卷取溫度對DP鋼熱軋板表面氧化影響的研究

張冰

摘 要：Si含量0.5%左右的DP鋼在成品工序常發(fā)生表面色差類缺陷，原因之一為熱軋期間表面氧化鐵皮殘留在酸洗階段難以徹底去除，而影響酸洗效率的原因中包含了熱軋板氧化層組成、厚度等，這些受到熱軋終軋溫度、卷取溫度、冷卻速率等工藝參數(shù)的影響。從卷取溫度對DP鋼熱軋板表面氧化的影響入手，重點研究不同卷取溫度下DP鋼熱軋板表面氧化層厚度、富Si層厚度以及氧化層構成等，通過SEM和XRD檢驗手段證明降低卷取溫度可以降低氧化層和富Si層厚度，并改善氧化層構成，有利于提高酸洗效率。

關鍵詞：DP鋼；氧化；卷取溫度

STUDY ON THE EFFECT OF COILING TEMPERATURE ON THE SURFACE OXIDATION OF DP STEEL HOT ROLLED PLATES

Zhang Bing

（Technical Center of Ben Gang Group Corporation，National and local joint engineering laboratory of advanced automotive steel development and application technology.? ? Benxi? ? 117000，China）

Abstract：DP steel with a Si content of about 0.5% often experiences surface color difference defects in the finished product process， one of the reasons being that the residual oxide scale on the surface during hot rolling is difficult to completely remove during the pickling stage. The factors that affect the pickling efficiency include the composition and thickness of the oxide layer on the hot-rolled plate， which are influenced by process parameters such as the final rolling temperature， coiling temperature， and cooling rate. This article focuses on the effect of coiling temperature on the surface oxidation of DP steel hot-rolled plates， with a focus on studying the thickness of the oxide layer， rich Si layer， and composition of the oxide layer on the surface of DP steel hot-rolled plates at different coiling temperatures. Through SEM and XRD inspection methods， it is proven that reducing coiling temperature can reduce the thickness of the oxide layer and rich Si layer， and improve the composition of the oxide layer， which is beneficial for improving pickling efficiency.

Key words： DP steel;oxidation;coiling temperature

0? ? 前? ? 言

DP鋼由于具有優(yōu)良的力學性能和成型性能，在汽車用高強鋼板的應用比例越來越大，已成為汽車結構用鋼中應用最多的鋼種之一。DP鋼中一般都添加有適量的Si元素，起到固溶強化作用，在提高鋼的強度的同時，能夠促進奧氏體向馬氏體的轉變。某鋼廠生產的DP590、DP780中Si的質量分數(shù)分別控制在0.48%和0.55%。

Si含量較高的鋼種在熱軋生產期間帶鋼表面經常生成一種紅色氧化鐵皮，經過酸洗、冷軋、退火或鍍鋅等工序后，表面經常出現(xiàn)一種條帶狀色差缺陷，在含Si量0.5%左右的DP鋼上，尤為嚴重，影響了產品表面質量及后續(xù)涂鍍質量。色差缺陷呈條帶狀，沿著帶鋼寬度方向呈明暗相間的形態(tài)分布，表面檢查儀顯示色差缺陷沿著帶鋼長度方向通卷斷續(xù)存在。

圖1為本鋼浦項連退機組生產DP鋼時出現(xiàn)帶鋼表面類似色差（氧化鐵皮）缺陷宏觀形貌。采用電子顯微鏡對色差缺陷處和正常位置處分別做了表層和截面形貌的檢查，結果表明，無缺陷處帶鋼表層平整光滑，缺陷處表層凹凸不平，有淺表層軋碎現(xiàn)象[1]。色差缺陷處帶鋼表層凹凸不平，對光線鏡面反射能力減弱，漫反射能力增強，因此在自然光下呈現(xiàn)出目視發(fā)暗的條帶狀形貌。

