常伟
（科技质量部）
摘要：针对工程机械用钢表面“水波纹”缺陷问题，根据现场表面质量情况和生产工艺流程，结合缺陷微观组织分析，得出“水波纹”产生原因是轧制过程中钢板二次氧化铁皮除磷不彻底，钢板下线后表面呈规律性的条带红锈，抛丸后红锈处呈“水波纹”类似麻面状态。通过除磷喷嘴和集管系统改造，加热、轧制工艺调整，以及现场生产过程控制，有效地降低了工程机械用钢表面“水波纹”缺陷发生率。
关键词：工程机械用钢表面质量麻面缺陷二次氧化铁皮除磷
Control of"Water Ripple”Defect on the Surface of Construction Machinery Steel
CHANG Wei
(Sci.&Tec.and Quality Department)
汽车脚垫Abstract:Aiming at the problem of“water ripple”defect on the surface of construction machinery steel,ba
sed on the site surface quality situation and production process,and combined with the analysis of defect microstructure,it is concluded that the cause of“water ripple”defect is that the secondary oxidized scale of steel plate is not completely removed while rolling，the surface of steel plate has regular strip red rust after rolling，and the red rust after shot blasting becomes“water ripple”similar to pitted surface.The occurrence rate of“water ripple”defect on the surface of construction machinery steel was effectively reduced，after the revamp of the descaling nozzles and the header system，and the adjustment of heating and rolling process,as well as the improvement of control of site production process. Keywords:Construction Machinery Steel,Surface Quality,Pitted Surface Defect,Secondary Oxidized Scale,Descaling
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刖言
2020年为减少新冠肺炎对国家经济造成的负面影响，政府加大了基础建设投资，有效拉动了工程机械需求，二季度中国工程机械行业实现了逆势增长。但由于工程机械用户对钢板表面无差要求也远高于国标，生产控制难度大，为了进一步迎合市场需求，响应公司降本增效方针，中板厂通过对“水波纹”产生机理研究分析，结合自身装备特点优化加热、轧制工艺，改进高压水除磷设备等措施，钢板表
二手车行情面质量得到不断提高。2020年为徐工、柳工、三一重工、沃尔沃等工程机械用户供货Q345B、SS400、SM490A等级别钢板约51万吨，表面质量达到客户要求，赢得了客户的高度评价。
1表面“水波纹”缺陷分析
钢板经过粗、精除鳞及轧制后，表面呈现灰和红2种颜（图1所示），钢板抛丸后红锈处呈“水波纹”类似麻面状态（图2所示），灰氧化铁皮的主要构成是FeO和Fe3O4，红氧化铁皮的主要构成是FeW，对钢板“水波纹”红锈处进行取样分析，确定红锈的成分和厚度，根据结果分析出红锈产生于精轧机阶段，主要是二次氧化铁皮未能去除干净造成。
图1抛丸前(a)
二次氧化铁皮的产生主要是钢在高温条件下其表面的Fe与空气中的氧化性气体，如O2,CO2, H2O,SO2等发生剧烈化学反应的结果。
加热过程中钢的氧化反应如下：
02与Fe反应:Fe+1/2O2二FeO；3Fe+2O2二
Fe3O4；4Fe3O4+O2二6Fe2O3。
CO2与Fe反应：Fe+CO2二FeO+CO；3Fe+4CO2二Fe3O4+4CO。
H2O与Fe反应：Fe+H2O二FeO+H2;2Fe+3H2O二Fe2O3+3H2；3FeO+H2O二Fe3O4+H2o
钢坯在加热过程中，表面生成1〜3mm厚的氧化铁皮，称为一次氧化铁皮，在轧制过程中生成二次、三次氧化铁皮，典型的氧化铁皮结构由内至外依次为FeO、Fe3O4和Fe2O3。
