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[摘 要]为了消除影响邯钢冷轧连退IF钢产品表面质量的“白斑”缺陷，本文分析了连退IF冷轧产品表面白斑缺陷的成因。白斑在酸洗板成品上呈黑色，冷轧后黑色斑点被拉长，退火以后呈白色，经扫描电镜分析，能谱显示组成白斑的元素主要有Fe和O，酸洗成品上白斑区域呈凹坑状，白斑缺陷呈片层状，由此可以推断白斑是热轧氧化铁皮被压入IF钢基板形成的。经退火后，由于连续退火炉内是还原气氛，块状的氧化铁皮被还原，黑色氧化铁皮形成“白色”块状，形成“白斑”缺陷。通过分析IF钢的热轧工艺特点，针对白斑形成机理采取对应的措施，抑制了该缺陷的批量产生。
[关键词]白斑；冷轧连退；IF钢；氧化铁
中图分类号：TF 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）44-0275-02
1 引言
IF钢是无间隙原子钢，其特点是钢质较软，容易冲压成型，广泛应用于汽车、家电等行业，用于冲压变形复杂的零部件[1-3]。IF钢的特点是钢中固溶的碳、氮原子浓度极低，在冶炼的过程中一般将钢中碳、氮含量控制在0.005%以内[4-5]，除此之外在钢中还需要加入一些能和碳、氮原子结合的合金元素例如Nb、Ti、Al等，钢中的碳、氮元素与这些合金元素形成Nb（CN）x，Ti（CN）x等化合物[6-7]，使钢中的固溶原子浓度降到极低的平衡浓度附近。
邯钢于2010年开始研发冷轧IF钢，经历一段时间的稳定生产后，力学性能趋于稳定，逐步暴露出一些表面质量问题，白斑就是其中之一。2013年6月至2014年4月期间，邯钢生产的IF钢出现“白斑”缺陷，白斑主要分布在板带上表两个1/4处。呈点状或者块状。每月产生平率月3%～14%左右，白斑产生概率如下图所示。
白斑缺陷极大的影响了邯钢IF钢的成材率和生产效益，急待分析和解决。
2 实验
2.1 “白斑”宏观形貌及其演变特征
为研究连退“白斑”的宏观演变过程和形成机理，对酸洗成品，连退入口板，连退出口板，进行了取样，取样结果见图2。
在工序不同位置取到的样板上可以看到，酸洗成品板表面存在黑色小颗粒，这些小颗粒呈凹坑状，无法在酸洗槽中被洗掉。经冷轧后，小坑在连退入口板上呈黑色、长条块状。经退火后，长条块状的黑斑变成白色，最终形成“白斑”缺陷。连退成品板上的“白斑”缺陷有轻微手感。
2.2 “白斑”扫描电镜分析
为分析白斑的形成原因，将所取的酸洗成品板和连退出口板放到电镜下进行分析。
将试样按垂直轧向的方向切开，切成20×20mm的方块，在切的横截面上用小刀刻上标识“白斑”位置的记号，将试样在冷水镶嵌机上镶嵌在一起，在切开的横截面上抛光，然后在扫描电镜下分析，分析结果如下：
酸洗成品板上，“白斑”呈片层状，在横断面上呈凹坑状。能谱分析显示组成这种片层状物质的元素为Fe、O。
连退成品板上的“白斑”呈块状，“白斑”被Fe基体所包围，白斑的心部的形成元素与酸洗成品板上的形成元素一致，为Fe、O。
3 结果和讨论
横截面扫描显示，缺陷处含有Fe、O等元素。酸洗板截面显示缺陷处凹凸不平，说明这些氧化铁皮是被压到铁基体表面的。连退成品板 “白斑” 表层缺陷部位能谱显示元素只有Fe，表层灰色缺陷被白色缺陷所包围，灰色缺陷部位能谱显示元素含有Fe、O。这说明表层的氧化铁皮在连退炉大部分被还原，部分没有被还原的氧化铁皮被包裹，这说明连退的“白斑”是酸洗成品黑色点状的氧化铁皮被轧制拉长、经退火还原形成的形貌。
从“白斑”的冷轧宏观形貌可看出，缺陷呈白色片状分布，并有手感，与热轧麻面缺陷的形貌相似。FeO在低温环境下不能稳定存在，因此在酸轧和连退工序（还原性气氛）形成的可能性较小，应为热轧产生，初步分析在热轧精轧过程中，由于除磷水未完全清理氧化铁皮，导致热轧轧制过程中压入带钢表面，以致酸洗无法完全清洗所致。
