浅谈难熔金属薄板材表面常见缺陷

浅谈难熔金属薄板材表面常见缺陷

胡淑娟赵澜

西安诺博尔稀贵金属有限公司西安710201

摘要：在实际生产中，表面缺陷是影响板材质量的主要原因之一。本文论述了难熔金属薄板材中的极易出现的起皮、压入物、粘连和波浪四种缺陷，从缺陷的来源及产生原因进行了深入探讨，并提出了相应的解决措施。

关键词：难熔金属；金属薄板材；表面缺陷

1引言

难熔金属指熔点高于1650℃并有一定储量的金属（Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W等）。作为制造高温结构零部件的关键原料，难熔金属及其合金因其优异的高温力学性能，良好的导电性和冷加工性，较好的耐蚀性，已经广泛应用在原子能、电子、机械、化工、航空航天和军工等领域。目前主要使用于航空航天中的难熔金属板材，因其大多数的使用环境较为苛刻，不仅对材料本身的力学性能有较高的要求，对材料的表面质量要求更高。比如，液体火箭发动机上的铌钨合金板材，通过旋压成形的喷管延伸段，若作为原料的板材表面有微裂纹或者其他缺陷，将会在后期的高温使用中发生严重事故[1,2]。

近些年来，随着难熔金属在各行各业中的使用越来越频繁，中厚板材因其后期轧制工艺成熟，板材的各种外观性能，如尺寸公差、板型以及其他表面缺陷均得到有效控制，但对薄板材（厚度小于1mm）则出现表面质量不佳。对于难熔金属的薄板材，表面缺陷不仅影响了板材美观，更是影响了板材的抗腐蚀性、抗磨性、疲劳极限等物理性能，甚至导致板材使用过程中发生严重的失效，因此，在实际生产中对薄板材表面缺陷的研究显得尤为重要[3]。本文着重介绍了难熔金属薄板材中几种常见的表面缺陷及其特点，并通过分析缺陷的来源和产生原因，针对现有生产条件提出相应的解决措施，从而为实际生产提供借鉴。

2金属薄板材常见表面缺陷

板材缺陷应着重以板材的有关技术标准和技术条件中相关的定义和描述为依据[4]。通常，实际生产中根据板材表面缺陷的形状和产生原因来进行划分，可分为起皮、粘连、划痕、压入物、折叠、裂纹、波浪、折伤等八类缺陷[5]。随着经济的快速发展，表面质量不但是用户第一感官的美观要求，更是下游用户生产工艺及质量的要求。传统薄板材生产通过锻造开坯-初轧-中间退火-成品冷轧-热处理-精整等多道工序实现，在此过程中因涉及环节较多，表面缺陷的产生是一个无法避免的问题。经过统计发现，起皮、粘连、压入物、波浪等表面缺陷是造成薄板材报废的主要原因之一[6~8]。

2.1起皮

起皮是板材冷轧成型过程中最常见的缺陷之一，是指金属表面脱离或部分脱离基体金属，脱离后形成凹坑的一种缺陷，严重时薄板材会出现轧漏的现象，主要表现在的薄板轧制过程中。

起皮的特征较为明显，如图1（a）所示，板材表面局部成层，缺陷沿轧轧制方向呈线状；成层较薄，破裂后翻起脱落形成凹坑，且凹坑边缘不光滑，局部厚度尺寸变小，严重影响其使用性能。起皮缺陷在实际的轧制生产中是不可避免的，按照其来源划分，一种来自于板材自身，另一种为外来异物，按照来源对其产生原因进行分析。

2.2.1在原料的熔炼过程中，铸锭外表面是易形成气孔、缩孔、冷隔的主要部位，缺陷后期未清理彻底，在轧制过程中延长，逐渐暴露于板材表面所致。针对此问题，生产中可对铸锭表面进行深度机加扒皮，以清除铸锭表面和近表面的气孔、缩孔和冷隔等缺陷，并且对出现的明显外漏孔洞可进行修磨。

2.2.2轧制过程中，冷轧划伤，后续轧制到一定程度一边开口产生起皮。针对此情况，可在轧制过程中增加检查和修磨次数，及时发现及时处理轧制过程中产生的缺陷。

2.2.3板材表面粘着金属屑或粉尘，轧制时紧密粘附在板材表面，一起发生轧制变形，部分和后续轧制延伸复合，部分剥离产生起皮。降低这种缺陷的发生可对锻造后的板坯彻底刨铣，去除氧化皮，接着通过酸洗液及水洗进行降低缺陷的产生。此外，还可对极易吸附异物的板材边部毛刺及时剪切，并且对轧机的工作环境整洁来改善。

2.2粘连

粘连是指板材在退火时产生的层与层间的点、线、面的相互粘连。粘连缺陷出现在退火工序后，在实际生产中表现为相邻板材粘连在一起，分离时有阻力，分离后在板材表面留下粘连痕迹，将此痕迹称为粘点，如图1（b）所示，粘连处有局部凸起痕迹。