钢板表面氧化铁皮结构:FeO+Fe3O4+Fe2O3。
表面氧化铁皮形成过程：Fe+O2—FeO(50%)+ O2~Fe3。4(57%)+O2~Fe z O g(60%)
2控制措施
2.1提高除磷打击力
(1)由于钢板表面呈规律性的条带红锈，根据测量条带的间隙和宽度，利用高压水打击测试，验证了是精轧机高压水打击间隙所产生的。同时发现不同除磷喷嘴高度影响除磷打击的宽度和打击力(图3所示)。因此利用大修对粗精轧机高压水进行改造，精轧机上喷嘴由22增加到30个左右，喷射高度由175mm缩短到最小150mm。精轧机下表喷嘴由32个减到31个，做到和上表喷嘴错开，喷射高度不变,奥迪a4l油耗
图2抛丸后(b)
打击力不变。粗轧机上喷嘴由21增加到29个，喷射高度由175mm缩短到最小150mm。粗轧机下表喷嘴由23个增加到30个，做到和上表喷嘴错开，喷射咼度由175mm缩小到130mm，打击力提咼约40%，同时制定高压水喷嘴更换周期，保证高压水除鳞打击力和均匀性。
(2)检修停机前，检修生产后对粗、精轧机高压水打击力进行测试对比(图4所示)o通过观察测试板面打击刻痕的重叠量以及深度对高压水喷嘴角度和堵塞情况进行评估，有针对性地进行更换维护。
图3不同辊缝高度(100mm/115mm/150mm)打击力效果
图4精轧机高压水检修前后除磷打击效果验证2.2生产工艺优化
对工艺尝试优化，制定除鳞工艺、开终轧温度试验方案，进行表面对比，实验结果表明：
(1)保持钢温均匀性，可提高炉生氧化铁皮除磷效果(见图5、图6)o
(2)受到中板厂精轧机能力和除磷布局限制,
通
图5钢温均匀性差粗除磷表面
过逆向思维，降低精轧机开轧温度，终轧温度控制在810C(见图7)，保证精轧机除磷前氧化铁皮形成
图6钢温均匀性好粗除磷表面
一定厚度和致密性(图8所示)，使氧化铁皮变厚变脆后提高除鳞效果，降低表面“水波纹”发生概率。
图7不同终轧温度控制(850C、830C、810C)，抛丸后表面“水波纹”对比图8二次氧化铁皮1060C经过210s，150s，70s厚度变化
2.3残留水的控制
(1)待温区中间坯控温时关闭辊道冷却水，减少下表面二次氧化铁皮的生成。
(2)轧制过程中，因轧机挡水板与辊面接触不好，辊身冷却水滴落，侧面吹扫角度和工作压力不稳定，都会导致钢板表面上存在残留水。保证挡水板不漏水和良好的侧面吹扫，减少上表二次氧化铁皮生成。
(3)规范中间待温坯摆放位置，保证精轧机除鳞水不溅到待温坯表面
。
2.4合金Si含量调整
研究表明，随着Si含量的升高，除鳞效果越差，除鳞后残留氧化层的厚度越大(如图9所示)。当Si 含量达到0.23wt%时，氧化铁皮与基体界面容易形
成氧化物Fe2SiO4，板坯在加热过程，熔点为1220C 的液态Fe2SiO4将FeO晶粒包围，在氧化铁皮与基底金属界面会产生层状共析产物FeO-Fe2SiO4(铁橄榄石)，凝固后呈现类似锚状形貌，将FeO层钉
扎，增加了氧化铁皮的粘性，钉扎的FeO很难在除鳞中完全被去除，在后续热轧过程中被压入钢板表面，残余FeO促使生成Fe2O3(图10所示)。将Si含量控制在0.2%以下，可减少轧制表面“水波纹”的产生。捷途
图11热态钢板“水波纹”
若红锈与青交界边缘硬性交界、界限明显则存在水波纹(如图12所示)。通过质检观察测量水波纹形态和分布，可判断水波纹的产生原因。
图12钢板红锈“水波纹”
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Si:0.01wt%Si:0.08wt%Si^.23%
我留的FQ经过轧图9不同Si含量除磷后氧化铁皮分布
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图10高Si钢红氧化铁皮的形成机理3结论
通过研究分析钢板“水波纹”缺陷的产生机理，可知是由二次氧化铁皮未除干净造成，中板厂通过上述措施实施，进一步减少了钢板因“水波纹”缺陷导致的降级改判和质量异议，提高了合同交付水平，满足了顾客对产品的特殊需求。工程机械用钢表面“水波纹”发生率由2019年0.3%下降至2020年0.15%，取得了明显效果。
2.5梳理一套在线钢板差检验操作法
(1)表面存在氧化铁皮破碎的情况下，若裸露部分平整，则没有水波纹缺陷；若裸露部分出现蜂窝状点、线凹凸不平，则存在水波纹缺陷。
(2)反光度检查法：存在水波纹的地方，氧化铁皮的反光度比周围其他区域高。精轧机轧制后可在精矫直机前过桥侧面进行肉眼识别，通过板面水波纹形态和分布(见图11)，针对性地进行工艺调整，避免批量问题的发生。
(3)“硬边红锈判断法”：轧制钢板呈现铁青为正常现象，若存在红锈分布，则有可能存在隐藏的水波纹。红锈与青部分柔缓过渡则没有水波纹，参考文献：
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21-22.
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