DC03 冷軋板橘皮狀表面缺陷的控制實踐

成曉舉 厚健龍 向 華 杜亞偉 李 堃 于永業(yè)

（安陽鋼鐵集團有限責任公司）

0 前言

典型的低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼DC03 冷軋板作為第二代深沖鋼的代表，室溫下的組織為單相鐵素體，因此其屈服強度和抗拉強度較低，塑性較好；并且通過控制該鋼種二相粒子的溶解與析出，形成較強的有利織構(gòu)，其深沖性能大為提高[1]。該鋼種廣泛應用于汽車零部件、電器產(chǎn)品零部件及家具裝修部件等延展性要求較高的產(chǎn)品。

DC03 冷軋板在加工使用中最關鍵的環(huán)節(jié)是“沖壓成型”過程，它關系到DC03 冷軋板的可加工性與可使用性。筆者結(jié)合安陽鋼鐵集團有限責任公司（以下簡稱“安鋼”）所生產(chǎn)的DC03 冷軋板在國內(nèi)某門業(yè)用戶使用過程中存在的“沖壓橘皮”現(xiàn)象，從化學成分、熱軋工藝、退火平整工藝等方面進行了優(yōu)化，有效控制了橘皮缺陷的發(fā)生，取得了較好的效果，對該系列冷軋板的質(zhì)量提升和用戶個性化需求具有一定的借鑒經(jīng)驗。

1 存在問題

安鋼DC03 冷軋板批量供貨以來，產(chǎn)品沖壓性能良好，但近期國內(nèi)某制門企業(yè)反饋0.60～0.90 mm的DC03 冷軋板在沖壓時，出現(xiàn)橘皮缺陷頻次增多，且橘皮非常明顯、有高低起伏的手感，基本上無法使用。沖壓門板表面橘皮實物如圖1 所示。

圖1 沖壓門板表面橘皮實物

2 原因分析

2.1 力學性能分析

對產(chǎn)生缺陷的同批次產(chǎn)品取樣進行性能檢驗，并與剛制造完成時的檢測結(jié)果進行對比，結(jié)果見表1 和圖2，發(fā)現(xiàn)制造完成10 天后的DC03 冷軋板的應力-應變曲線具有明顯的屈服平臺，且屈服平臺長度達到了約2%。

當對具有一定屈服延伸的鋼板進行加工時，其應力一旦接近屈服點，變形將會首先在應力集中的區(qū)域開始，并出現(xiàn)軟化現(xiàn)象，應力下降。在應力作用下，變形在這個區(qū)域可以繼續(xù)進行到一定程度，但離變形區(qū)較遠的地方，則不會發(fā)生變形。這時鋼板表面在變形過程中出現(xiàn)的這種不均勻塑性變形就表現(xiàn)為褶皺[2]。

從表1 和圖2 可以看出，剛制造完進行拉伸檢驗時未見明顯的屈服平臺，但10 天后屈服平臺出現(xiàn)，同時屈服極限增加，達到了30 MPa。這種低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼在制造完成一段時間后, 由于過飽和固溶體脫溶而導致鋼板強度增加、產(chǎn)生屈服平臺的現(xiàn)象稱為時效。即DC03 橘皮缺陷的產(chǎn)生極可能是時效導致了DC03 冷軋板性能的變化和屈服延伸的產(chǎn)生，進而造成了冷軋板加工橘皮缺陷。因此，為了解決加工橘皮缺陷，必須減小冷軋板的時效影響。

表1 同批次產(chǎn)品不同時間性能檢測結(jié)果對比

圖2 典型拉伸曲線

2.2 金相組織分析

為分析DC03 冷軋板橘皮缺陷產(chǎn)生的原因，對缺陷試樣進行金相組織分析。試樣經(jīng)4%硝酸酒精溶液侵蝕后進行觀察，基體組織為鐵素體+珠光體，晶粒度為7.5 級，如圖3 所示。

圖3 DC03 缺陷位置的金相組織（200×）

從圖3 可以看出，試樣組織中鐵素體晶粒的大小不均，大的晶粒周圍存均在較多細小晶粒，存在一定混晶現(xiàn)象，而混晶是造成沖壓橘皮的可能原因之一[3]。一般認為造成鋼材晶粒粗大的原因主要是鋼帶的熱軋終軋溫度過低，低于相變溫度Ar3，帶鋼在α+γ 兩相區(qū)內(nèi)進行塑性變形，使得鐵素體組織在相對高溫下迅速長大，變成粗大的二次晶粒，而奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)榧毦Я６谓M織，粗大的晶粒具有較低的界面能，在后續(xù)加工過程中會吞噬小晶粒，成為異常晶粒；隨著退火溫度的提高或退火時間的延長，晶粒繼續(xù)長大，形成異常粗大的晶粒[4]，即混晶。因此，改善混晶的重點是對熱軋終軋溫度的控制，要使終軋溫度高于Ar3。

