表面质量要求的提高,表面缺陷的控制越来越受到关注,其控制水平已成为能否向高端用户供货的关键因素之一。然而,表面缺陷的种类和形成原因非常复杂,从炼钢、热轧、冷轧直至用户使用的每一个过程都可能产生表面缺陷,其成因涉及工艺、设备、技术、管理、操作、生产组织的各个环节。因此,表面缺陷控制也是产品质量极其重要的一个方面。 
二、冷轧带钢常见表面缺陷分类及识别
    根据表面缺陷产生的机理,主要可为以下几类:
    1.来料缺陷
    在炼钢、热轧等前道工序已经产生,在冷轧工序无法消除并进一步暴露。如孔洞、夹杂、氧化铁皮压入、丝状斑迹等。
    孔洞是薄规格冷轧带钢中的一种常见缺陷(见图1),一般是指铸坯中的夹杂、卷渣、表面裂纹等缺陷在轧制过程中形成。微小的孔洞肉眼无法识别,对高速运行带钢来说,可采用在线孔洞仪装置来检测。
带钢表面缺陷
图1 孔洞
    夹杂是残留在板坯内部的颗粒夹杂物经冷轧后沿轧制方向平行的黑色、灰黑色、灰白色长条状缺陷无规律分布在带钢表面。一部分夹杂经热轧后就暴露在表面,而有些夹杂需经冷轧后才能暴露在表面,暴露在表面的肉眼即可鉴别。
带钢表面缺陷
图2 夹杂
    氧化铁皮压入一般分布于带钢的下表面(见图3),与轧制方向平行,颜色发灰黑,少量发白,有明显延伸,零星或密集出现。
带钢表面缺陷
图3 氧化铁皮压入
    丝状斑迹属于热轧来料缺陷,酸洗后部分带钢表面肉眼即可观察到(见图4),经过退火平整后,在普冷表面此缺陷往往很难发现[4]。但如带钢表面发生碳化使表面发黑,则此缺陷往往会暴露出来。另外,电镀锌也会使普冷基板肉眼不可见的热轧丝状斑迹“泛”出来,在丝状斑迹处与正常部位锌的晶粒形貌有明显的差异。
带钢表面缺陷
图4 丝状斑迹
    2.表面附着物类缺陷
    主要是在生产过程中带钢表面附着了其他物质造成。特别是生产过程中的一些工艺介质残留在带钢表面或者异物掉落在带钢表面造成的缺陷,如乳化液斑迹、异物压入等。
    乳化液斑迹在带钢表面呈灰褐色的痕迹(见图5),形状多样,乳化液油因轧制温度高被烧结在带钢表面以及轧机出口乳化液吹扫装置效果不佳都会产生乳化液斑迹。
带钢表面缺陷
图5 乳化液斑迹 
    异物压入缺陷是指外界异物黏附在带钢表面经轧制、挤压形成的点状、线状、块状缺陷(见图6)。由于异物压入与氧化铁皮压入的相似性,故目前异物压入的定义仅用于与氧化铁皮压入的区别上。通常导致异物压入缺陷的原因有:夹送辊等辅辊表面材质脱落轧入带钢表面;机组油泥、炉衬等污物滴落在带钢或辊子表面压入带钢;炉辊、挤干辊等辊面剥落压入带钢;溶液、涂料颗粒杂物黏附在带钢表面等。
    3.冷轧加工变形类缺陷 
   该类缺陷主要是由于设备故障、工艺或操作不当造成,还有一些是轧辊粘附异物在加工时造成,具有周期性,如振动痕、辊印等。 
   振动痕缺陷是轧机、平整机发生振动时产生的一种表面缺陷,检查轧后的带钢可以发现表面存在灰白相间的横向条纹,间距在15~25mm左右。严重的振动痕缺陷带钢一打开检查就直视可见,不明显的需要通过油石打磨才能表现出来,通过精确的厚度测量分析可以识别出带钢存在周期性的厚度波动。
带钢表面缺陷
图6 异物压入
    广义上的辊印可分为软点、开腔印、头子印、新辊辊印。
带钢表面缺陷带钢表面缺陷
图7 振动痕         图8 辊印
 