IF钢的生产特点是在控制极低碳、氮的情况下向钢种加入一定量的Nb、Ti等合金元素。这些合金元素虽然能与钢中的碳、氮等元素结合，降低了钢中固溶间隙原子的浓度，但形成的化合物也会起到“钉扎”晶界的作用。晶界被“钉扎”将会导致晶粒细化，形成额外的晶界强化，导致材料的强度升高，这对于复杂的冲压变形是不利的。因此在生产IF钢的过程中，炼钢阶段按照工艺设计要求冶炼加入某种合金的IF钢，后续的热轧、冷轧工序则按照析出物析出特点设计热轧、冷轧工艺。目前国内普遍的做法是在热轧阶段设计低温加热、高温终轧、高温卷取的工艺，促进碳、氮化物的析出。低温加热主要是为了避免在加热过程中导致连铸形成的碳、氮化物回溶，导致钢中固溶的碳、氮含量升高。IF钢控制的碳、氮含量极低，这导致Ar1和Ar3温度均升高，高温终轧主要是为了保证IF钢在奥氏体区轧制，避免热轧混晶。高温卷取是为了促进在热轧阶段形成的析出物粗化，最大限度的降低析出物的“钉轧”作用[8]。冷轧连退工艺则尽量使用较高的退火温度，以获得粗大的组织，由于连续退火时间较短，析出物在连退阶段的“回溶”是可以忽略的[9]。
考虑到IF钢的热轧生产工艺要求是高温终轧和高温卷取。高温终轧必然导致精轧在轧制的过程中不开或者少开机架间冷却水。不开或者少开精轧机架间冷却水必然导致形成的这些氧化铁皮无法被冷却水冲走，残留在带钢表面。残留的这些氧化铁皮被压入带钢表面后无法被酸洗段清洗，退火后最终形成“白斑”。
高温终轧还导致轧制速度较快，较快的轧制速度一方面容易导致堆钢等生产事故，另一方面也提高了轧制力，促进了残留在带钢表面的氧化铁皮被压入形成“白斑”。为了降低轧制速度，精轧还需要提高精轧入口温度，以降低精轧温度下降导致的轧制提速。而较高的开轧温度和较高的终轧温度又促进了精轧过程中氧化铁皮的形成。 针对形成“白斑” 的上述工艺特点，邯钢为了消除IF钢的“白斑”缺陷采取了如下措施：
1）降低IF钢的精轧终轧温度，由原来910℃降低至890℃。
2）增开精轧F1～F4的机架间冷却水。
3）精轧F1～F5投用高速钢轧辊。
4）在F1～F5投用油膜辊缝润滑。
5）保证精轧除磷水压力正常，喷嘴不堵塞。
采取上述措施后，“白斑”缺陷得到有效抑制，目前白斑发生率降低至0.1%以下，“白斑”治理效果较好。
4 结论
通过上述讨论得知，连退成品“白斑”是由于精轧阶段的氧化铁皮压入导致的，要消除“白斑”缺陷，应提高IF钢热轧基板的表面质量，避免氧化铁皮压入。通过分析白斑的形成机理以及IF钢的工艺特点，采取了适当降低中轧温度，增开机架间冷却水，投用高速钢轧辊等措施。有效的抑制了影响邯钢IF钢表面质量的“白斑缺陷”，缺陷发生率被控制在0.1%以下，措施所取得的效果较为理想。
参考文献
[1] 左军.Ti-IF钢冷轧板罩式退火工艺研究[J].钢铁钒钛（Iron Steel Vanadium Titanium），2007，1（28）：68-72.
[2] 王昭东，郭艳辉，田勇.Ti-IF钢铁素体区热轧退火板的织构特征和成形性能[J].钢铁研究学报（Journal of Iron and Steel Research），2006 7（18）：17-18.
[3] 郭小龙，郑之旺，孙力军.超深冲IF钢的生产技术与发展概况[J].上海金属（ShangHai Metals），2008，1（30）：39-43.
[4] 郑之旺，陈杰，周丹.卷取温度对Ti-IF钢退火过程中组织和织构演变的影响[J].钢铁钒钛（Iron Steel Vanadium Titanium），2007，1（28）：1-8.
[5] 李晋霞，刘战英，李艳娇.冷轧工艺对IF钢r值和n值的影响[J].钢铁研究学报（Journal of Iron and Steel Research），2002，1（14）：16-18.
