Al圧延板の表面品质(CSAC Education).doc

鋁軋延片捲之表面品質訓練教材一、前言：鋁及鋁合金與其它鋼鐵材料對於軋延品質的要求有很大的差異，鋁的表面品質要求甚為嚴格，輕微刮傷或鑿痕等缺陷，極容易被察覺，且大部份的鋁品經軋延完成後隨即使用，或者經由陽極氧化處理來有效地提高鋁品表面的防蝕性及保有金屬光澤，因此鋁軋延品表面品質的要求、改善和管理，是生產作業最重要的工作之一。鋁板片軋延材的製造，DC材是由連續澆鑄造後，扁鋁胚經刨邊、刨皮、均質化處理、熱軋、冷軋等製程及施以必要之熱處理(如中間退火、安定化等)，CC材則於連鑄成410mm鋁捲後直接冷軋，精整作業則尚包括整平、清洗、塗漆、切片或分條等製程，其經過的設備很多、製程也很長，在製程中各設備皆可能產生輕重不同的缺陷。因此，要製造出完美的表面品質產品，從鑄胚開始到最終的成品皆須經過嚴格的製程管制，是生產高品質產品的必要條件。二、缺陷分類和定義：鋁軋延板片的缺陷種類相當多，分類的方法也很多，若依外觀大致可分為熔鑄缺陷、尺寸缺陷、形狀缺陷、表面缺陷、邊緣或盤捲外形缺陷等。其中，表面缺陷部分針對各缺陷發生的主因細分，又可歸類如下：鑄造中造成的缺陷：冷接、介在物(夾渣)、起泡、氣孔、縮孔、針狀紋、裂紋、剝片、表面波痕、鑄輥熱裂痕、澆嘴刮痕。軋延中造成的缺陷：軋入異物、剝片、污染痕(髒痕)、夾層、邊裂、邊痕、咬入痕、研磨輥痕、魚骨痕、光澤不良、附著物印痕、表面裂痕、輥面塗敷、輥痕、刮傷、振動輥痕、捲起痕、黏結、殘留軋延油、孔洞、腐蝕。精整(含退火)中造成的缺陷：整平痕、污染痕、拉伸變形痕、油焦、白邊、黏結、振動輥痕、剎車輥痕、機械刮傷、鑿痕(鋁捲、鋁板)。搬運中造成的缺陷：搬運刮傷、凹痕、壓痕、折痕、輸送痕、腐蝕。上述所列常見之表面缺陷名稱的定義和特徵整理如表一所示。三、熱軋鋁胚之品質要求：鑄鋁胚(DC材，Direct Chill)品質的好壞是生產優質產品的基礎，為了保證最終產品品質和滿足後續熱冷軋加工性能的要求，對鑄鋁胚尺寸、形狀、化學成份、表面和內部品質都必須有一定的要求。(一) 鋁胚表面缺陷鋁胚表面應無冷接(Cold Shut)、裂紋、氧化、偏析和夾渣等缺陷，表面光澤平整。澆鑄時因冷接使鑄胚表面形成重疊皺紋，表面不平滑，當冷接不深時，刨皮可予消除，但若冷接太深，產生局部成份不均勻，將導致熱軋後表面粗糙或產生剝片(起皮)、裂邊。可能的裂紋包括：水平撕裂、垂直撕裂、中心裂、表面裂開等，裂紋可能使鑄胚內部氧化、熱軋斷裂、剝片。對鋁及鋁合金而言，氣孔是鋁胚生產中經常遇到又難以完全消除的重要缺陷，氣孔可被壓扁，但不能壓合，常於軋延或熱處理後引起表面剝片或起泡。偏析會導致熱脆、碎裂或分層等。因此鑄鋁胚表面通常要刨皮620mm儘可能消除上述缺陷。 圖1 夾渣 圖2 起泡(二) 鋁胚內部組織鑄胚內部缺陷或組織、成份不均，亦影響板片品質甚大，常見的內部缺陷有偏析、縮孔、裂紋、氣孔和金屬或非金屬介在物(如鐵、矽)等。鑄胚化學成份不均勻的現象稱為偏析，晶內偏析一般通過熱處理和加工可以消除，晶界偏晶是低熔點物質聚集於晶界，使鑄胚熱裂傾向增大， - 19 -表一 常見表面缺陷名稱的定義和特徵項次名 稱定 義特 徵1介在物(夾渣)(Inclusion)鋁胚內部之非金屬介在物顯現在鋁板、鋁片捲的表面，以及由於介在物所產生的表面裂縫。鋁板及鋁片捲之表面顯示有介在物之存在所產生之裂縫，由觀察裂縫斷面及介在物的存在可確認。2起泡(氣泡)(Blister)鋁板、鋁片捲之內部氣泡於加熱後膨脹，表面有膨脹痕跡。有連續線狀，有無秩序氣泡狀，軋延時會破裂，但無法完全軋著。