冷軋薄板表面摩擦黑斑是一個典型的以“產生原因+形貌特征”命名方式的命名的產品缺陷。
“摩擦”是指以卷材或板材形式包裝的薄板產品在儲運過程中，在鋼板自身重力或相互間的擠壓等壓力作用下，板材內部層與層之間發生相對位移的動作或過程。這種相對位移會改變板材表面形貌及顏色，簡而言之，“黑斑”是鋼板層與層之間發生相對位移后造成板面改變所產生的直觀視覺結果。摩擦黑斑是儲運過程產生的缺陷，在倉庫里面吊裝運輸也屬于儲運范圍內。
摩擦黑斑雖形成于運輸過程，但生產過程中卷取張力偏低，外圈松卷等也是導致摩擦黑斑產生的原因之一，總體上講生產過程控制的影響與運輸原因基本遵循“二八”或“三七”原則，即生產原因占20-30%，運輸原因占70-80%。
1 摩擦黑斑宏觀形貌特征
對于鋼卷而言，如圖1所示為鋼卷截面示意圖，摩擦黑斑通常發生在鋼卷3點、5點、7點及9點鐘方向。其中5點及7點通常是鋼卷在儲運過程受力部位，鋼卷受如圖所示垂直受力部位法向力F。特別要注意捆帶與托架之間的接觸和受力情況，一般捆帶與托架接觸點摩擦黑斑產生的幾率最高。如果運輸過程中多個鋼卷并排放置，那么前后鋼卷之間在運輸中互相擠壓，受垂直切面的壓力F作用，需要注意的是，這里的力F一般并不是在鋼卷正中間，而多在邊部，因為鋼卷邊部都加有護圈，多是邊部接觸受力。摩擦黑斑產生有兩個必要條件，一個是壓力F的存在，另一個是鋼卷層與層之間發生相對運動。
圖1 鋼卷截面及摩擦黑斑通常出現位置示意圖
一般說來，摩擦黑斑很難完全杜絕，如果控制在鋼卷最外圈1-2圈范圍內，這樣的切損量客戶尚可接受。如果鋼卷輕則5-10圈，重則10-20圈均發生嚴重摩擦黑斑，那鋼卷切損量會非常大，嚴重時切損長度超過100米，這是客戶是很難接受的。因此，需要有效控制導致摩擦黑斑產生的關鍵點，盡量減少摩擦黑斑的產生。
以下展示幾類典型摩擦黑斑形貌特征：
（1）鋼卷與木托架接觸部位壓印類摩擦黑斑。
圖2 鋼卷與木托架接觸部位帶鋼上下表面摩擦黑斑
如圖2所示為采用木托架包裝運輸的鋼卷在開卷后發現與木托架接觸對應部位出現的摩擦黑斑形貌，即圖1所示的5點及7點鐘方向。此類摩擦黑斑類似鋼卷因受力而產生的壓印一樣，但其并不是壓印。這類帶鋼與托架接觸部位產生相對滑動之后產生的摩擦黑斑是非常典型的摩擦黑斑。
（2）鋼卷邊部在運輸過程中互相擠壓產生摩擦黑斑。
如圖3所示，鋼卷在運輸過程中前后依次放置，所有鋼卷邊部均有護圈，因此當運輸過程中車輛發生前后晃動時，產生的擠壓部位主要是相互接觸的邊部。鋼卷拆包開平后發現在鋼卷距離邊部40cm的部位出現連續摩擦黑斑，該部位與鋼卷互相接觸部位對應。
圖3 卷料邊部的摩擦黑斑形貌及對應運輸過程鋼卷放置狀況
（3）與鋼卷捆帶受力部位一一對應的摩擦黑斑
圖4 帶鋼與捆帶接觸部位相對滑動產生的摩擦黑斑
