低温退火对304表面质量的影响分析
2020-06-11王伟
王 伟
（山西太钢不锈钢股份有限公司不锈冷轧厂， 山西 太原 030003）
目前304 不锈钢冷板越来越多的应用在装饰行业，甚至用在罐箱外包装等行业，其成品板表面光洁度的一致性，就成为该类产品的关键特性之一。为改善304 冷板表面光洁度，提高成品板表面一致性，对原料洗后形貌进行对比分析，发现原料正常退火后表面形成一种密集状蜂窝缺陷，且蜂窝中存在微小铁鳞，正常酸洗无法将其彻底去除干净，退火温度越高、时间越长蜂窝生长越密集、深度更深。
1 试验
本次试验通过调整热线退火、破鳞、抛丸、酸洗等工艺达到改善原料洗后板表面微观形貌，轧制工艺暂不做调整，分析成品板表面光洁度改善情况。
1.1 退火工艺
本次过线速度TV 为150 m/min，5.0 mm 厚度过线速度为30 m/min。304 正常退火温度为1 130 ℃±20 ℃，低温退火温度降至 1 050 ℃±20 ℃，具体各区炉温如表1。
表1 低温试验炉区参数 ℃
1.2 破鳞、抛丸工艺
破鳞工艺采用大延伸率过线，试验过程采用1.5%延伸，提高延伸目的是通过大变形起到表面硬化目的，一方面加大表面除鳞，另一方面表面硬化后降低抛打坑的深度。
抛丸工艺：过线前将抛丸转速调整为1 750 r/min，过线后对表面粗糙度进行测量，Ra值控制在2.5～3.0 μm，Rz值控制在 16.3 μm，Rp值控制在 8.4 μm，整体粗糙度处于中等水平。
1.3 酸洗工艺
本次试验共采用两种酸洗工艺，方案一采用的是无硫酸酸洗工艺，混酸浓度也相对偏低；方案二采用硫酸，关键是将混酸浓度提高。不同酸洗工艺方案见表2。
表2 不同酸洗工艺方案
1.4 轧制工艺
轧制工艺采用正常BA 板生产工艺，原料厚度5.0 mm，成品目标厚度为1.5 mm，共轧制9 道次，首道次变形变形量为17%。中间换辊等环节均执行原有工艺，轧制压下量及厚度控制均能达到目标值，轧制过程中对比正常退火原料未发现有明显差异性。
2 原料表面分析
2.1 原料正常退火后表面形貌
下页图1 是高温退火后表面特征，该卷酸洗条件HF 酸控制在18 g/L 左右，通过扫描电镜不同放大倍数观察，图1-1 是500 倍下表面形貌，从图中可看出随机选取的视场中分白色部分和黑色部分，放大至图1-2 2 000 倍观察，发现白颜色部分被大量蜂窝状孔洞覆盖，孔洞直径在1 μm 左右，而发黑部分为正常晶粒部分，放大倍数5 000 到20 000 倍观察表面如图1-3、1-4 所示，蜂窝状孔洞中分布着少量残留物。
下页图2 是对孔洞中残留物进行能谱分析，通过能谱分析残留物成分主要是氧、铬、铁成材，该成分为典型氧化皮成分，说明热线正常酸洗后表面存在大量蜂窝状孔洞，酸洗工艺处理后孔洞中仍然残留着微量氧化铁皮，分析认为该残余微小铁鳞轧制过程中会影响BA 板表面质量。
图1 高温退火后表面形貌
图2 能谱分析残留物
2.2 低温退火热板表面形貌
2.2.1 低温退火后采用方案一酸洗工艺
低温退火后，采用方案一酸洗工艺对表面进行处理，在未使用硫酸且混酸浓度偏低的情况下，热板表面形貌如图3 所示，图3-1 是扫描500 倍表面形貌，图3-2 是扫描1 000 倍表面形貌，表面未出现蜂窝状缺陷，且表面铁鳞去除相对较干净，但因为过线浓度相对较低，酸洗后表面贫铬层未能去除干净。
图3 低温退火欠酸洗表面
将该试样进一步进行酸洗处理，在混酸段取酸样，将上述试样进行二次酸洗60 s 后表面形貌如图3 所示。图4-1 是500 倍表面形貌，图4-2 是1 000倍表面形貌，表面贫铬壳去除干净，表面基体完全显现，该表面形貌基本达到目标。
2.2.2 低温退火后采用方案二酸洗表面
后续进行低温酸洗工艺：退火工艺未发生变化，主要是改善酸洗表面，对混酸浓度进行调整，硝酸及HF 酸浓度提高至方案二水平，表面酸洗后表面形貌如图5 所示。图5-1 是500 倍扫描形貌，图5-2 是1 000 倍扫描形貌，表面贫铬壳去除干净，表面未发现有蜂窝状缺陷，基本达到目标热板表面形貌。
图4 二次酸洗试验表面形貌
图5 低温退火表面形貌
3 轧制后及成品表面分析
3.1 轧后表面分析
采用正常工艺轧制后表面形貌如图6 所示，由于原料表面未生成蜂窝状缺陷，表面不存在微小铁鳞附着，轧制过程中避免了微小铁鳞对成品表面影响，图6 是不同道次轧制后表面形貌变化情况，从轧制过程观察，表面相对较为均匀。
图6 低温退火轧制形貌
3.2 成品板表面光洁度
成品表面光亮度测量结果如102 页表3 所示，整体光洁度值相对较高，两卷试验料存在差别。此次成品光泽度测量是新光亮下线后测量数据。
4 结论
1）热线低温退火后表面未出现大量蜂窝状缺陷，且表面没有大量微小铁鳞存在，热板表面形貌改观较大。
表3 光洁度情况对比
2）调整酸洗工艺后，表面酸洗良好。
3）试验后，成品光泽度能达到较高水平。