熱處理合金及高純度合金較易發生，特別是O材之固溶化處理材發生的機會較多。3針狀紋(Stringer, Inclusion Stringer)與軋延方向平行，如針穿過之細線狀紋與軋延方向平行的線狀缺陷，不規則出現，軋延中難以判別，蝕刻處理或陽極處理後即呈現出來。缺陷部份，陽極處理層難以形成。繼續蝕刻，缺陷會消失，出現新缺陷，缺陷分布密度變化不大。4筋狀條紋、組織條紋(Streak, Structure Streak)鋁胚組織不均，或晶粒粗大之故，而產生與軋延方向平行之帶狀紋。陽極處理或蝕刻處理後明顯化，蝕刻較深時會消失，同時寬度會有變化。帶狀紋在板寬方向部份發生時，會全部呈現細紋的筋狀紋。5軋入異物(Rolled-In Metal)鋁片捲等有異物飛掉入時，再經軋延會有表面瑕疵。工輥有異物飛掉入時，僅單面缺陷，鋁捲盤捲時異物飛掉入時，則兩面有缺錎。6剝片(Sliver)鋁板、鋁片捲之表面在軋延平行方向有細長條剝離物，或表皮剝離物。該瑕疵之大小，長度有數釐米(mm)至數米(M)，一般而言鋁鎂合金較易發生。7污染痕(Dirt Streak, Shut)鋁板、鋁片捲之表面有髒的軋延油等異物附著，或再經軋延而產生的瑕疵。呈現黑色或灰色，出現在與軋延平行方向之細長形，經軋延無法擦去，陽極處理後會明顯化。8夾層(Lamination, Edge Lamination)鋁板、鋁片捲之前後及其端部斷面，產生和軋延面平行之分裂。前後端部發生的狀況稱為二重板，或開口笑。寬度邊發生的狀況稱做夾層或邊緣夾層。鋁鎂系合金易產生開口笑，邊緣夾層在裁減量大時易發生，若用肉眼難以判別時，在板成形加工時，即顯現出來。9裂邊(Broken Edge, Side Crack)鋁板、鋁片捲之寬方向兩側產生鋸齒狀之裂狀。硬質合金(如鋁鎂系)發生的機會較多。10邊痕(Edge Mark, Two Tone)軋延寬度由窄變寬時，寬板、寬片捲發生與軋延平行之光澤差。光澤差異發生在鋁板、鋁片捲之全長及上下兩面11咬入痕(End Mark, Bite Mark, Tail Mark)熱軋時軋延材之前後端痕跡，殘留在軋輥上，此痕轉印在鋁板、鋁片捲之表面，是為輥痕(Roll Mark)之一種。前端稱咬入痕(Bite Mark)；後端稱尾痕(Tail Mark)。軋延中即可發現，陽極處理後，會明顯化，若單一個裁減道次之裁減量大，較易發生，硬質合金(如鋁鎂系)發生的機會較多。12研磨輥痕(Feed Mark)軋輥研磨時，磨輪之行進痕跡轉印在鋁板，鋁片捲上。與軋延方向相對斜狀之平行條紋光澤差異，像榻榻米(日式草蓆)之樣子。13魚骨痕 (Herringbone)與軋延方向，有某個角度的杉綾狀光澤差。冷軋時的鋁片捲上、下兩面，皆會等距的發生，在鋁片捲兩側較易發生，硬質合金(如鋁鎂系)亦發生的較多。14光澤不良(Whiteness)鋁板、鋁片捲整捲發生在板寬方向光澤不一的現象，細觀之下，可分為Pick-Up，表面裂痕。表面裂痕之密度增加的話，表面粗度大，白色會較明顯。15軋輥塗敷(Roll Coating , Pick-Up Inclusion, Pick-Up Groove)軋延中從軋輥剝落之鋁屑，埋在鋁板、鋁片捲之表面而稱之為Pick-up Inclusion或Pick-up，而鋁板、鋁片捲之表面的一部份，附著在軋輥的局部，這些附著物又被剝取下來留在鋁捲表面形成Pick-up Groove與軋延方向平行，長約0.1至數mm之斑點狀缺陷，或長達數十mm之線狀缺陷，陽極處理後會明朗化，蝕刻量大會消失。