如圖4所示為帶鋼與捆帶接觸部位相對滑動產生的摩擦黑斑，黑斑位置與捆帶位置完全吻合，黑斑寬度及形貌與捆帶也完全吻合。黑斑位置為鋼卷與捆帶之間主要受力位置。
（4）其它不規則形狀摩擦黑斑
圖5 不規則形貌摩擦黑斑
如圖5所示為一類不規則形貌摩擦黑斑，黑斑面積大，影響范圍大，這類大面積的摩擦黑斑對應的缺陷在帶鋼上總長度也比較長。如果是板包材料出現摩擦黑斑，多為圖5類似的大面積黑斑。
2 摩擦黑斑微觀形貌特征
開篇已說明，本文所分析的摩擦黑斑的微觀組織形貌分析并不能作為分析該缺陷產生原因的主要依據，這是與其它缺陷分析要注重微觀組織分析，且要從微觀組織變化分析反推工藝異常，從而解析缺陷產生根本原因有很大不同。摩擦黑斑產生原因分析需要從工藝過程特別是卷取張力等因素入手，再仔細分析從包裝、吊裝、運輸等每一個細節才能分析出原因。微觀組織檢測僅作為展示“摩擦黑斑”微觀組織特點，加深對此缺陷的理解。
綜合分析多例摩擦黑斑微觀組織結果，歸納起來主要有如下四類特征：
第一類，如圖6所示較輕微的一類摩擦黑斑，鋅層表面僅僅是產生輕微摩擦損傷，原有鋅層表面紋理并未發生大的改變。
圖6 鋅層輕微磨損形貌
第二類，如圖7所示，這是占比較大的一類特征，即鋅層表面有明顯的相對位移后形成的劃痕，鋅層表面很多部位已經在壓力和相對摩擦作用下被碾平，已失去原有形貌特征。
圖7 鋅層中度磨損形貌
第三類，如圖31-8中是鋅層發生相互磨損后，摩擦脫落下來的鋅皮再次粘附在表面的形貌，這也屬于中度磨損的一類。
圖8鋅層表面發生相對位移磨損后物質轉移
第四類，帶鋼表面嚴重磨損，甚至基板都發生嚴重損傷，這是最為嚴重的一類，如圖9所示，該圖是將帶鋼表面黑斑部位鋅層用稀鹽酸腐蝕后觀察表面基板特征，分別為缺陷處二次電子像及背反射電子像，可見基板表面都已經被嚴重挫傷。鍍鋅板表面形成如此嚴重的損傷，那儲運環節一定存在較為嚴重的問題。
圖9鋅層嚴重磨損后伴隨的基板表面挫傷
微觀組織分析結果表明，摩擦黑斑缺陷處的鋅層或基板都受到了不同程度的損傷，摩擦黑斑所謂的“黑”，其實質是帶鋼表面因相對摩擦后形成不同程度微損傷，表面粗糙度及形貌發生了改變。微觀形貌改變后的缺陷部位對光的反射與正常部位的漫反射不一致，特別是堆積了因摩擦產生的鋅皮或累積了鋅粉與油的混合物后，給人的客觀視覺表現為發“黑”。
鍍鋅皮下夾雜問題分析思路和方法
1 缺陷描述
鍍鋅皮下夾雜在冷軋板上有多種表現形式：單線、雙線、表面裂紋、皮下裂紋等。隨著夾雜從材料中間往表面暴露的程度不同而不同。其分析思路與方法相同，以下以一類雙棱線缺陷來說明其分析思路與方法。
熱鍍鋅板表面出現一種雙棱線缺陷，該缺陷長度在10cm-2m，寬度1-2mm左右，以間斷平行線形式沿軋向分布在帶鋼表面，間距10mm左右，無規律分布。長線中部有時會出現斷續特征。帶鋼上表面相對多一點，有輕微手感，其宏觀形貌如圖1所示，采用稀鹽酸直接在缺陷板表面進行脫鋅處理，脫鋅后基板表面缺陷明顯，如圖2所示。
