供稿|胡洋 / HU Yang

冷軋汽車板邊裂缺陷分析

Defect Analysis of Cold-rolled Automotive Sheet Edge Cracking

供稿|胡洋 / HU Yang

內(nèi)容導(dǎo)讀

汽車表面板在本鋼冷軋廠生產(chǎn)過程，經(jīng)常出現(xiàn)邊裂現(xiàn)象，需要在冷軋工序切除，嚴(yán)重時可以影響正常的生產(chǎn)，特別對于高附加值的汽車表面板，會給生產(chǎn)廠造成較嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。通過對冷軋汽車板全部生產(chǎn)過程梳理，包括煉鋼、熱軋、冷軋，對可能導(dǎo)致邊裂缺陷工序進(jìn)行確定，并進(jìn)一步通過掃描電鏡和金相的檢測手段和現(xiàn)場對比跟蹤實(shí)驗(yàn)查找問題原因，從而確定導(dǎo)致邊部裂紋原因，結(jié)晶器保護(hù)渣卷渣和熱軋控制工藝不合理雙重原因?qū)е碌倪叢苛鸭y，從而有針對性的改進(jìn)措施，降低了邊裂再次發(fā)生的幾率。

隨著我國人民經(jīng)濟(jì)生活水平的提高，我國的汽車工業(yè)獲得了長足的發(fā)展，各汽車廠商的競爭也越來越激烈，從而導(dǎo)致對汽車表面板質(zhì)量的要求越來越高。冷軋汽車表面板是目前國內(nèi)汽車生產(chǎn)用量最大的外覆蓋件原料，并且要求產(chǎn)品表面不應(yīng)有任何缺陷。然而冷軋汽車表面板生產(chǎn)流程長、工藝復(fù)雜，對企業(yè)的設(shè)備和管理水平求很高，不可避地會出現(xiàn)各種表面缺陷，一旦出現(xiàn)問題，很難及時的解決問題，筆者公司冷軋廠生產(chǎn)的一批汽車表面板(O5板)通卷邊緣鋸齒狀裂邊缺陷簡稱“邊裂”。其主要分布在工作側(cè)，邊裂深度大約在1～10 mm之間，圖1(a)所示。

圖1 缺陷的宏觀形貌。

通卷邊裂形貌其中所涉及的牌號DC04，DC06規(guī)格為0.9 mm×1820 mm， 0.9 mm×1800 mm共計67.625 t，通過對現(xiàn)場實(shí)物卷的檢查發(fā)現(xiàn)主要如圖2的兩種缺陷，其中少數(shù)是圖1(b)缺陷簡稱a缺陷只在帶頭帶尾偶見，圖1(c)缺陷簡稱b缺陷在通卷邊部出現(xiàn)。筆者通過全流程的角度對可能缺陷工藝進(jìn)行分析從而解決問題，避免問題的再次發(fā)生。

引起邊裂可能的原因

出現(xiàn)邊裂的可能原因是:(1)鋼質(zhì)不純，夾雜物多；(2)熱軋工藝控制不當(dāng)；(3)圓盤剪切邊質(zhì)量不好；(4)冷軋壓下率太大造成。

夾雜引起的邊裂

鋼材的邊部聚集著大量的脆性夾雜物與塑性夾雜物，這些夾雜物的存在嚴(yán)重破壞了鋼基體的連續(xù)性，降低鋼的晶粒之間的結(jié)合力及熱塑性，增加了鋼的熱冷脆性。它是裂紋生成的發(fā)源地，并會在軋制過程中相互合并擴(kuò)展，連接成裂縫，直至邊部開裂。

熱軋工藝控制不當(dāng)

由于熱軋卷曲溫度不合理，以內(nèi)的組織未發(fā)生完全再結(jié)晶，導(dǎo)致冷軋時未再結(jié)晶區(qū)域和已再結(jié)晶區(qū)域變形抗力不一致(混晶區(qū))從而使冷軋板邊部產(chǎn)生應(yīng)力集中，造成邊部開裂，由于卷中與卷邊部的冷卻速度不一致所以混晶區(qū)是不可避免的，只能控制其混晶區(qū)的寬度，提高熱軋板橫向溫度均勻性有利于降低帶鋼橫向硬度波動和改善邊部質(zhì)量[1]。

切邊剪剪刃質(zhì)量不好

由于切邊剪的質(zhì)量和更換周期導(dǎo)致的切刃質(zhì)量不好，從而是切邊后板面的邊部出現(xiàn)微裂紋，在冷進(jìn)入軋制后，導(dǎo)致邊部應(yīng)力不均從而出現(xiàn)嚴(yán)重的邊部開裂。

冷軋工藝控制不當(dāng)

