供稿|盧秉仲，張杰，張冰，周宏偉

內(nèi)容導(dǎo)讀

為了解決冷軋IF鋼細密類縱向條紋缺陷，對缺陷樣品的截面進行金相分析，發(fā)現(xiàn)帶鋼表面的再結(jié)晶組織不夠充分或未完全再結(jié)晶。經(jīng)過技術(shù)研究及攻關(guān)對細密類縱向條紋(棱線)缺陷的產(chǎn)生機理進行了分析，結(jié)果表明形成的Ti、Nb二相粒子阻礙了帶鋼表面的再結(jié)晶過程。根據(jù)此類缺陷的產(chǎn)生機理，結(jié)合實際對全流程工藝制定了控制措施，確定了合金添加量、熱軋加熱、軋制溫度、冷軋工藝、連退溫度、清潔性等關(guān)鍵控制點，并制定了切實有效的改善措施。

冷軋汽車外板縱向條紋(棱線)缺陷，是IF鋼普遍存在的一種缺陷，其產(chǎn)生原因較為復(fù)雜，解決措施也根據(jù)不同鋼企各自特點涉及全流程設(shè)備、工藝等多方面因素，因此是長期困擾國內(nèi)汽車面板生產(chǎn)的技術(shù)難題[1-4]。而且，鋼廠對于該缺陷的檢查手段也相對單一，很容易造成誤判、漏判使得不良產(chǎn)品流出，給企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益帶來了極大的困擾。

本鋼某冷軋廠結(jié)合機組設(shè)備和全流程工藝特點，對IF鋼產(chǎn)品產(chǎn)生的縱向條紋缺陷進行了分析和研究，明確了細密類縱向條紋缺陷的產(chǎn)生機理，并對產(chǎn)生缺陷的影響因素進行了相應(yīng)的工藝優(yōu)化以消除縱向條紋缺陷的產(chǎn)生。此外，增加了縱向條紋缺陷在線檢驗手段，避免了質(zhì)檢過程中的錯漏判現(xiàn)象，不僅防止了縱向條紋不良品向下游客戶的流出，而且提高了企業(yè)的經(jīng)濟效益及社會效益。

細密類縱向條紋特征

細密類縱向條紋缺陷一般沿鋼板縱向分布，呈通卷出現(xiàn)且分布于整個板寬方向，條紋明暗相間，分界明顯，明處條紋比正常基板偏白。以帶鋼沖壓后打磨，輕微隱約可見條紋寬度小于2 mm，間距小于5 mm的細密紋路(圖1)。將無缺陷和有缺陷鋼板同時放置在大氣環(huán)境下一段時間后，有缺陷鋼板極易銹蝕。該類缺陷的最大特點是沖壓前在帶鋼表面不易被發(fā)現(xiàn)，沖壓后油石打磨沖壓件表面出現(xiàn)色差，從而導(dǎo)致后續(xù)涂裝效果不良，影響使用。

圖1 細密類條紋宏觀形貌

細密類縱向條紋產(chǎn)生機制

汽車外板用超深沖IF鋼表面容易產(chǎn)生縱向條紋缺陷，產(chǎn)生的機理也錯綜復(fù)雜，對此學術(shù)界一直沒有統(tǒng)一的觀點[5-16]。在縱向條紋缺陷部位進行取樣，對帶鋼表面和截面的金相分析發(fā)現(xiàn)，在帶鋼表面附近形成的組織再結(jié)晶不充分或未完全再結(jié)晶(圖2)，晶粒沿軋向拉長5～15 μm，因而沖壓時表面與內(nèi)部變形不一致，導(dǎo)致沖壓后出現(xiàn)輕微不連續(xù)細密條紋。

圖2 缺陷位置截面金相組織

由于IF鋼中含有的第二相粒子Ti和Nb在一定程度上對基體金屬的再結(jié)晶溫度有明顯的影響。當?shù)诙嗔Ｗ拥某叽邕_到一定程度，并且粒子間的距離較寬(＞1 μm)時，會在其表面產(chǎn)生再結(jié)晶核心能；當?shù)诙嗔Ｗ拥某叽邕^小且較密集時，其形核會受到抑制，再結(jié)晶過程會受到阻礙。一般而言，IF鋼中加入少量Ti、Nb，在相變過程中產(chǎn)生的第二相粒子使得IF鋼再結(jié)晶阻力加大，析出物數(shù)量越多、越細密，阻力越大，從而致使IF鋼的再結(jié)晶溫度升高。如果溫度低于再結(jié)晶溫度的情況下進行熱軋原料軋制過程，會出現(xiàn)未再結(jié)晶區(qū)域及混晶的問題進而影響冷軋后的最終產(chǎn)品，即細密類縱向條紋。