圖1雙棱線缺陷宏觀形貌
圖2雙棱線缺陷脫鋅后形貌
2 皮下夾雜類缺陷分析方法
此類缺陷，從如下幾個方面展開分析：
（1）如果在生產現場，直接取大塊缺陷樣板，用稀鹽酸直接往板面潑，腐蝕掉表面后觀察，一般可以看到類似圖2形貌；
（2）實驗室分析：
首先，取缺陷原板試樣剪切成10×10mm尺寸，采用稀鹽酸脫鋅處理，然后放入酒精中超聲清洗，吹干，再用掃描電鏡分析缺陷部位微觀組織特征。
其次，取缺陷試樣，采用多塊疊加方式鑲嵌，磨制、拋光后觀察缺陷部位皮下基板組織特征。
再次，如果樣板發生了沖壓開裂，取沖壓開裂試樣，截取斷口開裂起源處樣品，放入酒精中超聲清洗，吹干，再用掃描電鏡分析其斷口形貌及微觀組織特征。三類試樣微觀組織特征分別分析如下：
缺陷表面形貌特征：
圖3缺陷脫鋅后的基板表面夾雜顆粒及對應EDS譜圖
樣板脫鋅后，缺陷部位出現大量顆粒狀夾雜，其典型成分譜圖如圖3所示，主要由O、Na、Al、Mg、Si、Ca、Fe，為典型卷渣成分，表明該雙棱線缺陷實質為基板中卷渣所致。
缺陷截面部位組織特征：
圖4缺陷截面部位形貌及對應微區成分譜圖
如圖4所示為缺陷試樣截面組織及對應微區成分譜圖，由圖可見，試樣次表層組織也可以觀察到夾雜的存在，其實在基板次表層一般都有相當數量的還未暴露至表面的夾雜，這類是典型的皮下夾雜。這些夾雜仍然以O、Na、Al、Mg、Si、Ca、Fe等為主，同樣符合卷渣成分特征。
沖壓開裂試樣斷口微觀組織：
圖5沖壓開裂試樣斷口形貌特征
沖壓開裂試樣斷口組織如圖5所示，基體中夾雜的存在正是導致沖壓開裂的主要原因，其組成成分與前述分析一致，也符合卷渣成分特征。
3 缺陷形成原因分析
此類夾雜缺陷與單長線夾雜小白線比較類似，總長度也相當，不同的是這種夾雜缺陷為煉鋼中間包覆蓋劑或結晶器卷渣之類外來夾雜，而不是內生Al2O3夾雜（前面已經有專門文章講氧化鋁夾雜）。其產生原因是煉鋼過程中，中間包覆蓋劑在中間包液位下降過程中隨形成的漩渦卷入鑄坯，或結晶器中夾雜混入鑄坯。此類卷渣體積一般要大于內生Al2O3夾雜。在熱軋粗軋過程中，由于鋼坯有寬展，一個大夾雜分裂為兩個小體積夾雜。小夾雜在隨后的熱軋精軋及冷軋過程中隨軋制變形量的增加不斷沿軋制方向拉長，并不斷由基體中暴露于基體表面。酸軋終軋軋制厚度越薄，暴露的越多。鍍鋅后缺陷進一步放大，形成雙棱線形貌缺陷。
液面波動控制是關鍵，標準，正負2mm。
其它皮下夾雜分析思路相同。
鋅波紋缺陷分析識別及現場工藝調整方法
1 缺陷描述
熱鍍鋅板表面出現滿板面水波紋狀缺陷，紋路垂直于軋制方向，上下板面都有，密集分布，有輕微手感。一般稱為鋅波紋，或者稱為鋅流紋或鋅浪。此缺陷實質是帶鋼表面鋅層厚度不均。雖然光整對鋅波紋缺陷有一定改善，但肉眼可見的波紋并不能完全消除。該缺陷容易辨認，要求較高的汽車外板等不可接受此類缺陷，3000級別的汽車內板一般也不能接受此類缺陷，涂裝無法掩蓋。