16塗敷群(Roll Banding, Feather Streak)軋輥塗敷(Roll Coating)不均一，轉印於鋁板，鋁片捲表面者。與軋延方向平行帶狀痕跡之不良光澤稱之帶狀條紋。筋狀之光澤不良，無秩序的呈現者稱為羽狀條紋。軋輥塗敷在軋輥圓周方向不均一之情形，連續性發生，多發生在熱軋，冷軋偶亦發生；通常羽狀條紋之大小不超過數mm寬，長約在數mm 100mm左右。17輥痕(Roll Mark)軋輥損傷、刮痕、轉印於板、捲片表面者。沿軋輥周長一定之間隔出現，軋輥損傷時，鋁板捲片之表面顯出現多而明顯，即使軋延過程顯現引起之外觀不明顯，整平時凸現而變為明顯。18振動輥痕(Chatter Mark)與軋延方向垂直成細而有規則間隔發生直線狀光澤群，因軋輥發生者稱軋延振動痕，如在整平輥發生者稱為整平振動輥痕(Leveler Chatter)。間隔數mm 15mm間，板片厚度無變動之情形下亦會發生，每1間隔內也有10mm之變動，可以手觸判別，如板片厚度較小之情形，且硬質之合金(例如鋁鎂系合金)發生之情形較多。19捲起痕 (Step Mark)鋁片捲開始捲起端部發生與軋延方向垂直之線狀之段痕。鋁捲之內捲發生變形歪斜者，稱為皺紋捲起痕。在捲片之固定返復捲起處發生，捲片之內捲側較顯著。20整平痕(Leveler Striping, Leveler Pit)整平輥為污油等附著，其帶狀或線狀在鋁板，鋁片捲表面軋入表面成之缺陷稱之整平板條痕(Leveler Striping)。整平輥附著異物(鋁碎片等)表面被軋入形成之缺陷稱之整平坑(Leveler Pit)。在捲片之前端及後端加減速度部位較易發生，其形狀顯現出線狀之情形較多，若不是一直線者，線以部份相依者較多。21伸張應變痕(Stretcher Strain mark, Lueders Line)拉直整平時，所產生的痕跡。與拉直方向有個角度的平行痕或楔形痕，高鎂合金系較易發生。22油焦(Oil Stain, Brown Stain)軋延油殘留在鋁板或鋁捲表面，經退火後產生的變色物，由濃褐色至黃白色之間的顏色濃淡變化，這種顏色以棕色或白色油焦稱呼。鋁板及鋁捲的兩側較易發生，O材及H2n，H3n退火調質的材料發生較多。合金系列，特別是鋁鎂合金較易發生，可用時效處理來消除。23白邊 (Oxide Discoloration)鋁板、鋁片捲之表面經退火後氧化，本來之光澤或顏色消失。在鋁捲兩側較易發生，堆疊退火的鋁板，在其表面周圍較易發生。純鋁系列及鋁鎂系合金較易發生。24退火斑(Heat- Treat Contact Mark)鋁板、鋁片捲在退火中產生白色斑點。直徑1030mm之圓形或橢形，O片較易發生，一看就可看到腐蝕的痕跡，鋁板、鋁片捲之兩面，皆有同一斑點痕跡，可由此判之。25機械刮傷(Machine Scratch)軋延或精整時穿片中的鋁板，鋁片捲與主要機械設備相接觸而造成。與軋延方向一致，呈現平行，縝細直線狀，具連續性或是半連續性光澤，且帶有光澤之溝狀的刮傷。26互擦刮痕(鋁捲) (Friction Scratch)鋁捲於捲取並取出時，鋁捲表面，彼此之間發生交錯擦傷。寬0.1mm0.5mm，長15mm的針狀刮傷且成群狀分佈，鋁捲的內外表面都會發生，尤其是鋁捲之內部及外部發生最多。如在進行熱間軋延，或退火時，表面乾燥，且在軟質時較易發生。產品容易發生晶界腐蝕，如鎂鋁合金之鈉脆。由於鑄胚通常會有偏析現象，因此，部分產品需予均質化(Homogenizing)處理。均質化後，有可去除顯微偏析、使合金元素擴散均勻、球化和聚合不溶物成為較大顆粒使顯微組織較為均勻等作用。(三) 縮孔、介在物(夾渣) 圖3 介在物 鑄胚中間部位和頭端等地方常出現收縮孔洞，使金屬熱脆性增加。