1. 引言
304不锈钢是一种含镍的奥氏体不锈钢，它具有优异的耐腐蚀性、耐热性、耐低温性和机械性能，广泛应用于电梯、厨房设备、医疗设备和化工行业。工业和建筑装饰行业[1] [2]对产品表面质量有很高的要求，但冶金公司在生产304 [3]-[5]不锈钢时经常遇到各种缺陷，影响产品的产量和表面质量。在市场竞争日益激烈的情况下，这严重影响了企业的竞争力。因此，从源头控制产品缺陷是一个迫切的问题，需要在304不锈钢生产过程中加以解决。
今年第二季度中期，钢铁行业304不锈钢冷轧卷的生产出现了重大质量问题。据统计，降低缺陷率达3.68%，严重影响产品质量。因此，对304不锈钢生产过程中短针清洗缺陷的原因进行了深入分析，找出了缺陷的主要原因。采取了有针对性的措施，以减少针头脱落缺陷的问题。
2. 工艺流程和主要技术条件
304不锈钢冷轧卷生产工艺流程：红土镍矿→烧结→高炉铁水→AOD炉冶炼→钢水→LF炉→连铸→板坯→热轧加热炉→粗轧→精轧→卷取→固溶退火→固溶酸洗→白皮钢带→冷轧退火→冷轧酸洗→冷轧卷钢带。炼钢产出的304不锈钢连铸板坯首先在热轧步进式加热炉进行加热，加热炉出钢后进行高压水除鳞去除表面氧化皮，然后进入E1R1经5道次粗轧和精轧(8机架连轧)，轧至目标规格的304不锈钢黑皮卷；热轧黑皮卷拉至固溶产线采用连续退火炉进行退火，随后采用连续酸洗处理后成为冷轧原料，经过冷轧、退火酸洗最终成品表面等级为No.2B。304不锈钢化学成分见表1：
Table 1. 304 Main Components of Stainless Steel (Wt%)
表1. 304不锈钢的主要成分(Wt%)
C |
Si |
Mn |
P |
S |
Cr |
Ni |
Cu |
N |
≤0.080 |
0.3~0.75 |
0.7~2.0 |
≤0.045 |
≤0.015 |
17.97~19.00 |
7.97~8.50 |
≤0.50 |
≤0.070 |
3. 缺陷描述及分析
304不锈钢冷轧卷边鳞缺陷呈短针状脱皮线，宏观照片如图1所示，边鳞发生位置表面粗糙不平，缺陷基本分布在双面边部两侧200 mm左右位置，长度无规则，深度在0.1 mm左右，形貌呈短针状不规则地沿轧制方向分布。
Figure 1. Edge scale defect of 304 stainless steel cold-rolled coil
图1. 304不锈钢冷轧卷边鳞缺陷
样品取自表面有缺陷的304不锈钢冷轧卷，并在SEM中分析了缺陷，结果如图2所示。边鳞缺陷呈线条状(20X)，通过扫描电镜倍率放大(1000X)，缺陷微观形态为长条凹坑。
(a) 边鳞缺陷(20X) (b) 缺陷放大图(1000X)
Figure 2. SEM morphology of edge scale defects in 304 stainless steel cold-rolled coil
图2. 304不锈钢冷轧卷边鳞缺陷的SEM形貌
对缺陷进行EDS分析，结果如图3、图4所示，从微观形貌背散射电子成像上看，“边鳞”内部组织与无“边鳞”位置内部组织差异不明显，无明显的颜色差异。
Figure 3. EDS (1000X) morphology of defect area and normal area
图3. 缺陷区域与正常区域EDS (1000X)形貌
Figure 4. Map of normal region (Map 1) and defect region (Map 4)
图4. 正常区域(图谱1)及缺陷区域(图谱4)图谱
4. 304不锈钢冷轧卷边鳞缺陷影响因素分析
4.1. N元素的影响
N元素作为固态可溶性增强元素，不仅可以提高奥氏体不锈钢的强度，而且可以提高钢的耐腐蚀性，但随着N含量的增加，钢的可塑性，特别是韧性，可以大大降低，焊接性变差，冷强度提高[6]。因此，钢中的氮含量必须是最小和有限的。以304牌号不锈钢板为原料，尺寸11000 mm × 1252 mm × 200 mm (长 × 宽 × 厚)，结合304牌号冷轧不锈钢辊轧后表面质量统计，如图5所示，发现在相同的热轧和冷轧工艺条件下，钢中氮含量增加，304不锈钢冷轧辊边缘的缺陷正在增加。
Figure 5. The effect of N content on edge scale defects
图5. N含量对边鳞缺陷的影响
4.2. S元素的影响