圖1 熱鍍鋅板表面鋅波紋宏觀形貌
2 鋅波紋缺陷形成條件
鋅波紋缺陷主要在如下幾種條件下容易發生：
1）在生產較厚鋅層規格產品時，如200g等厚鋅層；
2）在生產基板厚度規格比較大的時候，比如2.0mm規格；
3）機組正常生產過程中發生故障，有異常加減速的時候該缺陷容易出現；
4）機組運行速度較低；
5）基板表面粗糙度較低。
3 鋅波紋缺陷形成原因
對于鋅波紋缺陷，帶鋼振動、氣刀參數、帶鋼速度、帶鋼溫度、鋅液成分等對鍍鋅帶鋼表面鋅波紋缺陷形成都有一定影響，但最主要的原因則可歸因于帶鋼表面未完全凝固的鋅層在重力作用下的流動。以生產較厚規格鋅層產品，或者基板厚度規格較大產品為例進行說明。帶鋼出鋅鍋之后，表面鋅層在氣刀高速氣流以及鋅鍋上方冷卻風機作用下已經凝固，但基板或鋅層厚度越大，存儲的熱量也越大，中部鋅層還處于半固態，未完全凝固，在重力作用下發生位移和流淌，待完全凝固后形成水波紋一樣的缺陷。機組突然加減速也會造成表面鋅層在厚度方向上的冷卻速度差異，進而形成鋅波紋缺陷。
4 鋅波紋缺陷現場改善方法
現場出現此缺陷之后，可以根據現場實際情況展開調整，如果是生產厚度較大、鋅層較厚的產品，則可以降低鋅鍋溫度至450-455℃溫度范圍；或者降低入鋅鍋板溫，控制入鋅鍋板溫與鋅液溫度相同或者差值盡可能小，以減少基板帶入鋅鍋的熱量。此外，盡量避免生產過程機組異常加減速。薄規格帶鋼出現鋅波紋一般是機組有異常加減速，筆者所在產線在生產0.6-0.7mm規格汽車板時也因異常加減速出現過此類缺陷。
5 鋅波紋缺陷對客戶影響實例
如圖2所示為供某廠家的熱鍍鋅內板，原板表面有明顯鋅波紋缺陷，牌號DX54D+Z100MB、規格0.6×1620。具有此特征缺陷的板材在沖壓成零件后表面形貌如圖3所示，可見箭頭所示的部位表面鋅波紋非常明顯，雖然是內板，但是屬于3000表面級別的可視內板，因此，如果涂裝不能掩蓋，則無法滿足客戶要求，只能報廢處理。
圖2 熱鍍鋅板表面鋅波紋缺陷
圖3缺陷板沖壓之后表面形貌
熱鍍鋅板表面亮點及黑點缺陷分析匯總之一
熱鍍鋅板表面“亮點”及“黑點”缺陷是鍍鋅生產中最常見的一類缺陷，但不能稱呼其為一種缺陷，因為所謂的“亮點”及“黑點”只是人的視覺感官差異，如果點缺陷比較細小，肉眼比較難分辨，那么這時多需要借助掃描電鏡來分析其實質，僅憑經驗誤判概率比較高。本文中將各類熱鍍鋅板表面的“亮點”和“黑點”類點狀缺陷做綜合匯總分析。
1. 熱鍍鋅板表面亮點：鋅層損傷
該缺陷來自用戶抱怨。熱鍍鋅外板在沖壓前表面未見缺陷出現，沖壓之后，表面出現肉眼可見尺寸在1mm左右細小亮點缺陷。用掃描電鏡對缺陷樣板進行微觀組織分析，得到典型微觀組織如圖1所示。缺陷均表現為明顯被異物硌傷形貌，但未見外來異物在坑內殘留。對坑內多個部位進行EDS微區成分分析，其主要成分為Zn，未見其它異常成分出現。
