冷轧带钢在轧制过程中，一部分残留物(金属碎屑夹杂物和油性粘结物等)会残留在带钢表面，为了提高冷轧带钢表面的清洁性和表面质量，冷轧卷退火前可以进行脱脂处理[1]。济南钢铁股份有限公司冷轧板厂无脱脂工艺，因此残留在带钢表面的乳化液等杂物需要在退火过程中去除，而生产中退火后钢卷表面极易产生黑斑和黑带缺陷，严重影响带钢表面质量。为此，对黑斑缺陷的形成原因进行了分析，并采取了一系列控制措施，取得了理想效果。
1 带钢表面黑斑缺陷成因分析
(1)退火基板冷硬卷板形
退火基板冷硬卷板形质量会明显影响到退火加热过程中乳化液的挥发，如带钢存在中浪，带钢卷紧后，带钢层与层间因波浪造成接触面贴合不紧密，从而使径向压应力分布不均，边部径向压应力增大，中部径向压应力减小甚至为零，这种浪形完全不利于层间乳化液的挥发，导致乳化液分解后的碳沉积在带钢上形成黑斑和黑带。
(2)带钢表面粗糙度
实验结果表明，带钢表面粗糙度Ra越大，越有利于避免黑斑和黑带缺陷，这是因为粗糙度增大了钢卷层与层界面间隙，有利于乳化液的挥发。
(3)轧制成品道次卷取张力
根据弹性力学理论，钢卷层间径向应力应等于卷取张力。降低卷取张力，可以减少钢卷层与层之间的压应力，从而增加层与层间的间隙，保护气体在钢卷层间流动，保证了乳化液的充分挥发。
卷取张力值越小越有利于减少黑斑和黑带缺陷，但卷取张力过小会造成钢卷卷形不良，扁卷、松卷、散卷等缺陷，同时影响平整生产，易产生擦伤缺陷。因此，应根据带钢厚度和宽度选取张力值。
(4)乳化液的挥发性
通常，冷轧轧制油由基础油(矿物油和油脂类)和各种添加剂(挤压剂、抗氧化剂和乳化剂等)组成。轧制油在退火过程中的热挥发性能对退火后板面清洁度至关重要，其良好的热挥发性可以大大降低冷轧卷产生黑斑和黑带的几率。
(5)带钢表面清洁性
带钢表面残留物(金属碎屑机械夹杂物和油性粘结物)主要来自冷轧过程，随着钢卷的卷取，夹带到钢卷内部。带钢表面的轧制油热稳定性越高，加热时越不易挥发，且在高温下易热解形成碳黑。此外，车L制过程中乳化液吹扫不净，造成带钢表面乳化液残留过多，在正常的退火工艺过程中乳化液不能完全挥发，最后会在带钢上产生黑斑和黑带。而乳化液中如混入高压、低压油以及润滑油等，这些油属于重分子有机物，在退火过程中分解为难挥发的物质，最后沉积在带钢表面形成黑斑和黑带。
(6)退火工艺
退火工艺中，合理的吹氢工艺可以减轻冷轧卷黑斑和黑带缺陷。
图1为典型的氢气退火炉中保护气体成分随时间和温度的变化曲线。从图1可以看出，炉内气氛中甲烷两次达到最大值(即图1中甲烷的尖峰值)，第1个尖峰值在加热过程中温度达500℃左右时出现，此时CH4中的C来源于轧制油，应被吹掉;另一个峰值出现在加热结束的保温段，CH4中的C主要来源于钢，为了不使带钢脱C，此时产生的甲烷不能被吹走。
因此，在加热阶段(即300～500℃时)，为乳化液蒸发阶段，可采用大流量氢气吹扫;而在甲烷的第2个峰值到来时。不应进行吹扫。
图2为退火过程中炉内气氛露点变化曲线。带钢在炉台空间完成预吹扫后，测得露点通常为-50℃;在最终N2气吹扫后，露点通常可以达到-73℃。在带卷加热过程中，水及油气蒸发出来，退火气氛露点取决于带钢表面总的油含量、加热速度和H2吹扫速度，而露点提高不利于残留乳液分解，导致残留乳液在高温下裂解，形成碳黑。
(7)带钢表面残留氯离子
将带有黑斑的钢板表面清洗、干燥，用5%KOH溶液将带黑斑表面煮沸20min，发现大部分黑斑可以被清洗掉(主要成分是碳)，但也有黑斑没有被清洗掉。因此，用XPS(X光电子能谱分析)对这部分黑斑成分进行分析，结果得出，黑斑主要是铁的氧化物(Fe3O4)。
对退火过程进行分析，退火过程中不会产生铁的氧化物，而且应该把铁的氧化物还原。因此，该氧化物来自退火前。