細密類縱向條紋控制策略

根據(jù)細密類縱向條紋產(chǎn)生的機理，需要從影響再結(jié)晶因素的角度以及IF鋼的鋼種特性來制定相應(yīng)的工藝措施。

煉鋼工序的工藝控制對策

IF鋼中加入的鈦、鈮和碳及硫結(jié)合生成一系列的析出物，在隨后的澆鑄過程和熱軋過程中逐步析出、演化和聚集長大。為了改善IF鋼的成形性能，鐵素體基體應(yīng)該不含有間隙原子，并且析出的沉淀應(yīng)該是更粗大的，而合金添加劑可以實現(xiàn)這個目標。所以合理的控制合金添加量，尤其是控制好Nb、Ti合金的含量，對消除細密類縱向條紋起著重要的作用。

IF鋼中的Ti可以細化晶粒提高強度，但同時隨著Ti含量的提高，鈦化物的析出數(shù)量也會增多并且細密從而帶來副作用。研究表明，IF鋼中添加鋁可以減少析出并且粗化析出物。再結(jié)晶織構(gòu)分析表明，當鋁的含量升高時，〔111〕ND織構(gòu)(γ-織構(gòu))增加，〔110〕RD織構(gòu)(α-織構(gòu))減少。鋁含量較高的鋼，再結(jié)晶過程完成較快，并且退火后的晶粒尺寸比鋁含量低的鋼晶粒尺寸大。

綜上所述，結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，合理的工藝措施：控制有害元素P、S和N含量；降低Nb和Ti的含量(Ti降0.01%、Nb降0.002%)；Als提高0.01%。

熱軋工序的工藝控制對策

為了在后續(xù)退火過程中獲得很強的有利織構(gòu)，IF鋼熱軋過程工藝參數(shù)的制定圍繞著獲得均勻、細小的熱軋鐵素體晶粒和軋后稀疏、粗大的析出物這兩個目標進行。

熱軋期間IF鋼的終軋方式有兩種，即奧氏體區(qū)軋制和鐵素體區(qū)的軋制。奧氏體區(qū)的軋制無論是粗軋還是精軋，溫度都在Ar3以上；而鐵素體區(qū)軋制時，粗軋溫度在Ar3以上但精軋溫度在Ar3以下。根據(jù)IF鋼化學成分特征，其相變點在900 ℃以上，在相變點以上完成精軋軋制過程，一方面可保證軋制的穩(wěn)定性，另一方面也可防止混晶情況的發(fā)生。如果降低終軋的溫度，形成的熱軋帶鋼織構(gòu)是混晶和無序的，這兩種結(jié)構(gòu)都不利于最終冷軋薄板織構(gòu)的。因此提高終軋溫度有利于消除細密類條紋，尤其是加Ti的IF鋼，其終軋溫度通常都是越高越有利于消除此類條紋。

此外卷曲溫度的調(diào)整也會對析出物的形態(tài)、大小、分布有著直接的影響。越高的卷曲溫度越有利于析出和晶粒粗化，同時也會有利于無間隙原子鋼產(chǎn)品力學性能的提高。

因此，結(jié)合連軋工序的工藝特點，合理的工藝措施：提高出爐溫度約30～50 ℃；提高終軋溫度約10～30 ℃；提高卷取溫度約10～20 ℃；同時改變熱軋卷冷卻方式為通風及適當調(diào)整調(diào)壓下率。

冷軋工序的工藝控制對策

對于冷軋工序而言，連續(xù)退火爐工藝段各項工藝參數(shù)，特別是加熱段、保溫段參數(shù)對變形金屬再結(jié)晶過程會產(chǎn)生不同程度的影響。如果加熱的速度過于緩慢會給變形金屬創(chuàng)造足夠的時間來在加熱過程中進行回復(fù)，降低點陣畸變的程度，同時減少儲藏能量，從而減小再結(jié)晶的驅(qū)動力，導(dǎo)致再結(jié)晶溫度上升。但是加熱速度過快時，在各溫度下駐留的時間過短，造成形核與長大來不及進行使得再結(jié)晶的溫度升高。