[6] 蒋奇武，何长树，刘延东.冷轧压下量对IF钢板的纤维织构演变影响的定量研究[J].材料与冶金学报（Journal of Materials and Metallurgy），2003，2（2）：137-141.
[7] 刘战英，李晋霞，李艳娇.冷轧压下率分配对IF钢深冲性能的影响[J].河北理工学院学报（Journal of Hebei Institute of Technology），2003，4（25）：29-37.
[8] 于浩，熊雪英，康永林.TSCR工艺生产Ti-IF钢中第二相粒子析出行为的模拟研究[J].金属热处理（Heat Treatment of metals），2006，5（31）45-48.
[9] 景财年，王作成，韩福涛.热轧Ti-IF钢析出物的研究[J]. 金属热处理（Heat Treatment of metals），2006，1（31）：79-82.
[关键词]白斑；冷轧连退；IF钢；氧化铁
中图分类号：TF 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）44-0275-02
1 引言
IF钢是无间隙原子钢，其特点是钢质较软，容易冲压成型，广泛应用于汽车、家电等行业，用于冲压变形复杂的零部件[1-3]。IF钢的特点是钢中固溶的碳、氮原子浓度极低，在冶炼的过程中一般将钢中碳、氮含量控制在0.005%以内[4-5]，除此之外在钢中还需要加入一些能和碳、氮原子结合的合金元素例如Nb、Ti、Al等，钢中的碳、氮元素与这些合金元素形成Nb（CN）x，Ti（CN）x等化合物[6-7]，使钢中的固溶原子浓度降到极低的平衡浓度附近。
邯钢于2010年开始研发冷轧IF钢，经历一段时间的稳定生产后，力学性能趋于稳定，逐步暴露出一些表面质量问题，白斑就是其中之一。2013年6月至2014年4月期间，邯钢生产的IF钢出现“白斑”缺陷，白斑主要分布在板带上表两个1/4处。呈点状或者块状。每月产生平率月3%～14%左右，白斑产生概率如下图所示。
白斑缺陷极大的影响了邯钢IF钢的成材率和生产效益，急待分析和解决。
2 实验
2.1 “白斑”宏观形貌及其演变特征
为研究连退“白斑”的宏观演变过程和形成机理，对酸洗成品，连退入口板，连退出口板，进行了取样，取样结果见图2。
在工序不同位置取到的样板上可以看到，酸洗成品板表面存在黑色小颗粒，这些小颗粒呈凹坑状，无法在酸洗槽中被洗掉。经冷轧后，小坑在连退入口板上呈黑色、长条块状。经退火后，长条块状的黑斑变成白色，最终形成“白斑”缺陷。连退成品板上的“白斑”缺陷有轻微手感。
2.2 “白斑”扫描电镜分析
为分析白斑的形成原因，将所取的酸洗成品板和连退出口板放到电镜下进行分析。
将试样按垂直轧向的方向切开，切成20×20mm的方块，在切的横截面上用小刀刻上标识“白斑”位置的记号，将试样在冷水镶嵌机上镶嵌在一起，在切开的横截面上抛光，然后在扫描电镜下分析，分析结果如下：
酸洗成品板上，“白斑”呈片层状，在横断面上呈凹坑状。能谱分析显示组成这种片层状物质的元素为Fe、O。
连退成品板上的“白斑”呈块状，“白斑”被Fe基体所包围，白斑的心部的形成元素与酸洗成品板上的形成元素一致，为Fe、O。
3 结果和讨论
横截面扫描显示，缺陷处含有Fe、O等元素。酸洗板截面显示缺陷处凹凸不平，说明这些氧化铁皮是被压到铁基体表面的。连退成品板 “白斑” 表层缺陷部位能谱显示元素只有Fe，表层灰色缺陷被白色缺陷所包围，灰色缺陷部位能谱显示元素含有Fe、O。这说明表层的氧化铁皮在连退炉大部分被还原，部分没有被还原的氧化铁皮被包裹，这说明连退的“白斑”是酸洗成品黑色点状的氧化铁皮被轧制拉长、经退火还原形成的形貌。
从“白斑”的冷轧宏观形貌可看出，缺陷呈白色片状分布，并有手感，与热轧麻面缺陷的形貌相似。FeO在低温环境下不能稳定存在，因此在酸轧和连退工序（还原性气氛）形成的可能性较小，应为热轧产生，初步分析在热轧精轧过程中，由于除磷水未完全清理氧化铁皮，导致热轧轧制过程中压入带钢表面，以致酸洗无法完全清洗所致。