3 改進試驗及結(jié)果

在低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼中，鐵素體基體內(nèi)的固溶碳和氮含量是影響冷軋板時效性能的關鍵因素之一，在連退過程中，溫度的降低將使鐵素體中的碳、氮溶解度減小，在冷卻過程中析出滲碳體和氮化鋁（又稱柯氏氣團）。滲碳體和氮化鋁的固溶析出，一方面細化了晶粒、析出強化促進了強度增加，另一方面通過對位錯的反復釘扎和解釘扎導致了屈服延伸的產(chǎn)生。因此，工藝調(diào)整重點是圍繞碳、氮的固溶析出進行的。

3.1 化學成分調(diào)整

當碳含量不同時，在帶鋼冷卻過程中，碳的析出狀態(tài)并不一樣，同一溫度下碳含量高、過飽和度大，滲碳體更容易析出，滲碳體相對大而數(shù)量少，時效效果小；碳含量低時，過飽和度小，析出更困難，但滲碳體細而多，時效強化效果較大；當碳含量很低時，可供析出的碳含量也低，滲碳體細小但數(shù)量少，造成的時效強化效果也小，這使得在某一碳含量情況下，造成的時效強化效果最大。不同碳含量的的時效指數(shù)如圖4 所示[3]，隨著碳含量的增加，時效指數(shù)起初幾乎是直線上升的，當含碳量達到0.005 0%時，時效指數(shù)達到最大，大約是75 MPa[5]；而問題批次的DC03 碳含量在0.003%～0.005%，此范圍的時效指數(shù)波動可達40 MPa 以上。因此，為促進連退過程中碳含量充分析出，將DC03 鋼的碳含量由之前的“≤0.010%的超低碳”水平調(diào)整為“0.01%～0.03%微碳”水平，避開時效最強的范圍。

圖4 時效指數(shù)

3.2 熱軋工藝調(diào)整

眾所周知，由于連退運行速度快，熱處理時間短，使得鋼中固溶的碳、氮等在連退生產(chǎn)過程中沒有充足的時間析出，因此有必要在連退工序以前促進固溶元素的充分析出。在低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼的熱軋過程中，固溶的氮能夠以氮化鋁的形式在熱軋卷取過程中析出，同時研究表明隨著卷取溫度的升高，氮化鋁的析出更充分[6]。為了避免在連退過程中或連退完成后氮化鋁的大量析出，采用了熱軋高溫卷取，將熱軋卷取溫度由680 ℃提升至了710 ℃。

其次，為避免混晶的影響，重點控制熱軋終軋溫度。對調(diào)整成分后的Ar3溫度進行了測算，大約為810 ℃。為此采用了高溫終軋以避開熱軋兩相區(qū)軋制，工藝溫度設定≥900 ℃。

3.3 連退工藝調(diào)整

冷軋板屈服平臺的產(chǎn)生主要來源于柯氏氣團在變形過程中對位錯的反復釘扎和解釘扎。平整時的冷變形可以使位錯脫離間隙原子團，以致隨著平整率的增大，在隨后的變形時只需要較低的應力便開始屈服。隨著平整率的提高，屈服延伸降低，在一定的平整條件下屈服平臺完全消失。因此，可以通過施加平整來減小DC03 冷軋板的時效影響，使得冷軋板在深加工使用中產(chǎn)生均勻變形，而不致產(chǎn)生局部變形。連退工藝調(diào)整后，0.60.9 mm 規(guī)格的平整延伸率由0.8%提升至1.2%。

3.4 試驗結(jié)果

按照成分優(yōu)化和工藝調(diào)整，試驗兩批次（約200 t）0.6～0.9 mm 規(guī)格DC03 冷軋板，考查冷軋板時效性能變化情況，結(jié)果見表2。

表2 成分調(diào)整后DC03 冷軋板隨時間屈服強度變化情況

從表2 可以看出，兩批次DC03 冷軋板屈服極限增加值相對較小，40 天僅增加4 ～7 MPa；屈服平臺雖然在生產(chǎn)第二天之后即出現(xiàn)，但屈服平臺長度一直保持在較短的水平，約≤0.3%（40 天典型拉伸曲線如圖5 所示），這說明抗時效性能顯著增加。

圖5 DC03 的40 天典型拉伸曲線

3.5 推廣應用及效果

DC03 冷軋板批量推廣跟隨6 個月，共計發(fā)貨約3 000 t，未發(fā)生用戶針對橘皮表面缺陷的質(zhì)量反饋，產(chǎn)品質(zhì)量得到明顯提高。

4 結(jié)論

（1）DC03 冷軋板的時效使得強度增加，屈服平臺產(chǎn)生，進而造成了冷軋板加工過程的不均勻變形，從而形成了橘皮缺陷。

（2）通過微碳成分（0.01%～0.03%）、熱軋高溫終軋、高溫卷取、增加平整延伸率的方式，顯著提高了DC03 冷軋板的抗時效性能，進而有效解決了其加工橘皮缺陷。