當把變形程度和退火保溫時間作為不變的因子來看時，再結(jié)晶的速度會伴隨退火溫度的升高而加快，產(chǎn)生一定體積分數(shù)的再結(jié)晶所需要的時間也越短，再結(jié)晶后形成的晶粒也越粗大，以至于在一定范圍內(nèi)延長保溫時間會降低再結(jié)晶溫度，如圖3。

圖3 退火時間與再結(jié)晶溫度的關(guān)系示意圖

因此，冷軋工序的調(diào)整只需保證帶鋼表面完全再結(jié)晶即可。

(1) 合理控制加熱段、保溫段溫度；優(yōu)化工藝段速度(工藝段速度提高20%)，滿足再結(jié)晶所需的加熱速度。

(2) 提高退火溫度，在保證退火爐不斷帶的前提下，退火溫度提高約5～10 ℃，提高平整延伸率0.1%。

(3) 優(yōu)化清洗段漂洗水溫度等關(guān)鍵工藝參數(shù)，確保帶鋼在連退清洗段的表面清潔性，使帶鋼表面再結(jié)晶無外界阻力。

通過工藝調(diào)整，確保帶鋼表面完全再結(jié)晶，從而避免或消除此類縱向條紋缺陷的產(chǎn)生(圖4)。

圖4 改善工藝后的沖壓件表面

防不良品流出

一般而言，鋼廠通用的檢驗方法是在帶鋼原板上油石打磨表面進行肉眼識別，但這種方法只能檢查出輥印、硌印、劃傷等常規(guī)缺陷，而細密類縱向條紋在帶鋼原板上打磨很難發(fā)現(xiàn)，直到下游汽車廠沖壓打磨后才會發(fā)現(xiàn)。因此對細密類條紋的檢驗可以合理運用模擬沖壓機來配合，具體步驟為：

(1) 取無劃傷樣板。成品鋼卷在重卷機組生產(chǎn)時，每個成品卷的帶頭、帶尾均取1張上下表面無劃傷的600 mm×板寬的樣板，以此來保證母卷的帶頭、帶中、帶尾部分都能檢查到。

(2) 制備微沖試樣。用剪板機按圖5要求切成兩張600 mm×600 mm的微沖試樣，并在微沖試樣上注明材料號、軋制方向、傳動側(cè)或操作側(cè)的位置、同時注明上表面或下表面。

(3) 清理試樣表面，保證表面的清潔性。用干凈棉布把微沖試樣擦拭干凈，要求無油污、無灰塵，并對鋼板表面進行肉眼觀察，有無條狀紋路。

圖5 微沖試樣示意圖

(4) 微沖實驗。采用HYSYS-200 Ton MINI PRESS試驗機對清理好的微沖試樣進行變形量為3%～4%的模擬沖壓。

(5) 打磨判定。用專用質(zhì)檢油石對微沖樣變形區(qū)域進行打磨，打磨方向為垂直于已標注的軋制方向，打磨時要注意用力均勻。觀察打磨后的微沖試樣變形區(qū)域表面形貌，對出現(xiàn)細密類縱向條紋的樣板做內(nèi)部降級處理，在判定記錄單上做好卷信息、條紋輕重程度等記錄項目，條紋降級卷禁止流出。對無條紋的試樣做好卷信息和判定情況記錄，可正常放行。

結(jié)束語

(1) 冷軋IF鋼細密類縱向條紋缺陷是國內(nèi)外鋼鐵行業(yè)的技術(shù)難題，通過實驗和技術(shù)攻關(guān)，明確了該類缺陷的形貌、分布、產(chǎn)生機理、控制措施以及豐富了質(zhì)檢判定的手段。

(2) 根據(jù)此類缺陷的產(chǎn)生機理，Ti、Nb二相粒子的析出行為與產(chǎn)品表面微觀組織有關(guān)。為減少或消除表面未再結(jié)晶或結(jié)晶不完全對沖壓件條紋的影響，對Ti(Nb)合金添加量、熱軋終軋溫度、連續(xù)退火溫度及加熱速度的調(diào)整優(yōu)化是較為有效的措施。