IF钢的生产特点是在控制极低碳、氮的情况下向钢种加入一定量的Nb、Ti等合金元素。这些合金元素虽然能与钢中的碳、氮等元素结合，降低了钢中固溶间隙原子的浓度，但形成的化合物也会起到“钉扎”晶界的作用。晶界被“钉扎”将会导致晶粒细化，形成额外的晶界强化，导致材料的强度升高，这对于复杂的冲压变形是不利的。因此在生产IF钢的过程中，炼钢阶段按照工艺设计要求冶炼加入某种合金的IF钢，后续的热轧、冷轧工序则按照析出物析出特点设计热轧、冷轧工艺。目前国内普遍的做法是在热轧阶段设计低温加热、高温终轧、高温卷取的工艺，促进碳、氮化物的析出。低温加热主要是为了避免在加热过程中导致连铸形成的碳、氮化物回溶，导致钢中固溶的碳、氮含量升高。IF钢控制的碳、氮含量极低，这导致Ar1和Ar3温度均升高，高温终轧主要是为了保证IF钢在奥氏体区轧制，避免热轧混晶。高温卷取是为了促进在热轧阶段形成的析出物粗化，最大限度的降低析出物的“钉轧”作用[8]。冷轧连退工艺则尽量使用较高的退火温度，以获得粗大的组织，由于连续退火时间较短，析出物在连退阶段的“回溶”是可以忽略的[9]。
考虑到IF钢的热轧生产工艺要求是高温终轧和高温卷取。高温终轧必然导致精轧在轧制的过程中不开或者少开机架间冷却水。不开或者少开精轧机架间冷却水必然导致形成的这些氧化铁皮无法被冷却水冲走，残留在带钢表面。残留的这些氧化铁皮被压入带钢表面后无法被酸洗段清洗，退火后最终形成“白斑”。
高温终轧还导致轧制速度较快，较快的轧制速度一方面容易导致堆钢等生产事故，另一方面也提高了轧制力，促进了残留在带钢表面的氧化铁皮被压入形成“白斑”。为了降低轧制速度，精轧还需要提高精轧入口温度，以降低精轧温度下降导致的轧制提速。而较高的开轧温度和较高的终轧温度又促进了精轧过程中氧化铁皮的形成。 针对形成“白斑” 的上述工艺特点，邯钢为了消除IF钢的“白斑”缺陷采取了如下措施：
1）降低IF钢的精轧终轧温度，由原来910℃降低至890℃。
2）增开精轧F1～F4的机架间冷却水。
3）精轧F1～F5投用高速钢轧辊。
4）在F1～F5投用油膜辊缝润滑。
5）保证精轧除磷水压力正常，喷嘴不堵塞。
采取上述措施后，“白斑”缺陷得到有效抑制，目前白斑发生率降低至0.1%以下，“白斑”治理效果较好。
4 结论
通过上述讨论得知，连退成品“白斑”是由于精轧阶段的氧化铁皮压入导致的，要消除“白斑”缺陷，应提高IF钢热轧基板的表面质量，避免氧化铁皮压入。通过分析白斑的形成机理以及IF钢的工艺特点，采取了适当降低中轧温度，增开机架间冷却水，投用高速钢轧辊等措施。有效的抑制了影响邯钢IF钢表面质量的“白斑缺陷”，缺陷发生率被控制在0.1%以下，措施所取得的效果较为理想。
参考文献
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[2] 王昭东，郭艳辉，田勇.Ti-IF钢铁素体区热轧退火板的织构特征和成形性能[J].钢铁研究学报（Journal of Iron and Steel Research），2006 7（18）：17-18.
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[5] 李晋霞，刘战英，李艳娇.冷轧工艺对IF钢r值和n值的影响[J].钢铁研究学报（Journal of Iron and Steel Research），2002，1（14）：16-18.
[6] 蒋奇武，何长树，刘延东.冷轧压下量对IF钢板的纤维织构演变影响的定量研究[J].材料与冶金学报（Journal of Materials and Metallurgy），2003，2（2）：137-141.
[7] 刘战英，李晋霞，李艳娇.冷轧压下率分配对IF钢深冲性能的影响[J].河北理工学院学报（Journal of Hebei Institute of Technology），2003，4（25）：29-37.
[8] 于浩，熊雪英，康永林.TSCR工艺生产Ti-IF钢中第二相粒子析出行为的模拟研究[J].金属热处理（Heat Treatment of metals），2006，5（31）45-48.
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