冷軋DP780沖壓脫鋅原因分析

供稿|馬海龍，韓樂，巫雪松，鮑成人，田貴昌，王章嶺 /

內(nèi)容導(dǎo)讀

熱鍍鋅雙相鋼因具有一系列優(yōu)異性能而得以在汽車車身輕量化和提高零部件安全性的生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。熱鍍鋅高強度雙相鋼的可鍍性問題是生產(chǎn)高質(zhì)量表面鍍層鋼板的關(guān)鍵問題之一，而提高可鍍性的基本方式是減少表面氧化物生成，從而抑制合金元素表面富集。文章針對冷軋鍍鋅DP780高強鋼沖壓脫鋅質(zhì)量問題進行成分和電鏡對比分析，研究發(fā)現(xiàn)脫鋅卷抑制層不均勻連續(xù)，局部存在合金元素富集氧化。分析表明其根本原因在于退火爐中露點控制不佳導(dǎo)致局部合金元素富集氧化，影響抑制層的均勻連續(xù)性。通過合理控制露點，抑制層均勻性得到改善，沖壓脫鋅問題得到解決。

為滿足汽車節(jié)能減排、低油氣消耗、高安全性要求，采用高強鋼代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼材實現(xiàn)汽車車身輕量化和提高安全性成為一項重要措施。近年來，高強鋼的使用比例逐年增加，并且向更高強度方向發(fā)展[1]。熱鍍鋅雙相鋼因其具有一系列優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于轎車邊梁、支柱等車體結(jié)構(gòu)加強件和防撞安全件[2]。熱鍍鋅雙相鋼主要由馬氏體和鐵素體組成，為保障鋼的組織和性能要求，在鋼中添加了Mn、Si、Cr、Al等合金元素，但是這些合金元素在退火過程中易于發(fā)生選擇性氧化，氧化物覆蓋在帶鋼表面，鍍鋅時阻止基體鐵與鋅液的鋁熱反應(yīng)，不能形成較好的抑制層[3]，影響可鍍性。熱鍍鋅高強度雙相鋼的可鍍性問題是生產(chǎn)高質(zhì)量表面鍍鋅鋼板的關(guān)鍵問題之一，而提高可鍍性的基本方式是減少表面氧化物生成，從而抑制合金元素表面富集[4]。

本文對國內(nèi)某鍍鋅線DP780高強鋼在后續(xù)沖壓過程中發(fā)生沖壓脫鋅現(xiàn)象(圖1)的原因進行分析，進而提出了改善可鍍性的措施。

實驗材料及方法

對國外進口的同鋼種無沖壓脫鋅卷取試樣A，國內(nèi)某鍍鋅線DP780無沖壓脫鋅卷取試樣B及DP780沖壓脫鋅卷取試樣C分別進行成分和電鏡分析。

不同DP780試樣成分對比如表1所示。3種試樣的DP780成分設(shè)計均為C-Mn-Si系，不同之處在于國內(nèi)某鍍鋅線DP780采取了Al代Si的成分設(shè)計思路。Si元素是有效的固溶強化元素，能夠加速C元素向奧氏體的偏聚，對鐵素體中的固溶C起到“清除”和“凈化”作用，抑制冷卻過程中粗大碳化物的形成，但是Si元素易于氧化影響表面質(zhì)量，Al在抑制碳化物方面與Si作用相似且不影響涂鍍和焊接，因而國內(nèi)部分鋼廠采用Al代Si成分設(shè)計。

圖1 DP780沖壓脫鋅情況

實驗結(jié)果及討論

抑制層觀察

對不同DP780試樣的抑制層進行微觀分析，如圖2所示。從圖2可以看出，A試樣抑制層均勻、連續(xù)性較好；B試樣次之，C試樣抑制層更顯斷續(xù)，且局部存在蜂窩狀形貌和無抑制層區(qū)域，對此區(qū)域進一步分析，如圖3所示。