細小而分散的縮孔，軋延時一般可以壓合，但容積大且聚集有氣體和非金屬夾雜物的集中縮孔，不能壓合只能伸長，熱軋時會造成鑄胚沿縮孔軋裂、或分層、或退火時出現起泡等缺陷。夾渣是鑄胚中金屬和非金屬夾雜物，有些夾渣經軋延後，沿金屬延伸方向(軋延方向)被拉長、輾平(可長達1米長)，形狀很像機械刮傷，尤其5182產品最易發現。夾渣會使板片橫向機械強度和延伸率降低很多，並出現介在物、剝片和分層缺陷。由上述可知，提高鑄胚品質對改善後續軋延性能和品質有很大影響。四、熱軋軋延表面品質：熱軋製品主要有表面品質不良、板形不良、厚度不良和機械性質不合等缺陷。其中表面品質缺陷有剝片、裂紋、裂邊、分層或層裂、刮傷和擦傷、咬入痕、八字痕、污染痕、輥面塗敷(Roll coating)、黏輥等。因熱軋所產生的表面缺陷很難在其後的冷軋製程消除，最終成品的表面品質很多已由熱軋的品質所決定，所以維持熱軋良好的表面品質是相當重要的。(一) 表面裂紋氣泡和剝片主要為鋁胚品質不佳所致。表面裂紋與鋁合金性質、冷卻潤滑和鋁胚加熱氣氛有關，同時和鋁胚品質與軋延道次壓下量分配等也有影響。一般而言：(1)加強冷卻潤滑、減少摩擦；(2)合理分配道次壓下量、減小表層變形；(3)根據合金性質減少鑄造裂紋；(4)合理控制鋁胚加熱製程等，皆可防止過熱出現熱軋裂紋。(二) 裂邊、分層或層裂圖4 層裂 (鱷魚嘴)裂邊的發生主要是因鋁胚加熱溫度低、金屬塑性較差、冷卻潤滑不良、道次壓下率太大、或輥型控制不好等因素，產生摩擦丘(friction-hill)邊部附拉應力過大、或重大的軋薄和極度的伸展而產生裂邊。將鋁胚邊部刨除次表面粗晶層、或降低Na、Ca含量等，對防止裂邊有顯著的效果。分層或層裂，通常是熱軋低塑性合金時，頭尾段上下和中間溫度不均勻(soaking不足)、道次壓下量分配不合理、或變形不深透產生表層變形，致摩擦力作用使軋件中部出現附拉應力，產生分層或層裂，其嚴重時會出現鱷魚嘴(開口裂)，尤其以厚100mm以上最為明顯，因此需於軋延中適當厚度時切除頭尾，避免惡化。適當增加道次加工率、減少不均勻變形、加強冷卻潤滑、防止黏輥、沿軋延方向鋁胚頭尾呈圓弧形或楔形，頭端控軋等可降低分層或層裂程度。(三) 咬入痕、磨擦痕、八字痕、污染痕、黏輥熱軋頭端咬入時，因撞擊使軋輥黏結鋁屑並轉印於後續板片上，稱之咬入痕，嚴重咬入痕於冷軋低裁減率下仍難以軋除。刮傷擦傷(磨擦痕)、八字痕、污染痕等，主要來自鋁胚軋薄後與軋輥鏟刀或輥床(roller table)接觸所致，控制軋件出輥速度和輥床線速同步，適當分配軋薄厚度或張力，片形良好不使軋片中間垂下接觸軋床，經常清擦輥床，不殘留機油，可防止缺陷產生。熱軋盤捲前，調水乳液未吹除乾淨殘留於鋁片捲，會導致黑褐色油痕或氧化，冷軋後仍無法軋除。黏輥(sticking)是金屬氧化嚴重，黏性較大，以及冷卻潤滑劑性能較差時發生。選擇性能好，濃度適當的乳液軋延油(Emulsion)、安裝刷輥、適當軋輥粗糙度等可消除黏輥。(四) 輥面塗敷鋁板片熱軋的最大特徵是軋延中的軋輥會被細微鋁粉形成的薄膜包覆，而形成厚0.1數m且數層鋁薄膜重合的塗敷層，此稱為輥面塗敷(Roll Coating)。Roll Coating的生成機構，是鋁在熱軋藉金屬移著現象(metal transfer phenomena)而產生，軋延時軋輥與鋁的一部份因高壓而熔著，在軋輥表面形成白色金屬鋁與黑色氧化鋁(Al2O3)和軋延油(碳)交錯組成的薄膜。