DP800雙相鋼熱軋板表面氧化皮紅銹的產(chǎn)生原因

李遠(yuǎn)鵬,馬二清,崔 磊,江社明,張啟富

(1.中國鋼研科技集團(tuán)有限公司 先進(jìn)金屬材料涂鍍國家工程實(shí)驗(yàn)室,北京 100081;2.馬鞍山鋼鐵股份有限公司,馬鞍山 243003)

雙相鋼是一種先進(jìn)高強(qiáng)度鋼(AHSS)，具有低屈強(qiáng)比、高初始加工硬化率、抗拉強(qiáng)度與延性的良好匹配等優(yōu)點(diǎn)[1-2]，在超輕車身用鋼(ULSAB-AVC)項(xiàng)目中的使用量占到了高強(qiáng)鋼的70%[3]。

隨著雙相鋼使用量的增加，對(duì)其表面質(zhì)量的要求也越來越高。影響鍍鋅雙相鋼表面質(zhì)量的因素除冷軋?jiān)虾湾冧\工藝外，熱軋板的表面質(zhì)量也是一個(gè)重要因素。筆者對(duì)DP800雙相鋼熱軋板表面氧化皮產(chǎn)生的紅銹進(jìn)行了分析，研究了紅銹對(duì)后續(xù)酸洗及冷軋工序時(shí)鋼板表面質(zhì)量的影響。

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為DP800雙相鋼的熱軋?jiān)?，厚度?.94 mm，熱軋板的卷曲溫度為552 ℃。DP800雙相鋼的主要化學(xué)成分如表1所示。

表1 DP800雙相鋼的主要化學(xué)成分 %

為了分析熱軋?jiān)媳砻嫜趸ぎa(chǎn)生紅銹對(duì)冷軋板表面質(zhì)量的遺傳性影響，采用400 mm單機(jī)架4輥冷軋模擬機(jī)對(duì)酸洗后的熱軋?jiān)线M(jìn)行模擬冷軋，冷軋各道次的厚度及壓下率如表2所示，其中設(shè)定初始厚度為3 mm，實(shí)際初始厚度為2.98 mm。

表2 模擬冷軋各道次的厚度及壓下率

1.2 試驗(yàn)方法

從熱軋和各道次冷軋板上切取尺寸為10 mm×10 mm(長×寬)的試樣，經(jīng)冷鑲后磨制、拋光試樣的截面，隨后將試樣腐蝕并進(jìn)行金相檢驗(yàn)。

采用FEI QuantaFEG 650型掃描電鏡(SEM)對(duì)試樣表面氧化層進(jìn)行形貌分析，采用Pegasus Apex 4型能譜儀對(duì)試樣進(jìn)行微區(qū)成分分析。

采用GDA850型輝光放電光譜儀對(duì)熱軋氧化皮中O，F(xiàn)e，Si，Mn，Cr等元素分布進(jìn)行分析。

2 理化檢驗(yàn)

2.1 宏觀觀察

熱軋板及酸洗板表面的宏觀形貌如圖1所示。由圖1可知：熱軋板表面的紅銹沿著軋制方向分布，呈長條紋狀，寬度為10～20 mm，長度為200～300 mm[見圖1a)]；酸洗后，鋼板表面的紅銹區(qū)域有暗色殘留，且粗糙度較大[見圖1b)]，但對(duì)后續(xù)鋼板的使用不造成影響。

圖1 熱軋板及酸洗板表面的宏觀形貌

2.2 SEM及能譜分析

熱軋氧化皮表面及截面的SEM形貌如圖2,3所示。由圖2可以看出，氧化皮紅銹區(qū)域的表面凹凸不平，有很多表面裂紋，表明該區(qū)域的氧化皮脆性大，容易發(fā)生開裂脫落。由圖3可以看出，紅銹區(qū)域氧化皮的厚度約為16 μm，而正常區(qū)域氧化皮的厚度約為7.8 μm，紅銹區(qū)域氧化皮的厚度約為正常區(qū)域的2倍，而且紅銹區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)更加疏松。

圖2 熱軋氧化皮表面SEM形貌

酸洗后鋼板表面紅銹區(qū)域和正常區(qū)域的SEM形貌分析結(jié)果顯示，紅銹區(qū)域表面更加粗糙，表明氧化鐵皮對(duì)鋼板基體有一定的侵入。

對(duì)酸洗板表面進(jìn)行能譜分析，發(fā)現(xiàn)紅銹區(qū)域和正常區(qū)域的化學(xué)成分基本一致，表明酸洗去除表面氧化皮的效果較好。

2.3 輝光光譜分析

熱軋板氧化皮的輝光光譜分析結(jié)果如圖4所示。由圖4a)可以看出，氧化皮正常區(qū)域的O元素含量比紅銹區(qū)域低，紅銹區(qū)域的O元素深度分布為正常區(qū)域的2倍，正常區(qū)域的O元素深度分布較淺，這與SEM分析結(jié)果基本一致，說明紅銹區(qū)域的氧化皮厚度大于正常區(qū)域。由圖4b)可以看出，熱軋氧化皮正常區(qū)域的Mn，Cr，Mo元素含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于紅銹區(qū)域的Mn，Cr，Mo元素含量，且均在深度為2.5 μm處出現(xiàn)了一個(gè)峰值，說明正常區(qū)域的熱軋氧化皮有Mn，Cr，Mo元素富集，而紅銹區(qū)域中Mn，Cr，Mo元素含量低，且沒有峰值。

