冷軋汽車板邊裂缺陷分析

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(shí)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(huì)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(huì)出現(xiàn)各種表面缺陷，一旦出現(xiàn)問題，很難及時(shí)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(hào)DC04，DC06規(guī)格為0.9 mm×1820 mm， 0.9 mm×1800 mm共計(jì)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(huì)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(shí)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(dòng)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(jì)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(gè)等級(jí)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(hào)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