此薄膜當然會由鋁片表面剝離鋁材，當厚度達某剝離程度非常厲害時，會形成鋁片pick-up groove缺陷，在後續軋延中會因軋延油捲入形成表面缺陷；若塗敷層剝落後再被軋入薄片表面，則造成板片所謂Inclusion pick-up缺陷。熱軋Roll coating通常會隨冷軋軋薄程度變輕或消除，但若冷軋後仍殘存於板片表面，經陽極處理後會因該缺陷部份含有氧化物或軋延油等絕緣性物質，使鋁片表面呈現出黑斑外觀，非常難看。圖5 Roll coatingRoll Coating之生成，甚受軋輥與板片間之潤滑狀態所左右，潤滑不良會使金屬熔著機會增加。所以，潤滑不良，亦即軋延油濃度低、乳化油顆粒粒徑小、添加劑不足時，Roll Coating既厚又不均；反之潤滑狀態良好時，Roll Coating變薄且均勻。另外，軋延材溫度高，材質太軟或太硬均會使Roll Coating有變厚傾向。Roll Coating之存在不全然壞事，一般認為，軋延時Roll Coating厚度變厚則咬入性較好，而且也能有較高軋下率，但另一方面，Roll Coating太肥則會變脆易脫落，使Roll Coating自輥面再脫落回板面的量增加，因此Roll Coating的厚度應適當控制，使Roll Coating厚度適度地保持均一性，一般均使用刷輥(Brush Roll)壓在工輥上適度控制之。(五) 溫度缺陷熱軋溫度對表面品質亦有很大影響，尤其是完軋溫度。開軋溫度過高容易出現晶粒粗大或晶間低熔點相的熔化，導致鋁胚過熱，熱軋時軋碎或斷裂；溫度太低則另導致裂邊或裂紋。理論上開軋溫度取合金熔點溫度的0.850.95左右，純鋁的開軋溫度為450500之間。控制完軋溫度是要保證產品所要求的性能和晶粒度。完軋溫度高晶粒粗大，不能滿足性能所要求，而且繼續冷軋會產生軋件黏結、橘皮和麻點等缺陷；5xxx鋁鎂合金在400以上會因粗晶產生白色條紋，並於空冷過程中鋁捲雙邊因與空氣接觸，形成約150300mm寬的黑色高溫氧化底痕，於冷軋至厚1.0mm以上仍難以軋除。完軋溫度過低會引起金屬加工硬化和再結晶不完成，導致晶粒大小不均和性質不合，以及裂紋或裂邊缺陷，一般完軋溫度可取合金熔點溫度約0.650.7左右，鋁為320360之間。五、CC連鑄鋁捲之品質：目前軋延鋁板帶之鑄鋁來料主要澆鑄方法除鋁胚澆鑄法外，薄片連續法(Thin-strip Continuous Casting process簡稱CC材)，亦廣泛受各大鋁廠使用。其主要優點包括：設備單純、投資規模較小、製造流程短有效縮短鋁片成品軋延道數(尤其能顯著降低鋁箔生產的成本)、有利於生產高強度鋁箔和烤漆鋁片、O材突耳率低於DC材等。CC材之基本澆鑄原理，係將精煉後的熔鑄鋁湯經由特殊設計的扁平狀澆嘴，注入一對反向旋轉的水冷鑄輪中，經由適切的液位、澆速和輥輪間隙調整等，直接且連續地固化成相當於熱軋品級的鑄軋鋁捲。鑄捲厚度可為310m/m之間，典型厚度則為68m/m，主要生產1xxx、3xxx和8xxx產品，5xxx合金較少使用。(一) 表面波紋圖6 波紋CC材生產時，鋁湯出澆嘴，其前緣在與鑄輪接觸後之數秒間，會完全固化地通過鑄輪中心線，但由於鑄輪的轉動與鋁材的凝固作用使鋁湯液位產生間隙性的波動，鋁湯表面產生一週期冷卻速率變化，於是沿鑄片橫向易產生週期性的密集條紋，稱之波紋(Ripple mark)。一般而言，鑄捲的下表面生產較厚或合金鑄捲時，波會較嚴重，改善波紋的對策包括：提高鑄軋速度、降低澆盆鋁湯液位、改善澆嘴設計、調整適當的澆嘴位置等。波紋於後續冷軋製程中，隨軋延比的增加，間距逐漸擴增，波痕亦隨之變淡，但中等程度以上的波紋，在軋至0.5m/m成品時，仍難以消除。