    4.机械损伤类缺陷
    该类缺陷主要在生产过程中带钢与设备等硬物接触造成,使带钢的表层受到破坏,如擦划伤、卷取擦伤等。 
    根据擦划伤的形貌(见图9),通常可分为短线状划伤和长线划伤。短线划伤一般密集或较密集出现,呈牛毛状且发亮,与轧制方向平行,易发生于薄带钢,通过肉眼即可鉴别。
带钢表面缺陷带钢表面缺陷
图9 擦划伤         图10 卷取擦伤
    卷取擦伤是指钢卷层与层之间相互挫动产生的表面损伤(见图10),一般有横向和纵向两种,呈密集细条状和块状,通过肉眼即可鉴别。 
    5.腐蚀类缺陷 
    该类缺陷主要是带钢受到外界环境影响,表面发生化学反应造成腐蚀,如欠酸洗、锈斑等。 欠酸洗是指带钢表面残留着未酸洗掉的氧化铁,带钢表面呈横向的黑色条纹(类似“抬头纹”),形成带状或片状分布在带钢表面上(见图11)。用手摸,手上将粘有黑色的污物。拉矫效果、酸洗工艺控制不当以及热轧来料的氧化铁皮膜过厚都是产生欠酸洗的原因。
 
    锈斑是带钢表面呈黄褐色的斑痕(见图12),可出现在带钢的任意部位,可分为密集点锈、零星点锈、块状锈斑。锈斑是在带钢表面形成铁的残留腐蚀物,会因为温度波动、潮湿或存储时间过长而加重。防锈剂效果欠佳、平整液浓度控制不当、吹扫设备及压缩空气效果不佳、涂油机喷嘴不畅通以及包装质量和库区存放条件较差等因素都可能导致带钢表面产生锈斑。
带钢表面缺陷带钢表面缺陷
图11 欠酸洗           图12 锈斑 
三、冷轧带钢表面缺陷检测与控制 
    冷轧带钢表面缺陷不仅对汽车外板、家电板等最终产品的美观性造成不良影响,而且会影响到后序再加工的凃镀性以及深冲性,造成后工序无法加工、产品降级或者报废。因此,加强对这些缺陷的预防和控制尤为重要。 
    1.严格把关来料质量
    在炼钢、热轧等前工序形成的一些缺陷,如夹杂、氧化铁皮压入等,冷轧工序一般无法消除,如果控制不好,会直接影响冷轧产品表面质量。而这些缺陷往往是相关的,如夹杂、氧化铁皮的存在就可能引起辊印的产生;浪形的存在会引起粘结和折皱。所以对来料缺陷要加强前工序的质量控制和冷轧的来料检验工作,减少流入本工序;对于中间工序缺陷,如欠酸洗、轧机辊印等,有必要在轧钢时进行监测,将有缺陷的钢卷控制在热处理之前。 
    2.优化生产工艺制度和减少事故发生 
    冷轧生产过程生产工艺制度不合理,如乳化液温度及浓度、轧制速度等参数控制不好可能会导致热划伤缺陷;轧辊压下量调整不当、张力设置不合理等可能会出现厚差、浪形缺陷。因此要不断优化生产工艺制度,严格控制生产过程的各项工艺参数,预防各类表面缺陷的发生。 
    在冷轧生产过程中,一方面要严格执行设备点检制度和定期检修制度;另一方面提高操作工的操作技术和责任心,避免由于生产工艺执行不当或操作失误造成表面缺陷,减少断带、跑偏、轧机振动等恶性事件的发生,以及建立完备的各工序质量负责制度都是预防缺陷的有效防范措施。 
    3.强化过程控制 
    产品的质量形成于其生产过程之中,涉及到这个过程中的每一个因素。产品制造过程中的各个关键点的控制,决定了产品质量的好坏。正是由于关键点的控制不到位导致这些缺陷的产生,因此要加强对机组各个环节的关键工艺控制点和质量关注点控制。对于诸如边裂、退火氧化等孤立发生的缺陷,针对其产生的原因加强对某一工序的管理就可以预防;类似于辊印、划伤这样带有全流程性质的缺陷,就更有必要从头控制,及时发现并解决。
    4.加强清洁生产和辊系管理 
    冷轧带钢生产过程中,清洁生产和辊系管理至关重要,如异物压入等表面缺陷都是因为生产、搬运过程中清洁生产不到位或者辊面粘附异物直接造成的。因此要形成清洁生产的工艺制度,定期进行设备的清洁,是减少表面缺陷的有效措施。 
    5.利用带钢表面质量检测仪进行实时在线检测 
    表面质量检测仪基于机器视觉技术先进检测设备,它通过架设在生产线上的CCD线阵相机对带钢表面进行同步高速扫描获取带钢图像,将采集到的图像通过MVC表面质量检测系统对进行分析,对带钢表面缺陷实时在线检测并进行分类定位,及时发现质量问题。目前,人工检测无法适应高速运转的带钢产线,在带钢产线安装表面质量检测仪已成为带钢表面缺陷检测的必要手段。

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