蜂窩狀位置譜圖7處存在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.15%的O元素、3.24%的Mn元素、0.59%的Cr元素以及0.35%的Si元素，說明此處存在合金元素的富集及氧化，對于抑制層(Fe2Al5)的形成是不利的。

GDS分析

為更準(zhǔn)確測定各試樣抑制層附近元素的分布情況，對3個試樣進行GDS分析，結(jié)果如圖4所示。

從圖4中可以看出，A試樣存在明顯的Al峰；B試樣也存在明顯的Al峰，同時抑制層位置處出現(xiàn)了B元素峰；C試樣為脫鋅樣，抑制層位置未見Al峰，說明抑制層形成不良，同樣對應(yīng)位置處發(fā)現(xiàn)了B元素的峰值。B元素一般用于提高淬透性，微量B在晶界上阻抑鐵素體晶核的形成，從而延長奧氏體的孕育期。同時B也是一種易于發(fā)生選擇性氧化的元素，應(yīng)嚴(yán)格控制其含量。對比圖4(b)和(c)發(fā)現(xiàn)，抑制層部位B元素含量基本一致，可以認(rèn)為此種程度的B元素含量不影響可鍍性。

表1 不同DP780試樣成分對比(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

圖2 不同DP780試樣抑制層微觀形貌：(a) 試樣A表面；(b) 試樣B表面；(c) 試樣C表面；(d) 試樣A截面；(e) 試樣B截面；(f) 試樣C截面

圖3 試樣C局部區(qū)域成分分析：(a) SEM圖；(b) 能譜分析

圖4 GDS分析元素富集情況：(a) 試樣A；(b) 試樣B；(c) 試樣C

原因分析及措施

綜上所述，A、B未脫鋅試樣抑制層形成良好，均勻連續(xù)；而C試樣抑制層不均勻連續(xù)、未見Al元素峰，且局部區(qū)域存在合金元素富集氧化情況。

對DP780發(fā)生沖壓脫鋅的國內(nèi)某鍍鋅線脫鋅卷的同產(chǎn)線、同鋼種、同規(guī)格產(chǎn)品的鍍鋅工藝進行反查，發(fā)現(xiàn)各段溫度控制一致、氣氛控制參數(shù)一致，但脫鋅卷試樣卷加熱段和均熱段露點明顯高于無脫鋅試樣卷，分別比正常卷高4.15 ℃和7.25 ℃。

根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，露點是指在氣壓一定的情況下，環(huán)境中水汽達(dá)到飽和時的溫度。露點的變化對雙相鋼表面氧化行為以及氧化物種類的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他工藝參數(shù)，原因在于露點的變動會給氣氛的氧化能力帶來數(shù)量級的變化[5]。合金元素的表面富集氧化影響抑制層的連續(xù)和均勻性，破壞抑制層的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致鋅層附著力差，進而造成表面漏鍍和沖壓脫鋅等情況。

在生產(chǎn)實踐中為避免沖壓脫鋅問題，采取以下措施：(1)爐內(nèi)小加濕，加熱段和均熱段露點控制在–40 ℃左右；(2)爐鼻子加濕關(guān)閉，露點控制在–35 ℃左右，同時控制鋅灰的產(chǎn)生，避免鋅灰落到帶鋼表面形成漏鍍。采取措施后，對多批次生產(chǎn)的DP780鍍鋅卷進行取樣折彎實驗，未再發(fā)生脫鋅問題。

結(jié)束語

熱鍍鋅雙相鋼中含有較多的合金元素，合金元素在退火過程中易發(fā)生選擇性氧化并附著在帶鋼表面，影響抑制層的均勻連續(xù)性，造成帶鋼鋅層附著力差，后續(xù)沖壓加工時發(fā)生脫鋅現(xiàn)象。通過合理控制爐內(nèi)各段露點可以有效改善高強鋼合金元素富集氧化，改善抑制層形成，提高可鍍性。