因此，CC鑄片表面波紋的程度也表徵出一個CC廠操作技術的良寙，通常這部份技術的精進需藉澆鑄參數的改善，方能使鑄片表面品質達到無波紋的境界。(二) 鑄軋輥缺陷CC鑄捲一般以水平式或垂直式雙輪連續法生產為主，因此其缺陷同一般軋機，亦會有輥痕、附著物印痕、刮痕、帶狀條痕、軋入異物、黏輥、表面印孔(pits)等缺陷產生。鑄軋輥因接觸鋁湯而於輥面產生週期性溫昇溫降，經使用一段時間後，表面會開始發生裂痕並轉印至鑄捲表面，此裂痕之鑄軋熱裂痕(Heat cracks)，此缺陷於後續冷軋至成品仍難以軋除。一般而言，如鑄軋輥材質不佳、研磨不良或啟鑄次數過多、生產合金鋁捲等，將促使該缺陷提早發生。因此，選擇適當鑄輥材質減少啟鑄頻率，定期檢查鑄輥表面等必要的改善措施。鑄軋速度過快、鑄軋溫度過高或因石墨噴塗不足，易引起鑄軋黏輥缺陷，輕者使鑄捲上下表面於寬度方向出現週期性明暗帶狀條痕，重者則產生純白色之黏結痕。(三) 澆嘴缺陷澆嘴(Tip)是CC鑄捲產生缺陷的主要來源之一。澆嘴前緣與鑄輥間若卡住軟質異物(如石墨)致摩擦輥面，易產生未深入鑄捲表面的澆嘴印痕(Tip Printing)；但若卡住硬質異物(如鋁屑)致磨擦輥面，則易產生深入鑄捲表面的澆嘴刮痕(Tip scratching)，除此，若澆嘴前緣外張而與鑄輥接觸亦會導致刮痕產生。嚴重的澆嘴前緣磨損，將使鑄捲之波紋發生不規則變化，嚴重時甚至發生漏鋁現象。因此，定期檢視更換澆嘴、適當調整澆嘴位置和間隙、改善澆嘴前緣之外張程度等，可避免此類缺陷產生。圖7 粗晶其他鑄捲可能產生的表面缺陷，尚包括鋁湯因素所造成之細晶不良、縮孔(Piping)、凹洞、熱流帶(Heat line)等缺陷。 六、冷軋軋延表面品質冷軋和熱軋相比，主要優點有產品組織和性質均勻，有良好的機械性質和再加工性，精度高，表面品質和板形佳等，一般而言最終成品的表面品質良寙，通常由冷軋決定。冷軋中常見之缺陷，有厚度超出公差、板形不良、表面缺陷和機械性質不合格等。其中，表面缺陷常見的有刮傷、鑿痕、剝片、裂邊、輥痕及壓坑、附著物印痕、軋入異物、孔洞、腐蝕斑點、白邊、氧化、光澤不良、魚骨痕、邊痕、裂痕、工輥研磨痕、振動輥痕、殘留軋延油等，種類相當多且複雜。(一) 冷軋工輥缺陷圖8 輥痕冷軋表面缺陷的產生，最多來自工輥，工輥表面的毛病會留在軋過的片料上，最常見的是軋輥上的刮痕、線紋、凹陷痕、軋破痕、邊痕、污染痕等。一般來說，若工輥黏附鋁屑異物，則會於輥面上產出附著物印痕(pick up)、抓痕等；工輥因軋到較硬顆粒，如砂粒、硬金屬等致工輥表面凹陷，則片面上產生凸狀輥痕，如蒙古包、點痕等，較小之凸狀輥痕於後續整平通常可能會消失；但若工輥僅表面色澤不良、或存在線狀條痕則板面會轉印無感輥痕，如軋破痕、帶狀條痕等。有時工輥會轉印斜線狀612m/m寬密集之研磨進給痕、或與軋延方向垂直或成大角度之研磨振動輥痕，這是由於軋輥研磨不良所致。四重式軋機背輥缺陷亦會轉印工輥，進而轉印於軋片上，常見的有背輥受損較嚴重之轉印亮痕，及背輥有點狀附著物，軋片受轉印為連續點狀凸起之背輥點痕。(二) 軋延油缺陷圖9 魚骨痕工輥表面之粗糙度直接影響軋片表面粗糙和光澤，軋延時輥筒和軋片之接觸圓弧中捲入軋延油，軋速太快、軋延油黏度高、裁減率小，易造成油坑(oil pit)，使表面失去光澤；反之裁減率過大，或軋延油潤滑性不足，或冷卻油噴射系統調整不當，可能產生魚骨痕或振動輥痕(chatter mark)，可加入適當比例的添加劑，如醇、酯、酸等強化之。一般來說，對同一鏈長，飽合脂肪酸較不飽和脂肪酸有效；不飽和脂肪酸又較醇有效，如：加0.2%油酸即有明顯增進，而醇或酯需要較高濃度，如添加6%十二醇或1%十二酸甲酯。