圖1 典型鋅層表面損傷缺陷微觀組織特征
可見，此類亮點缺陷的實質是鋅層損傷，主要因為模具在沖壓過程中表面累積了一些鋅粉，這些鋅粉沖壓過程損傷了板面。這是客戶端產生缺陷。
2. 熱鍍鋅板表面亮點：鋅層擦傷
熱鍍鋅板表面出現細小亮點缺陷，缺陷在板面發生頻次較高，大概每10cm×10cm范圍內有20-30個小點出現。此類亮點缺陷微觀組織如圖2所示，可見其實質為擦傷。這是機組產生缺陷。
圖2 鍍鋅板表面鋅層擦傷形貌特征
3.熱鍍鋅板表面亮點：鋅皮粘附
熱鍍鋅板表面出現尺寸約1mm左右亮點缺陷，缺陷在板面大概每10cm×10cm范圍內有5-10個小點出現。此類亮點缺陷微觀組織如圖3所示，可見其實質為鋅皮粘附。
鋅皮粘附于鋅層之上，鍍鋅光整軋制過程形成的連續均勻紋理被鋅皮覆蓋，據此可判斷缺陷產生在光整之后。再排查機組生產過程中的表檢照片，未見此類缺陷。而客戶在開卷機上發現，那基本可判斷產生在精整機組。這是機組產生缺陷。
圖3 熱鍍鋅板表面鋅皮粘附形貌
4 熱鍍鋅板表面亮點：鋅渣缺陷
此缺陷后期將專門章節分析，熱鍍鋅板表面出現大面積亮點缺陷，經掃描電鏡分析知其實質為鋅渣，如圖4所示。機組鋅鍋缺陷。
圖4 熱鍍鋅板表面鋅渣缺陷微觀形貌
5. 熱鍍鋅板表面亮點：氣刀飛鋅
氣刀飛鋅缺陷已在前面文章中專門分析，這里作為亮點納入匯總。其形貌如圖5所示.機組鋅鍋缺陷。
圖5 飛鋅缺陷低倍微觀組織特征
6.熱鍍鋅板表面亮點：氣刀氣源雜質打傷板面
氣刀氣源中雜質打傷板面形成亮點已在前面文章中專門分析，這里作為亮點納入匯總。其形貌如圖6所示，將空氣氣源切換為氮氣氣源后亮點即消失。機組鋅鍋缺陷。
圖6 典型氣刀氣源雜質打傷板面亮點微觀組織特征
7. 熱鍍鋅板表面黑點：機組異物粘附
熱鍍鋅板下線過程中發現板面出現黑點缺陷，其微觀組織如圖7所示，可見黑點實質是板面粘附了大量0.5-1mm尺寸黑色異物，異物成分主要由O、C、Si、Al組成，推測為機組上散落的灰塵類異物。從異物形態與鋅板相對關系來看，鋅板表面光整紋理清晰，灰塵粘附于紋理之上，推斷為光整之后產生。機組通道線缺陷。
圖7 黑點缺陷微觀組織形貌
8.熱鍍鋅板表面黑點：鍍后冷卻風向灰塵粘附
本案例后續專門用一節分析，這里的灰塵來自鍍后冷卻封箱，先匯總在這里。其形貌如圖8所示。機組通道線缺陷。
圖8 鍍后冷卻風箱吹出灰塵粘附形貌及成分
9.熱鍍鋅板表面黑點：爐鼻子灰壓入
此缺陷后續將做專門分析，這里納入黑點歸類匯總，其形貌如圖9所示，為爐子內壁爐鼻子灰聚集后掉落粘附。機組鋅鍋缺陷。
圖9 爐鼻子灰嵌入鋅層表面形貌
10.熱鍍鋅板表面黑點：清洗段贓物粘附
此缺陷在前面漏鍍一章中已有詳細分析，這里納入黑點歸類匯總，其形貌如圖10所示，為清洗段刷輥異常，甩起贓物粘附板面。機組清洗段缺陷。
圖10 清洗段異物粘附板面形貌
