熱鍍鋅DP鋼表面析出缺陷的分析與研究

供稿|艾厚波，劉曉峰，崔勇，付東賀

內(nèi)容 導讀

雙相鋼，又稱DP鋼，因其成分中含有Si、Mn等親氧的金屬元素，導致在生產(chǎn)中容易與氧發(fā)生反應，致使產(chǎn)品表面形貌變差。本文從原理上簡述了本鋼某鍍鋅機組生產(chǎn)雙相鋼時，表面產(chǎn)生析出缺陷的原因，并從原理出發(fā)進行試驗，并將試驗結果應用于生產(chǎn)中，取得了較好的效果。

隨著汽車行業(yè)對安全性的逐漸提高，高強鋼在汽車上的使用占比也隨之逐年提高。其中雙相(Dual-phase，DP)鋼廣泛應用在汽車的邊梁，側面構件，橫梁，支柱，底盤加強件，油箱支架及車體的結構件，加強件和防撞件。

目前世界上其他具備生產(chǎn)雙相鋼機組，一般都配備如預氧化爐等相關的專用設備，而本鋼某鍍鋅機組原始設計上無此類設備的配置；另一方面，從2018年下半年開始，用戶對雙相鋼析出缺陷開始敏感，從開始的抱怨逐漸轉化成質(zhì)量異議。綜合上述兩個原因，從工藝上分析解決質(zhì)量問題勢在必行[1]。

缺陷原因分析

雙相鋼是低碳鋼或合金鋼經(jīng)臨界區(qū)熱處理或經(jīng)控制軋制而得到的高強度鋼，其組織有鐵素體和質(zhì)量分數(shù)約20%在鐵素體晶界上的島狀馬氏體構成，也稱馬氏體雙相鋼。區(qū)別于普通低合金高強鋼，雙相鋼的基本成分是C和Mn，有時為了提高淬透性還添加一定量的Cr和Mo，見表1。從理論上分析，析出的原理是鋼基中較高的合金元素Mn、Si、Cr，在700～780 °C左右的外界富氧環(huán)境中，從鋼基中向帶鋼表面富集的過程，這種帶鋼表面形成的不可鍍元素富集區(qū)，在鍍鋅過后，直觀上表現(xiàn)為黑點的缺陷，見圖1。

圖1 黑點缺陷：(a)實物，(b)電鏡掃描

表1 雙相鋼與低合金高強鋼化學成分對比(質(zhì)量分數(shù)) %

試驗及結果

工藝過程分析

由于在熱軋過程中，帶鋼經(jīng)歷700～780 °C的溫度區(qū)間，不排除析出缺陷已經(jīng)在熱軋工序產(chǎn)生。從上述的理論方向出發(fā)，帶鋼在熱軋過程中，表面極有可能已經(jīng)形成析出，在經(jīng)過酸洗、冷軋工序后，不能消除已經(jīng)形成的析出層。

基于以上分析，在冷軋廠內(nèi)部通過改善工藝條件進行實驗，確定對DP鋼生產(chǎn)影響的關鍵點，最終實現(xiàn)對產(chǎn)品質(zhì)量的控制。

試驗方案

由于析出缺陷主要是鋼中含量較高的化學元素在帶鋼表面的局部聚集，假設熱軋工序已經(jīng)產(chǎn)生了缺陷，在冷軋酸洗過程可以通過加強酸洗過程的劇烈程度，在正常洗掉帶鋼表面氧化鐵皮的同時，微觀上增加對帶鋼的腐蝕深度，促使富集層在酸洗工序被清洗掉。為達到以上工藝目的，主要從拉矯、酸洗工序(表2)進行優(yōu)化試驗。

表2 酸洗工序工藝優(yōu)化試驗項目

從鋼板表面合金析出溫度方面分析，合金析出溫度范圍在700～780 °C之間。在鍍鋅工序，帶鋼退火溫度要求達到815 °C，所以帶鋼在退火過程中，必然要經(jīng)歷合金的析出溫度區(qū)；因此，降低在該溫度區(qū)間的停留時間，可以適當抑制帶鋼中合金元素的析出。

依據(jù)上述理論分析，開展以下工藝試驗：

按照實驗方案，分批次對鍍鋅DP鋼進行全流程工藝優(yōu)化試驗(表3、4)，通過批量的工藝調(diào)整以及對產(chǎn)品質(zhì)量的對比，目前已經(jīng)確定上述工藝優(yōu)化方向是有效的。

表3 鍍鋅工序工藝優(yōu)化試驗項目

表4 歷次試驗項目及質(zhì)量對應表

工藝參數(shù)的討論及確立

1) 前兩次生產(chǎn)情況對比，通過對酸洗參數(shù)的調(diào)整，結合產(chǎn)品表面的形態(tài)，證明酸洗參數(shù)對鍍鋅成品表面析出形態(tài)有影響，也說明了熱軋原料板面已經(jīng)存在析出層，酸洗的去除程度影響了鍍鋅成品的表面形態(tài)。

圖2 不同厚度產(chǎn)品表面形態(tài)：(a，e)1.6 mm；(b，f)2.0 mm；(c，g)1.7 mm；(d，h)1.5 mm

2) 對酸洗段的工藝參數(shù)優(yōu)化，需要考慮對后續(xù)軋制的影響，在更改酸洗槽參數(shù)時，需要兼顧4#漂洗槽的PH值，為后續(xù)軋制創(chuàng)造條件。

3) 第三次、第四次生產(chǎn)的兩批產(chǎn)品，全部按照工藝參數(shù)執(zhí)行，與歷史生產(chǎn)情況對比看，整體質(zhì)量有所提升，析出減少，說明在700～780 °C溫度區(qū)間內(nèi)的停留時間對析出有影響。

通過在酸軋、鍍鋅工序進行試驗，以及后續(xù)批量生產(chǎn)的質(zhì)量驗證，確定對3#鍍鋅機組雙相鋼表面析出缺陷有明顯相關的關鍵工藝參數(shù)：

a. 酸洗生產(chǎn)DP鋼時增加酸洗換酸量，由8增加至10 m3/h。

b. 酸洗生產(chǎn)DP鋼時，酸溫目標控制為83～85 °C。

c. 酸洗4#漂洗PH值控制在5.2～5.7之間。

d. 鍍鋅預清洗段保證多刷輥投入、保證各設備的有效投入。

e. 提高DP鋼工藝速度，在原工藝速度基礎上提高5～10 m/min。

f. 帶鋼緩冷段溫度調(diào)整至710±10 °C。

g. 鋅鍋溫度設定452 °C，最高不能超過454 °C。

h. 鋅液中Al質(zhì)量分數(shù)在生產(chǎn)DP鋼前，調(diào)整為0.19%≤w(Al)≤0.21%，w(Fe)≤0.015%。

結束語

通過試驗，已經(jīng)證實分析方向和結論是正確的，熱鍍鋅析出缺陷是帶鋼表面微觀結構的一種缺陷，通過后續(xù)的工藝措施可以適當緩解缺陷的產(chǎn)生。酸洗工序洗掉表面氧化鐵皮的同時，通過工藝控制手段可以增強去除微觀析出缺陷的能力，在一定程度上減薄析出層的厚度，緩解鍍鋅后表面缺陷的明顯程度，達到提升表面質(zhì)量目的；而在鍍鋅機組生產(chǎn)過程中，影響因素較多，通過穩(wěn)定清洗工序的投入，提高板面清潔性，機組升速降溫，減少帶鋼在析出溫度區(qū)間的停留時間，降低合金元素與氧的結合時間，實現(xiàn)控制缺陷的目的。