胡少梅，李貴明，郝永峰，沙登浩

（1.河鋼集團(tuán)邯鋼公司冷軋廠，河北 邯鄲 056015；2.河鋼集團(tuán)邯鋼公司邯寶熱軋廠，河北 邯鄲 056015）

0 引言

熱軋酸洗汽車(chē)用鋼SAPH370 是介于熱軋板和冷軋板之間的酸洗產(chǎn)品，具有強(qiáng)度高、成型性好、易焊接等優(yōu)點(diǎn)，多用于有成型、焊接等需求的汽車(chē)底盤(pán)、汽車(chē)結(jié)構(gòu)件等關(guān)鍵零部件的制造[1]。因其較冷軋板有明顯的成本優(yōu)勢(shì)，而且其表面質(zhì)量已經(jīng)接近冷軋板，是人們比較青睞的汽車(chē)結(jié)構(gòu)用鋼。

近年來(lái)，研發(fā)人員針對(duì)產(chǎn)品加工性方面進(jìn)行多次成分調(diào)整、軋制工藝優(yōu)化等改進(jìn)工作，但對(duì)酸洗工序表面質(zhì)量控制關(guān)注較少。SAPH370 酸洗后容易出現(xiàn)色差缺陷，帶鋼板寬方向邊部與中部存在明顯顏色差異，該缺陷除影響表面美觀性外，對(duì)后續(xù)涂裝質(zhì)量也有一定影響[2-3]。國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究表明，酸洗板表面粗糙度不同是造成色差缺陷的直接原因[4]，而氧化鐵皮結(jié)構(gòu)以及其與鋼基體的結(jié)合狀態(tài)是決定酸洗后帶鋼表面質(zhì)量的關(guān)鍵[5-8]。

本文針對(duì)河鋼邯鋼酸洗汽車(chē)用鋼SAPH370 表面色差問(wèn)題，分別從熱軋氧化鐵皮結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變機(jī)理和熱軋基板及橫截面氧化鐵皮形貌、酸洗板表面顯微形貌等兩方面分析了熱軋酸洗板表面色差產(chǎn)生原因，制定工藝優(yōu)化措施，從而改善色差缺陷，提升熱軋酸洗板表面質(zhì)量。

1 問(wèn)題描述

河鋼邯鋼熱軋酸洗汽車(chē)用鋼SAPH370 產(chǎn)品主要生產(chǎn)工藝流程為2 250 mm 熱軋—2 250 mm 平整機(jī)組—1 680 mm 推拉式酸洗機(jī)組，酸洗后帶鋼表面容易出現(xiàn)色差缺陷，常見(jiàn)的色差缺陷為帶鋼板寬方向上邊部與中間位置的色差，具體形貌如圖1 所示，經(jīng)表面靜電涂油后，色差依然肉眼可見(jiàn)，影響客戶使用。

圖1 SAPH370 酸洗后表面宏觀形貌

2 色差成因分析

2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)材料為河鋼邯鋼2 250 mm 熱連軋生產(chǎn)的酸洗汽車(chē)結(jié)構(gòu)鋼SAPH370 熱軋基板，化學(xué)成分如表1所示，利用線切割的方式取對(duì)應(yīng)酸洗后缺陷位置與正常位置試樣，經(jīng)打磨拋光后在JEOL 6460 型掃描電子顯微鏡下觀察試樣氧化鐵皮結(jié)構(gòu)和微觀形貌。

表1 熱軋酸洗汽車(chē)用鋼SAPH370 主要化學(xué)成分

2.2 板寬方向色差原因分析

2.2.1 板寬方向色差缺陷形貌分析

酸洗缺陷往往具有熱板遺傳性，酸洗板缺陷需要從熱軋基板入手分析。圖2 為熱軋基板邊部和中間位置截面氧化鐵皮微觀形貌，由圖2 可以看出，帶鋼邊部位置氧化鐵皮以共析組織（Fe3O4/Fe）為主；帶鋼中間部分氧化鐵皮組織以Fe3O4為主。通過(guò)掃描電鏡下標(biāo)定氧化鐵皮厚度可知，邊部氧化鐵皮厚度在11.2～11.8 μm，中間氧化鐵皮厚度在8.9～10.1 μm，宏觀上的氧化鐵皮厚度示意圖如圖3 所示。綜上可知，正是這種不同位置形成的氧化鐵皮組織和厚度差異造成了最終熱軋板面的顏色差異。

圖2 熱軋基板表面氧化鐵皮微觀形貌

圖3 邊部與中部氧化鐵皮厚度差異

具有上述色差特征的熱軋卷經(jīng)酸洗后，對(duì)板寬方向的不同位置進(jìn)行顯微形貌觀察及EDS 能譜分析，結(jié)果如圖4 所示，邊部位置晶粒邊界清晰，存在沿晶界分布的侵蝕坑，中間位置邊界完整未侵蝕。對(duì)邊部和中間位置晶界處進(jìn)行能譜分析，兩個(gè)位置主要成分均為Fe 元素，未見(jiàn)其他雜質(zhì)，說(shuō)明酸洗后帶鋼表面沒(méi)有氧化鐵皮或雜質(zhì)殘留。由此可知，酸洗后板寬方向的色差是由于熱軋基板表面氧化鐵皮厚度和結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致酸洗后邊部存在一定程度的過(guò)酸洗而引起的。酸洗后基板表面粗糙，宏觀表現(xiàn)為發(fā)黑，中間位置酸洗效果良好，表面平滑，宏觀顏色正常，整體視覺(jué)效果為板寬方向邊部顏色深、中間位置顏色淺。