S元素是304不锈钢的杂质元素，该元素提高了304不锈钢的切削加工性能，但也降低了热加工性能和耐腐蚀性，还会导致焊接裂纹和热脆性，因此，304不锈钢的S含量应控制在0.003%以内。对比分析了S含量与304边鳞的相关性，由图6可知，随着S含量的提高304冷轧卷边鳞缺陷增加，其中S含量0.007%以上占比较大，降级率为15.24%，随着S含量的升高，304边鳞降级率越高，呈现较为明显的正相关性。
Figure 6. The effect of S content on edge scale defects
图6. S含量对边鳞缺陷的影响
4.3. 均热温度的影响
在选择加热温度时，主要考虑铁氧体含量、表面质量和奥氏体不锈钢合金过热预防等因素。如果加热温度过低，变形阻力高，容易导致板材形状和表面质量差；如果加热温度过高，会导致304不锈钢中铁氧体含量过高，容易引起过热，影响304不锈钢冷轧卷的表面质量。图7显示了304不锈钢冷轧卷在不同温度下边缘氧化皮缺陷的降解率。当保持温度升高时，边缘污垢缺陷的降解率提高到304。当平均加热温度低于1240℃时，304不锈钢冷轧卷无边缘氧化皮缺陷。因此，应将均匀加热温度控制在1240℃范围内。
Figure 7. The effect of uniform heating temperature on edge scale defects
图7. 均热温度对边鳞缺陷的影响
5. 改进预防措施
通过分析可以得出结论，304不锈钢冷轧卷边氧化皮缺陷主要与板的高温可塑性和热轧工艺有关。因此，提出了改善这种情况的具体措施。
通过控制熔钢在钢生产过程中的化学成分，质量分数n小于0.040%，质量分数s小于0.003%，可以有效提高板材的高温塑性，减少304冷轧钢卷边缘缺陷的发生。优化热轧加热工艺，均热温度不高于1240℃。
从图8、图9可以看出，工艺优化后平均加热温度控制在1238℃左右，n含量稳定在0.037%左右，s含量稳定在0.003%，所有这些基本控制在工艺改进范围内。
6. 边鼓的预防措施
1) 正确提高轧机硬度。边缘桶形成的直接原因是轧机表面的磨损，所以提高轧机硬度可以提高轧机性能。轧辊的整体耐磨性降低了热轧轧辊的磨损。
2) 提高轧机的冷却性能。当轧机与钢带接触时，表面温度急剧升高。如果冷却水压力低，轧机无法达到。不均匀的冷却大大降低了轧机的性能，使生产更加困难。出现异常磨损，导致轧机表面含氧量高，降低轧机冷却效率和温度偏差，从而减少轧机磨损。例如，向轧机添加冷却水喷嘴的钻井压力，增加轧机中心的冷却水容量，减少轴向温差。
3) 优化供暖系统。优化加热系统，增加预热段并添加提高了热段温度控制的上限，以提高钢坯的温度，并减少轧制过程中因温度原因导致的材料变形。优化加热炉的空气–燃料比，确保煤炭安全气体完全燃烧确保窑温度场的平衡，从而提高钢坯温度均匀性。
4) 冷轧具有一定的改进边缘滚筒的能力，这是由于能够提前预测边缘。抛光现象是存在的，需要特别控制。边缘滚筒和1/4波非常类似，但冷轧波纹模具可以弯曲，条件是适当的负载分布辊子调整，而边缘滚筒仅调整弯曲辊子和冷轧机上的负载分配可以很容易地改变和调整“鼓边”的宽度位置，使其扁平整体下降速度和电镀后的整流能力只能对缺陷产生轻微影响。
缓解并不能完全消除它。
Figure 8. Improved hot rolling uniform temperature box diagram
图8. 改进后热轧均热温度箱线图
Figure 9. Improved box plot of N content and S content
图9. 改进后N含量与S含量箱线图
通过上述措施实施及产品质量对比分析，304边鳞缺陷率从3.68%降至0.42%，缺陷改善效果较显著，如图10所示。
Figure 10. Comparison of edge scale degradation before and after improvement
图10. 改进前后边鳞降级的对比
7. 结论
(1) 304冷轧不锈钢辊边缘的贝壳缺陷是由于板塑性差和热轧加热过程异常造成的。
(2) 提出了相应的改进措施：1) 合理控制熔融钢的化学成分，即质量分数n小于0.040%，质量分数s小于0.003%。2) 优化板材加热工艺，保证均匀加热温度不超过1240℃。
(3) 经过相应的改进措施，304冷轧钢卷边氧化缺陷得到有效解决，304冷轧钢卷边氧化缺陷降解率从3.68%成功降低到0.42%以下，产品质量得到显著提高。