对退火前钢卷进行检查，带钢表面在有乳化液残留的地方发现有黑斑并且有时还存在黄斑，进一步分析发现黑斑周围富集氯离子。
乳化液中不应该有氯离子，但济钢冷轧生产为盐酸酸洗，如漂洗不干净，氯离子会残留在带钢表面最后带入乳化液造成乳化液的污染。生产中如轧机出口吹扫失控，乳化液会夹带入钢卷内。另外，成品卷温偏低，也会造成乳化液的夹带。钢卷(尤其是薄规格产品)缠绕很紧，在板间隙很小和一定温度下，板面会发生电化学腐蚀(金属表面与离子导电的介质因发生电化学作用而产生的破坏)，乳化液中Cl-及其高电导率的漂洗水会加速电化学腐蚀过程，产物可能是FeO(黄色)、Fe2O3(红色)或Fe3O4 (黑色)，在被油膜覆盖的夹缝中，由于O2不充分，往往生成黑色的Fe3O4。
因此，必须对乳化液进行定期化验，合理控制乳化液中的氯离子含量。
2 消除黑斑缺陷的措施
(1)改善冷硬卷板形
根据板形对退火后带钢表面质量的影响，退火基板轧制时应采用微边浪轧制。
(2)优化工作辊粗糙度
济钢冷轧机为双机架可逆轧机[2]，其工作辊粗糙度不可能太高，如果太高会造成轧制负荷过大而无法轧钢。经过摸索，轧机工作辊粗糙度为0.8～1.0μm较理想。
(3)优化轧制成品卷取张力
为了提高退火过程中乳化液等残留物的挥发效果，在保证轧制稳定的前提下尽量减小成品道次的卷取张力，不同的厚度规格采用不同的卷取张力，卷取张力取值范围20～40MPa。
(4)选择优质轧制油并加强乳化液管理
在保证轧制润滑的前提下，适当降低乳化液的浓度，尽量避免在轧制油中混入低链烃油类，严格控制杂油含量，以提高轧制油的挥发性，同时保证轧机吹扫效果的稳定性，以减少轧后钢板表面的残存乳液。济钢冷轧厂选用奎克N680—2DPD乳化液，该乳化液挥发温度为330℃左右，挥发温度低，有利于乳化液完全分解。
同时，加强乳化液管理也是提高带钢表面清洁性的一个重要环节。经实践，设定了乳化液管理指标，见表1。
(5)调整轧机乳化液吹扫系统
济钢冷轧厂采用防缠导板气墙、喷头吹扫以及抽吸装置结合的乳化液吹扫系统，经生产实践，对吹扫系统进行了以下改进：
①原设计压缩空气压力为0.3～O.4MPa，发现吹扫压力不足，乳化液吹扫不净，为此，将压缩空气压力提高到0.7MPa。
②对轧机防缠导板气墙的间隙进行调整。如果气墙的间隙不合理，气墙的压力不够，乳化液易滴落到带钢上。
③对轧机带气墙的防缠导板与轧辊的间隙进行调整。根据设计，防缠导板和轧辊的间隙为3～5mm，而实际间隙约为10～20mm，为此，重新对该间隙进行调整，并按下限控制。
④为了防止防缠导板气墙的间隙被堵塞、防缠导板与轧辊的间隙发生变化，应定期对其进行校核和维护，以保证吹扫效果。
(6)优化吹氢工艺
适当的吹氢工艺既能保证吹净残留乳液挥发气体，使钢板表面无碳黑沉积，又可使氢气消耗最小。经过反复实践，优化的吹氢工艺如图3所示。
(7)控制乳化液中氯离子含量
乳化液中氯离子为酸洗后带钢表面残留氯离子。经实践，可采取以下控制措施：
①制定严格的漂洗水电导率检验制度，要求电导率小于20us/mm，发现漂洗水的电导率超标后及时排放漂洗水并补充新水;
②加强工艺段挤干辊的管理，挤干辊如受到磨损，不能很好地对带钢进行挤干，会造成带钢表面氯离子残留;
③加强乳化液中氯离子的监测，要求氯离子含量小于20mg/L，如超标，要及时重新配制;
④加快钢卷的流通，正常情况钢卷2天内进行装炉退火，避免钢卷在库里长时间堆放，以减少因腐蚀造成的带钢黑斑和黑带缺陷。
3 改进效果
济钢冷轧厂采用上述措施后，冷轧卷黑斑和黑带问题基本解决，冷轧卷目前合格率达到96%左右。
参考文献：
[1]李九岭,汪晓林，郑洪道.冷轧带钢的脱脂机理[J].轧钢，2006，23(5)：39-42.
[2]陈建明.济钢紧凑式双机架四辊可逆冷轧机介绍[J].轧钢，2006，23(3)：31-34.