不過，儘管酸有很好的潤滑，但容易軟燒後產生油焦，需謹慎使用。軋延油品之性質好壞，影響退火後品質甚鉅，殘留軋延油過多，且退火性能差(如含氧量或水份較高)會產生白色油斑(氧化白斑)；軋延油混入機油或不潔、氧化、劣化，退火後形成暗棕色之油焦或油污；含水量或酸性過高，易造成氧化、白邊或腐蝕斑點。中間軟燒油焦經軋延後會軋淡、但最終製程產生油焦者(如：5052安定化)則需清洗設備清洗之。(三) 油焦圖10 油焦油焦是冷軋生產最頭痛的問題之一，尤以5xxx鋁鎂合金金屬最為嚴重。油焦產生的原因為：(1)軋延油老化、黏度增高、蒸餾範圍增大；(2)軋延油含水量過多；(3)添加劑使用不當；(4)鋁片殘留量過多；(5)機械用油污染，產生油痕在先；(6)退火氣氛不佳，氧及水份含量過高；(7)鋁片鋁粉、鎂粉含量過多，產生催化效果。因此，良好的軋延油管理(如水份、黏度、IBP/FBP、添加劑含量、總酸價等)，維持較佳油焦指數(殘留油份少)，控制適當退火條件，保持鋁片良好清淨度等，是避免油焦產生的主要對策。(四) 機械傷痕冷軋除工輥直接接觸鋁捲表面外，在輥道(pass line)上尚有轉向輥、壓直輥(bridle roll)、導片輥、片形輥等與片面接觸，這些輥子轉速若與片速不匹配會產生寸斷型打滑刮傷；而輥道或輥面上有異物，則產生連續型刮傷或週期性(週期：輥子圓周長)凹入輥印。壓直輥上下交錯輥隙(intermesh)之控制相當重要，太大或大小都有可能造成輕重不一的刮傷或擦傷，若輥面品質不佳或轉動不順會造成嚴重不規則帶狀條痕或傷痕。(五) 張力影響入出口張力匹配不佳，會引起解捲時捲片層間滑動，造成解捲鑿痕。一般而言，應避免使用過大的解捲張力，尤其是完全退火後第一道軋延之鋁捲(1070鋁種最為嚴重)，通常解捲張力設定應小於上道盤捲張力；另外，因解捲心軸歪斜，致解捲時張力分配不均產生鋁捲單邊互擦鑿痕缺陷者亦常發生。軋機兩側張力控制不穩定，振盪擺幅大，會造成軋延中立點前後飄移，產生振動輥痕(chatter mark)。振動輥痕之產生除了張力因素外，尚有工輥研磨不佳產生振動輥痕轉印鋁片，及所謂自激式(Self-excited)軋機自然頻率和振動源(軋延條件之變化：如工輥轉速、潤滑性、材質、AGC厚度修正等)，產生共振引起之振動輥痕。軋機之清潔管理亦相當重要，外來夾雜物或掉落物，會產生軋入金屬類、非金屬類或鋁屑類之軋入異物缺陷或附著物印痕。(六) 熔鑄和組織型缺陷熔鑄和組織型缺陷極可能於板片軋薄時出現，熔鑄型缺陷包括：孔洞、介在物、起泡、剝片等需針對鋁胚品質進行改善或加深刨皮量方能有效降低缺陷發生。高鎂合金之軋延5182鋁種因加工硬化指數較高，以致單道軋延量過大時會產生密集之橫向剪帶痕(Shear band)、5052鋁種因軋延時局部塑性變形，導致鋁片不均勻降伏，產生橫向不規則板樹枝狀伸張應變痕(Luders line)等。(七) 表面粗糙度和光澤度圖11 光澤不良影響冷軋製品表面粗糙度和光澤度(成反向關係)的主要因素有：(1)軋下率(2)軋延速度(3)軋輥及來料表面粗糙度(4)潤滑油品質和溫度(5)接觸角等。當軋下率增加時，在某一軋下率(臨界軋下率)以下，表面粗糙度增加；反之，臨界軋下率以上，表面粗糙度則減少，這是因為低軋下率之流體潤滑變化至高軋下率之混合潤滑所致。油膜厚度隨速度之增加而增加，表面粗糙度也隨之增加，但因速度增加亦使油溫升高、油黏度降低，因此到某一速度時表面粗糙度會持平或反降。七、精整常見缺陷板帶材生產中的整平與剪切、分條是精整的重要程序，整平與剪切、分條的品質好壞，直接影響成品的品質和成品率。