圖3 熱軋氧化皮截面SEM形貌

圖4 熱軋板氧化皮的輝光光譜分析結(jié)果

酸洗板表面的輝光光譜分析結(jié)果如圖5所示。由圖5可以看出，經(jīng)過酸洗之后，正常區(qū)域和紅銹區(qū)域的Fe，O，Si，Mn，Cr，Mo等元素分布幾乎一致，表明正常區(qū)域和紅銹區(qū)域的氧化皮均已被完全酸洗干凈，無殘留。酸洗板的正常區(qū)域和紅銹區(qū)域表面化學(xué)元素的分布幾乎一致，表明紅銹區(qū)域的化學(xué)成分對(duì)熱鍍工藝影響很小，熱鍍模擬試驗(yàn)結(jié)果也證明了這一點(diǎn)。

圖5 酸洗板表面的輝光光譜分析結(jié)果

2.4 冷軋模擬試驗(yàn)后的SEM分析

經(jīng)冷軋模擬試驗(yàn)后，采用SEM對(duì)酸洗板表面進(jìn)行觀察，結(jié)果如圖6，7所示。由圖6可以看出，經(jīng)冷軋后酸洗板正常區(qū)域也有表面凹凸不平的現(xiàn)象，經(jīng)過5道次軋制后，表面凹凸不平的現(xiàn)象得到了減輕。由圖7可以看出，經(jīng)過5道次冷軋后，酸洗板紅銹區(qū)域表面凹凸不平的現(xiàn)象同樣也得到了減輕，且紅銹區(qū)域表面形貌與正常區(qū)域沒有明顯差異。

3 綜合分析

熱軋板表面的氧化皮由2層結(jié)構(gòu)組成，接近鋼板基體的一層是灰色的FeO，而氧化皮表層是Fe3O4，呈現(xiàn)黑色[4]。若氧化皮有一定的裂紋，與氧氣充分接觸后，F(xiàn)e3O4表層會(huì)出現(xiàn)疏松的紅色Fe2O3層，F(xiàn)e2O3層只占氧化層的1%。

圖6 經(jīng)冷軋后酸洗板表面正常區(qū)域的SEM形貌

圖7 經(jīng)冷軋后酸洗板表面紅銹區(qū)域的SEM形貌

由輝光光譜分析結(jié)果可知，熱軋板氧化皮紅銹區(qū)域中合金元素的含量低于正常區(qū)域。大量研究表明，鋼中合金元素Mn，Cr，Mo會(huì)抑制熱軋氧化皮的增厚，原因是合金元素會(huì)生成較致密的合金氧化層，降低了氧原子向內(nèi)部的擴(kuò)散速率[5]。因?yàn)闊彳埌逖趸ぜt銹區(qū)域的合金元素含量低，所以生成了較厚的氧化皮，且氧化皮呈疏松結(jié)構(gòu)，正常區(qū)域中的合金元素含量正常，促進(jìn)了氧化皮的致密化，因此氧化皮較薄。

熱軋板在進(jìn)入熱軋工序的粗軋機(jī)和精軋機(jī)前，板坯需進(jìn)行高壓水除鱗處理，板坯表面熔融的硅酸鹽化合物若清除不徹底，后續(xù)黏附在板坯表面，會(huì)造成基體侵入[6-7]。該鋼板少數(shù)部位除鱗不徹底，造成了合金元素向氧化皮表面擴(kuò)散速率慢，因此形成了較厚的氧化皮。

酸洗后鋼板表面紅銹區(qū)域和正常區(qū)域的化學(xué)成分基本沒有差異，說明紅銹區(qū)域較厚的氧化皮對(duì)酸洗質(zhì)量沒有造成影響。冷軋模擬試驗(yàn)結(jié)果表明，冷軋后酸洗板表面的紅銹區(qū)域和正常區(qū)域沒有差異。因此，熱軋板表面的紅銹對(duì)酸洗以及冷軋工序不會(huì)造成不良影響。

4 結(jié)論

(1) 熱軋板表面氧化皮紅銹區(qū)域厚度為16 μm，正常區(qū)域的厚度為7～8 μm，紅銹區(qū)域氧化皮疏松，造成了氧化皮厚度增加。

(2) 氧化皮紅銹區(qū)域的Mn，Cr，Mo元素含量較低，因此紅銹區(qū)域不能形成致密的氧化皮,形成原因?yàn)榘迮鞅砻娉[不徹底，紅銹區(qū)域基底殘留的硅酸鹽化合物造成合金元素?cái)U(kuò)散慢。

(3) 酸洗及冷軋后鋼板表面紅銹區(qū)域和正常區(qū)域的化學(xué)成分幾乎一致，只是紅銹區(qū)域的粗糙度比正常區(qū)域高，紅銹區(qū)域的氧化皮能夠被完全酸洗掉，對(duì)后續(xù)使用不造成影響。