图1板材常见表面缺陷

（a）起皮；（b）粘连；（c）压入物；（d）波浪

粘连缺陷也是薄板材最常见的缺陷之一，尤其是比表面积较大的纯金属薄板材、箔材。出现这种问题的主要原因有许多，在实际生产中，通过大量的生产数据统计分析，发现粘连缺陷产生原因有以下两方面：一是金属板材表面清洁度。板材清洗后表面局部有残留的油脂类或者炉体内异物粘附于板材之间在退火过程中形成粘连点，导致粘连缺陷产生；二是加工态板材在退火过程中应力释放，板材局部发生变形。

针对以上两方面原因提出以下改进措施：1）退火前要保证板材表面和炉膛的清洁度；2）退火降温过程中，充氩温度降低，防止由于降温过快，造成局部变形。适当延长升温降温时间，避免相互接触的板材因应力释放变形而粘连；3）退火时的板材装炉量不宜过大，防止底层板材承受上部的压力不均匀。

2.3压入物

压入物缺陷是指金属或非金属夹杂压入板材表面而产生的缺陷，尤其表现在纯金属板材中。当压入物为非金属夹杂时，退火后板材表面会出现点状或线状黑色缺陷，如图1（c）所示。当板材表面有金属压入物时，缺陷表现为，去除压入物后板材表面出现大小不等的凹凸坑，且坑的边缘光滑。未去除时，退火后触摸板材表面，会有划手的触感，当校平板材后，表面会出现凹陷，板材表面的金属压入物破坏了板材的连续性。

非金属压入物产生原因：（1）生产环境差，空气中或生产设备中的异物轧制中压入板材表面；（2）轧制工艺润滑剂不清洁或工艺润滑剂喷油压力不足。而金属压入物主要来源于板材边部的毛刺或金属屑。

针对压入物缺陷而言，首先要做到清洁生产，防止非金属压入物的引入；其次增加中间酸洗过程，及时去除非金属夹杂物；最后，及时修剪边部毛刺，在轧制过程中增加检查次数，发现凹坑立即叫停解决。另外，也可对板材终轧前的板坯进行砂光处理，降低出现异物的可能性。

2.4波浪

波浪是一种沿板材长度或宽度方向上出现的高低起伏的弯曲缺陷，属于板型缺陷，形状如波浪，如图1（d）所示。此缺陷主要产生于薄板材的轧制过程中，产生原因有：一，轧辊曲线控制不当或者辊缝调整不平衡；二，道次压下量分配不合理；三，润滑冷却不均，导致板材变形不均匀；

四，来料厚度不均匀。

改善波浪板型可通过控制来料板材厚度方向上的同板差；调整辊缝平衡，使辊缝形状尽可能与板材形状一致；合理分配道次压下量，使得冷轧成品中的道次加工率分配逐渐降低，将板材厚度上的不均匀逐渐降低；润滑冷却均匀等方面进行改善也可对破浪进行有效控制。对于比较容易出现波浪的薄板材，尽可能的增加中间退火次数也可降低此类缺陷的产生。

结术语

（1）随着技术进步和市场竞争日趋激烈，市场对金属板带材表面的要求越来越高，高表面质量已成为高精度板带材的重要指标。

（2）影响高精度板带材表面质量的主要因素是表面物理缺陷，如起皮、压入物、粘连和波浪等常见缺陷。

（3）通过分析不同缺陷的来源和起因进行事前预防。起皮缺陷可通过铸锭扒皮和板坯修磨来控制；压入物主要来源于生产环境和边部毛刺，可通过清洁环境和修理毛刺来减少其缺陷的产生。

（4）通过提高和改进生产工艺，细化生产管理等来控制表面质量。提高板材表面和炉体清洁度，降低退火降温过程中充氩温度；而波浪主要产生于轧制工艺可通过控制同板差和轧制力来避免波浪缺陷的产生。

参考文献

[1]殷为宏,汤慧萍.难熔金属材料与工程应用[M].冶金工业出版社,2012

[2]张春基,吕宏军,贾中华,等.铌钨合金材料在液体火箭发动机上的应用[J].宇航材料工艺,2007,37(6):57-60

[3]王瑞琴,黄先明,吴晓东,等.冷轧钛板材缺陷分析与讨论[J].热加工工艺,2014(13):147-149

[4]房轲,于秀琴,崔风平.中厚板表面质量缺陷判定规范的制定[J].山东冶金,2007(s2):56-58.

[5]济南钢板集团总公司,东北大学轧制技术与连轧自动化国家重点实验室.中厚板外观缺陷的种类外形及成因[M].北京:冶金工业出版社,2005.

[6]李国华,吴淼.现代无损检测与评价[Ｍ].北京:化学工业出版社,2010,1-16.

[7]周家齐.热轧钢板表面缺陷浅析[J].重钢技术,1991,2(34):32－36.

[8]徐海卫,李飞,王全礼.热化薄板表面氧化铁皮类缺陷的形成机理与控制[A].中国金属学会,2009,266-269.