板帶材成品剪切或分條前，一般都要整平，其目的是消除板形缺陷、提高平直度、改善產品性能或便於後續加工。常見整平方法有：輥子整平(Roller Leveler)和張力整平(Tension Leveler)等。不論何種方法皆需經多輥子(整平輥或張力輥)接觸，來達到整平效果，因此，輥面品質好壞以及輥子和片面間之摩擦、潤滑劑控制皆直接影響整平後之成品表面品質。(一) 整平輥缺陷一般來說，冷軋後鋁板表面會殘留軋延油，若殘油量過多會使張力整平輥摩擦力不足，造成鋁板面和輥子打滑，產生刮傷或輥痕；但若殘留量太少致趨於乾燥、或整平機前設有清洗設備、或經熱處理後則都需噴油潤滑，以避免整平工輥乾摩擦黏附鋁粉轉印在鋁片上，產生圓點狀壓痕(俗稱麻臉)或其他刮傷缺陷。所噴的油品一般以選用揮發性較高、黏度較低的溶劑或軋延油為宜，如ISOPAR、 D110等。造成打滑刮傷的原因除上述潤滑油因素外，張力輥負載匹配不佳、輥面粗糙度降低致摩擦不足等，亦是發生主因，應特別留意。圖13 污染痕圖12 整平痕部份產品於整平前先行裁邊，裁邊刀隙調整不當或刀刃不佳易產生毛邊，嚴重之細長毛屑極可能於整平重捲時捲入鋁捲內產生印痕或鋁屑黏著；另毛屑或異物、鋁屑等，若黏於整平輥上會造成板帶表面刮傷或軋入形成整平坑。整平輥之清潔工作很重要，整平輥有油污附著或所噴灑之潤滑油不潔，在工輥由濕變乾過程，鋁板面會被整平輥轉印或帶狀或羽狀污染條紋，若整平座之螺旋中間輥溝槽不潔、或來料含油污，會在驅趕油污時，於鋁片或兩邊留下帶狀、斜線狀條紋或油污。另整平輥表面研磨不佳，輥面存在研磨進給痕，亦會轉印線狀間距510m/m之研磨條紋於鋁片面。(二) 剎車輥痕、振動輥痕於實際鋁板帶整平作業中，常因作業需要必須中途停止運轉。於剎車中止運轉時，各輥旋轉慣性或剎車性能不一，部份接觸輥會因與片面滑動(Ship)，使板面打滑刮傷(俗稱剎車輥痕)，於精整作業中儘管該損失量不多(數米長度)，但生產厚片時會影響成品產率，應儘量減少中途停車次數。振動輥痕是精整作業頭痛問題之一，其缺陷特徵鋁板片面上會產生與整平方向垂直之連續規則間距，其間距大小則與發生源之振動頻率有關。發生源主要來自整平輥驅動系統中不明原因造成，當某不明原因造成張力變化形成應力波時，此應力波傳至或發生在整平機內就會造成轉平工輥印痕轉印於片面上形成振動輥痕。這些不明原因之可能發生源來自電氣方面有：電流頻率(60Hz)影響、轉速計回饋控制之速度、張力匹配不佳等；機械方面有驅動系統之機械共振，齒輪組之齒隙變大、連軸器對心不良等。所幸不同發生源所產生的振動輥痕間距大小不一，有經驗者能依間距之大小分析、判別出可能之發生原因。(三) 伸張應變痕、黏結圖14 伸張應變痕高鎂合金產品，尤其是完全退火O材，於拉直整平時易因張力降伏產生與張力方向呈某角度(約60。)的平行痕或楔型痕，此痕跡稱之伸張應變痕。避免伸張應變痕產生，可將生產製程改為先整平再完全退火或整平切片後再完全退火製程。精整線生產O材常發現軟燒後黏結缺陷，於退火製程採懸空(鋁捲不落地)軟燒，可有效降低缺陷發生程度。另一種狀似黏結、但實因入口解捲心軸歪斜導致單邊張力過大所引起之互擦鑿痕，其微觀型態與軋延方向呈某角度，與一般解捲鑿痕或黏結痕迥異。八、檢驗與包裝：成品檢驗與包裝是板帶材生產過程不可缺少的最後兩道作業，其目的除了確保產品品質，避免將不良品放行給客戶造成損失外，更重要的是要將缺陷正確判定，以期能明確地認定那一產線、那些的設備所產生，才能避免同樣的缺陷繼續再發生。所以，成品出廠前皆必須按規定的檢驗放行標準進行全面的檢查驗收，對合格產品還要按規定的作業標準包裝後方准出廠。(一)