降低超低碳冷軋用鋼SAE1001軋制孔洞的工藝優(yōu)化研究

張文濤，張玉紅，宋慧強(qiáng)

（河鋼股份有限公司承德分公司，河北 承德 067102）

摘要：本文通過(guò)對(duì)冷軋用戶(hù)軋制過(guò)程中出現(xiàn)孔洞缺陷的材料進(jìn)行回溯分析，尋找產(chǎn)生孔洞的根本原因并提出針對(duì)性的解決方案，通過(guò)對(duì)工藝參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整和工藝操作的優(yōu)化，降低孔洞出現(xiàn)比例，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：孔洞，夾雜物，冷軋料

前言

SAE1001冷軋深沖用鋼板廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、家電等行業(yè)。冷軋板的孔洞缺陷是常見(jiàn)表面缺陷之一。通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線能譜儀(EDS)，對(duì)SAE1001冷軋帶鋼中出現(xiàn)的孔洞缺陷進(jìn)行檢驗(yàn)分析。結(jié)果表明，造成孔洞缺陷的主要原因是供冷軋?jiān)�料鑄坯中存在卷渣情況，致使基板延伸減薄過(guò)程中夾雜物的影響局部放大，最終撕裂形成孔洞。要避免或減少此類(lèi)孔洞缺陷的出現(xiàn)，必須嚴(yán)格控制鋼水的純凈度和冶煉、澆注環(huán)節(jié)，從而提高冷軋產(chǎn)品的合格率。SAE1001是冷軋深沖用鋼，采用鋁脫氧進(jìn)行完全深脫氧，屬于典型的低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼。

SAE1001鋼板具有良好的塑性、韌性，且屈服、抗拉強(qiáng)度較低，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、家電等行業(yè)的薄板零件深沖加工。近年來(lái)用戶(hù)除了對(duì)冷軋產(chǎn)品的尺寸精度、力學(xué)性能以及板形有較高的要求外，對(duì)其表面質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。因?yàn)槿魏挝⑿〉谋砻嫒毕萁?jīng)沖壓噴漆后都將被放大，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的外觀和品牌形象。冷軋板的表面缺陷種類(lèi)很多，其中孔洞缺陷是常見(jiàn)缺陷之一。它的出現(xiàn)破壞了帶鋼基體的連續(xù)性，嚴(yán)重的還可能導(dǎo)致發(fā)生斷帶等生產(chǎn)事故。通過(guò)掃描電子顯微鏡和X射線能譜儀，對(duì)生產(chǎn)中遇到的一例冷軋帶鋼孔洞缺陷進(jìn)行檢驗(yàn)分析，查找此例孔洞缺陷產(chǎn)生的原因，進(jìn)而探討消除此類(lèi)缺陷的改進(jìn)措施。

缺陷情況及檢測(cè)

SAE1001冷軋帶鋼的生產(chǎn)工藝流程為：鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→爐外精煉→連鑄(200 mm厚的寬板坯)→加熱→粗軋→精軋→控制冷卻→卷取→(冷軋)開(kāi)卷→酸洗、冷連軋→連續(xù)退火→平整→精整。所用樣品選取自生產(chǎn)中出現(xiàn)孔洞缺陷的SAE1001冷軋帶鋼，產(chǎn)品厚度為0.8 mm，化學(xué)成分如表1所示。

表1  SAE1001化學(xué)成分

在SAE1001冷軋帶鋼上截取典型孔洞缺陷樣品進(jìn)行宏觀、微觀檢驗(yàn)分析。為了便于觀察，將孔洞試樣剪為3部分，如圖1所示。經(jīng)無(wú)水酒精超聲波清洗并吹干后，通過(guò)掃描電鏡和X射線能譜儀對(duì)圖中箭頭所指端面斷口進(jìn)行微觀形貌、夾雜物分布情況觀察，并對(duì)觀察到的夾雜物進(jìn)行元素定性分析，從而分析孔洞缺陷產(chǎn)生原因，并探討減少或消除此類(lèi)孔洞缺陷的主要措施。

孔洞缺陷宏觀分布及形貌現(xiàn)場(chǎng)觀察，此例孔洞缺陷出現(xiàn)在冷軋帶鋼靠近邊部約1/4位置，分布沒(méi)有明顯規(guī)律，沿軋制方向隨機(jī)分布。單個(gè)孔洞寬度2~5 cm不等，呈不規(guī)則菱形撕裂狀，上下表面形貌基本相同，孔洞邊緣較光滑，未發(fā)現(xiàn)明顯機(jī)械擦傷痕跡[1]。斷口宏觀形貌如圖1所示。

從圖2的斷口SEM照片可以看出，斷口形貌為韌窩形貌，且韌窩大小、深淺不一。有的韌窩中殘留有顆粒狀非金屬夾雜物，尺寸較小。通過(guò)X射線能譜儀對(duì)夾雜物進(jìn)行元素定性分析可知，這些顆粒物均含有O、Na、Mg、Al、Si、S、P、K、Ca等元素，這些元素和基板的化學(xué)成分截然不同，屬于外來(lái)夾雜物。對(duì)照連鑄各工序保護(hù)渣、耐火材料主要組成，推測(cè)出此類(lèi)夾雜物可能與連鑄過(guò)程中結(jié)晶器保護(hù)渣有關(guān)。