圖4 酸洗后邊部和中間位置表面微觀形貌及能譜分析結(jié)果

2.2.2 氧化鐵皮形成機(jī)理分析

圖5 為Fe-O 二元相圖及典型的氧化鐵皮組織。研究發(fā)現(xiàn)，在平衡狀態(tài)下，溫度達(dá)到570 ℃時(shí)，摩爾分?jǐn)?shù)為51.38%的FeO 會(huì)發(fā)生共析反應(yīng)，組織中出現(xiàn)Fe3O4和Fe 的片層狀結(jié)構(gòu)。非平衡狀態(tài)下，溫度低于570 ℃時(shí)，仍然有延遲共析反應(yīng)發(fā)生。當(dāng)溫度進(jìn)一步降低時(shí)，原子擴(kuò)散能力很弱，室溫下鐵皮結(jié)構(gòu)中沒(méi)有出現(xiàn)共析組織，也沒(méi)有觀察到顆粒狀Fe 的出現(xiàn)[9-10]。

圖5 Fe-O 二元相圖和典型的氧化鐵皮組織

圖6 為邯鋼熱軋工序現(xiàn)場(chǎng)鋼卷外圈溫降實(shí)測(cè)圖。在高溫段，氧化鐵皮冷卻速度較大，但當(dāng)溫度降低到400 ℃以下時(shí)，冷卻速率明顯放緩。綜合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況考慮，鋼卷內(nèi)圈實(shí)際的冷卻速度應(yīng)在1～1.5 ℃/min。熱軋工序SAPH370 卷取溫度均在570 ℃以上，在卷取后板材邊部更容易與空氣中的氧接觸發(fā)生進(jìn)一步的氧化，從而生成厚度較厚的氧化鐵皮，且以共析組織為主，以及少量殘留的FeO，這種氧化鐵皮結(jié)構(gòu)疏松[11]，經(jīng)過(guò)酸洗拉矯機(jī)后容易產(chǎn)生微裂紋，使HCl 溶液滲入氧化層內(nèi)部，與單質(zhì)Fe 反應(yīng)并產(chǎn)生H2，加速氧化鐵皮的剝離，而中部以共析組織和Fe3O4為主，F(xiàn)e3O4結(jié)構(gòu)致密，酸洗過(guò)程以浸泡為主，酸洗效率低于剝離酸洗。

圖6 邯鋼現(xiàn)場(chǎng)鋼卷外圈溫降實(shí)測(cè)圖

2.2.3 機(jī)理分析及優(yōu)化措施

2.2.3.1 機(jī)理分析

酸洗板板寬方向色差缺陷產(chǎn)生的根本原因在于熱軋?jiān)习鍖挿较蛏涎趸F皮厚度、結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致在同一酸洗條件下酸洗后的帶鋼邊部和中部的粗糙度存在差異。具體來(lái)說(shuō)，邊部氧化鐵皮厚、疏松的位置會(huì)發(fā)生一定程度的過(guò)酸洗，過(guò)酸洗表面存在大量的具有一定深度的晶界侵蝕坑，使局部粗糙度增加，在視覺(jué)上呈現(xiàn)出發(fā)黑效果。

2.2.3.2 優(yōu)化措施

根據(jù)冷卻過(guò)程中氧化鐵皮結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變規(guī)律，將卷取溫度由620 ℃降低至610 ℃，將卷取之后的鋼卷單獨(dú)放置，并增加風(fēng)機(jī)冷卻，以提高冷卻速度，從而獲得厚度均勻、結(jié)構(gòu)致密的氧化鐵皮結(jié)構(gòu)，提高了帶鋼表面酸洗程度的均勻性，減輕了粗糙度差異，從而達(dá)到了消除帶鋼表面色差缺陷的目的。

3 結(jié)論

熱軋酸洗板SAPH370 板寬上色差缺陷主要是因熱軋基板氧化鐵皮結(jié)構(gòu)上的不均勻性和厚度差異造成了酸洗程度不同，表現(xiàn)為粗糙度不同，宏觀表現(xiàn)為色差缺陷，通過(guò)降低熱軋卷取溫度和采取卷取之后鋼卷單獨(dú)放置并增加風(fēng)機(jī)冷卻提高冷卻速度的方式，可獲得板寬方向厚度均勻、結(jié)構(gòu)致密的氧化鐵皮結(jié)構(gòu)，從而提高了酸洗程度均勻性，減輕了粗糙度差異，有效減少了色差缺陷。