熱軋溫度制度對邊部組織與性能是有一定影響的，且邊部混晶是熱軋無法避免的。冷軋生產(chǎn)過程中，首先可通過酸洗工序控制切邊量來減少邊部不良情況，一般控制在兩邊合計15～20 mm是比較有利的；然后控制好切邊質(zhì)量邊部質(zhì)量與軋制力、負(fù)荷分配有一定關(guān)系，需合理設(shè)定各道次壓下量及帶鋼張力分布控制[2]。

試驗(yàn)結(jié)果與分析

對缺陷部分進(jìn)行電鏡掃描

對尾部的邊裂缺陷a缺陷進(jìn)行分析，可以看出其斷面的形貌，并且可以看出其斷面上有黑色條物質(zhì)如圖2，它的主要元素為Na、Mg、Al、Si、K、Ca，這類元素一般被認(rèn)為是來至中包和結(jié)晶器保護(hù)渣卷入鋼水所致，一般IF爐鈣處理后夾雜物尺寸較小，粒徑大都在5 μm以下，而在邊裂部位發(fā)現(xiàn)100～200 μm的大型夾雜物，Na、K為保護(hù)渣的特征元素，故認(rèn)定此類邊裂產(chǎn)生的根源在于結(jié)晶器保護(hù)渣卷入引起[3]。對通卷缺陷b進(jìn)行分析如圖3，從結(jié)果看，對于通卷缺陷b的分析結(jié)果并沒有出現(xiàn)夾雜類缺陷。

表1 a類缺陷處的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

圖3 b類缺陷SEM結(jié)果

表2 b類缺陷處的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)) %

加熱制度的分析

由于連續(xù)生產(chǎn)工藝制度導(dǎo)致缺陷無法再現(xiàn)性，也無法對已生出的出的鋼卷進(jìn)行金相分析，無法分析邊部的混晶情況，所以我們熱軋的加熱和軋制周期進(jìn)行分析比較，表3為同一熱軋制周期內(nèi)冷軋卷出現(xiàn)的邊裂的情況，從表中可以看出同一熱軋周期內(nèi)的冷軋卷幾乎都出現(xiàn)了邊裂情況，由此推斷在熱軋周期內(nèi)加熱制度不合理導(dǎo)致冷軋邊裂[4]，圖4為其中一卷的終軋曲線命中率很低，幾乎全部高于設(shè)定值，由此可以斷定由于溫度控制不理想加重了混晶缺陷；混晶的產(chǎn)生原因，由于鋼卷心部和邊部冷卻速度不一致，導(dǎo)致晶粒度大小不一致，一般晶粒度超過三個等級即判定為混晶[4]，這種情況是不可能避免的，只能通過加強(qiáng)對熱軋參數(shù)的控制合理的設(shè)定工藝參數(shù)，并且采取措施減少鋼卷邊部和心部的溫度差距，盡量減少混晶的程度，使在冷軋工藝段擁有更寬的工藝窗口。

冷軋工藝分析

在現(xiàn)場對切邊剪進(jìn)行確認(rèn)，在同一冷軋周期檢查其他鋼卷并沒有發(fā)現(xiàn)邊裂情況，并且以通同牌號鋼種以相同的軋制參數(shù)，進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，也并沒有出現(xiàn)嚴(yán)重的邊裂情況，由此可得出冷軋工藝控制正常，并無異常情況。

表3 相同熱軋周期內(nèi)冷卷邊裂情況

圖4 熱軋卷終軋溫度曲線

結(jié)論

(1) 在鋼卷頭尾出現(xiàn)的邊部裂紋是由結(jié)晶器保護(hù)渣卷渣導(dǎo)致。

(2) 出現(xiàn)在鋼卷通卷的邊部裂紋是由于熱軋溫控不當(dāng)，加重了混晶程度，從而導(dǎo)致冷軋工藝窗口變窄，從而導(dǎo)致邊裂。

(3) 加強(qiáng)煉鋼夾渣類缺陷控制和設(shè)定合理的熱軋工藝制度，大幅提高汽車表面板產(chǎn)能率。

[1] 李波濤．SPHC 鋼板卷邊裂原因分析．山東冶金，2010，32(4)：31

[2] 陳偉，蘇鶴州．熱軋板卷邊裂缺陷成因淺析及控制．鋼鐵釩鈦，2008, 29(2)：68

[3] 宋進(jìn)英，董雙鵬, 陳業(yè)雄, 等. 鋼板邊裂缺陷原因分析及整改措施研究. 鋼鐵釩鈦，2012，33(2)：87

[4] 齊喜愛，沈鵬杰．冷軋產(chǎn)品邊裂成因分析及控制．金屬材料與冶金工程，2010，38(4)：32

10.3969/j.issn.1000–6826.2015.06.10

胡洋(1983—)，男，碩士研究生，工程師，從事汽車板研究，本鋼產(chǎn)品研究院汽車板所，郵箱：huyang2008@hotmail.com

本鋼集團(tuán)品種鋼研究院，遼寧 本溪 117000