圖3能譜分析

缺陷成因分析

由于連鑄生產(chǎn)過(guò)程中諸多因素的疊加使得結(jié)晶器液面發(fā)生波動(dòng)，導(dǎo)致保護(hù)渣等結(jié)晶器表面覆蓋劑在澆注過(guò)程中以渣滴的形式卷入鋼水中。渣滴一方面與鋼水中的合金元素發(fā)生二次氧化生成夾雜物，另一方面也會(huì)不斷地與鋼水中的夾雜物碰撞生成尺寸較大的顆粒狀?yuàn)A雜物。又因夾雜物的運(yùn)動(dòng)受自身粒徑大小、拉速、流股沖擊深度、以及鋼液的浮力、粘滯力和慣性力等因素的影響，尺寸較大的夾雜物顆粒較易上浮到保護(hù)渣層離開(kāi)鋼液。而尺寸較小的夾雜物顆粒不足以上浮到內(nèi)弧表面而滯留在內(nèi)弧側(cè)的一定深度，最終凝固在鑄坯中形成夾渣缺陷^[3-5]。

因此，嚴(yán)格控制鋼中夾雜物數(shù)量和形態(tài)，提高潔凈度，對(duì)獲得高品質(zhì)冷軋薄板尤為重要。在煉鋼工藝過(guò)程中，除了要通過(guò)脫氧、精煉，最大限度地去除脫氧產(chǎn)物外，更重要的是在鋼包→中間包→結(jié)晶器過(guò)程中，防止二次氧化和下渣、卷渣。通過(guò)選擇適宜的保護(hù)渣以及改善煉鋼工藝等措施以消除或降低發(fā)生卷渣的可能性，避免孔洞缺陷的發(fā)生^[6]。

在隨后的深加工過(guò)程中，由于非金屬夾雜物的變形能力與鋼基體的變形能力存在差異。變形時(shí)，夾雜物不能隨著鋼基體均勻地變形。隨著鋼板進(jìn)一步減薄，夾雜物的存在對(duì)鋼板的塑性、韌性影響更加突出，不但可以使變形過(guò)程中的應(yīng)力發(fā)生再分布，引起應(yīng)力集中。而且會(huì)在夾雜物質(zhì)點(diǎn)周?chē)�形成微裂紋甚至孔洞，成為基板強(qiáng)度最薄弱的部位^[4]，隨著減薄幅度的增大，導(dǎo)致鋼板沿橫向撕裂最終形成孔洞缺陷甚至發(fā)生斷帶事故。

改進(jìn)措施

1、提高轉(zhuǎn)爐出站終點(diǎn)氧≥850ppm，保證RH精煉處理周期穩(wěn)定，避免出現(xiàn)因鋼水處理周期不穩(wěn)定造成的連鑄機(jī)拉速波動(dòng)，影響保護(hù)渣化渣效果，造成夾渣；

2、連鑄執(zhí)行恒拉速操作，鑄機(jī)開(kāi)澆前檢查確認(rèn)扇形段連接桿狀態(tài)及噴嘴狀態(tài)，減少因設(shè)備原因造成的液面波動(dòng)；

3、RH處理過(guò)程中避免后期補(bǔ)鋁，連鑄執(zhí)行高過(guò)熱度澆注（中包溫度高于液相線溫度35-45℃），提高鋼水可澆性，減少鋼水絮流問(wèn)題的發(fā)生，避免換水口過(guò)程中出現(xiàn)卷渣。

通過(guò)以上改進(jìn)措施，產(chǎn)品冷軋過(guò)程中出現(xiàn)空洞缺陷比例明顯降低。通過(guò)冷軋用戶(hù)反饋數(shù)據(jù)，產(chǎn)品冷軋過(guò)程中出現(xiàn)空洞比例由8月份的6%降低至12月份的4%以下。

結(jié)論

此例孔洞缺陷產(chǎn)生的主要原因是鑄坯中存在非金屬夾雜物。根據(jù)化學(xué)成分含有Na、K等元素推斷非金屬夾雜物來(lái)源于連鑄生產(chǎn)過(guò)程中的結(jié)晶器保護(hù)渣。由此，要避免此類(lèi)缺陷的產(chǎn)生，首先要保證中間包鋼液具有良好的流動(dòng)性。其次控制鋼包內(nèi)鋼水的過(guò)熱度，保證鋼液中的夾雜物聚集長(zhǎng)大、上浮。再次，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)盡可能防止中間包水口堵塞，減少拉坯速度的調(diào)整，穩(wěn)定結(jié)晶器彎月面，避免卷渣或產(chǎn)生其他外來(lái)夾雜物。從而提高板坯潔凈度，降低冷軋薄板表面缺陷率。

參考文獻(xiàn)

[1]  董雙鵬，宋進(jìn)英，陳業(yè)熊，等.  冷軋鋼板表面缺陷的種類(lèi)及形成原因.機(jī)械工程材料，2012，36(7)：100

[2]  方淑芳.  冷軋板中夾雜類(lèi)孔洞缺陷的形成原因.  理化檢驗(yàn)(物理分冊(cè))，2003，39(10)：504

[3]  王亞芬，杜洪志，左海霞，等.  冷軋板表面起皮缺陷成因分析與探討. 金屬世界，2015(2)：5

[4]  姜錫山. 連鑄鋼缺陷分析與對(duì)策. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012[5]  姜錫山. 鋼中非金屬夾雜物. 北京：冶金工業(yè)出版社，2011

[6]  蔡開(kāi)科. 連鑄坯質(zhì)量控制. 北京：冶金工業(yè)出版社，2010