1? ? 原因分析

通過微觀組織檢測可以確定，色差缺陷是由于帶鋼表層氧化鐵皮去除不凈，軋制過程中變形較大時表層殘留氧化鐵皮軋碎，形成表面凹凸不平造成視覺上的差異形成條紋狀缺陷。

DP鋼在熱軋生產中板坯加熱溫度較高，并且通常采用富氧燃燒方式，因此不可避免形成氧化鐵皮，同時由于DP鋼含有的Si元素較高，增加了鐵皮的清除難度，也增加了后續(xù)酸洗的難度。含Si鋼熱軋板表面氧化鐵皮去除難度增加，是加劇下游工序成品表面色差缺陷的主要原因，因此在熱軋工序采取合理的溫度制度、除鱗工藝等，控制熱軋板表面氧化鐵皮缺陷，防止缺陷的遺傳衍生，可以很大程度上改善色差缺陷。

熱軋鋼卷酸洗效果取決于表面氧化層的組織構成、厚度、化學成分等，相關的受熱軋工序的軋制溫度、卷取溫度、冷卻速度、合金元素等因素的影響。本鋼浦項連退機組生產DP鋼遇到比較嚴重色差缺陷，技術人員就熱軋溫度制度對DP鋼熱軋板表面氧化機理及氧化層組成影響開展了研究，研究過程包含了DP590和DP780兩個鋼種，對兩個鋼種在630 ℃和580 ℃兩個不同卷取溫度下熱軋板表面氧化層的形成特征做了研究，對應成品表面質量情況，明確了降低卷取溫度對色差缺陷控制的有效性。

2? ? 卷取溫度變化對氧化層及富Si層厚度的影響

2.1? ? DP590卷取溫度降低影響研究

在熱軋工序進行了不同卷取溫度試驗，目標溫度分別設定為630 ℃和580 ℃，試驗卷及實際溫度控制情況表1。

試樣檢驗表明，卷取溫度630 ℃時，帶鋼表面氧化層平均厚度在5.4 μm左右；卷取溫度580 ℃時，帶鋼表面氧化層平均厚度在4.5 μm左右（見圖2）。

從檢驗結果可以看出，所有試樣鋼板表面均形成一層連續(xù)、致密的氧化皮，隨著卷取溫度的降低，氧化皮厚度減少，當卷取溫度從630 ℃下降到580 ℃，氧化皮厚度降低約17%。

由于DP590化學成分中含Si量在0.48%，熱軋工序板坯加熱爐中經過高溫加熱，在鋼材基體與氧化層之間形成另外一層不同于其他氧化層成分的富Si層[2]，通過能譜分析獲得不同溫度卷取時，富Si層厚度如圖3所示。

檢驗結果可以看出，DP590鋼在630 ℃卷取后在膜-基界面形成富Si層，厚度約0.3 μm，在580 ℃卷取后在膜-基界面形成富Si層，厚度約0.2 μm。

2.2? ? DP780降低卷取溫度研究

兩卷試驗卷牌號為HC420/780DP，厚度分別為3.5 mm和3.8 mm，實際卷取溫度控制均值分別為627 ℃和574 ℃。通過檢驗發(fā)現(xiàn)卷取溫度627 ℃時，帶鋼表面氧化層平均厚度5.6 μm左右；574 ℃時，帶鋼表面氧化層平均厚度4.7 μm左右（圖4）。

從檢驗結果可以看出，所有試樣鋼板表面均形成一層連續(xù)、致密的氧化皮，隨著卷取溫度的降低，氧化皮厚度減少，當卷取溫度從630 ℃下降到580 ℃，氧化皮厚度降低約16%。

由于DP780化學成分中含Si量在0.55%，熱軋工序板坯加熱爐中經過高溫加熱，在鋼材基體與氧化層之間形成另外一層不同于其他氧化層成分的富Si層，通過能譜分析獲得不同溫度卷取時，富Si層厚度如圖5所示。

DP780鋼在630 ℃卷取后在膜-基界面形成富Si層，厚度約0.38 μm，在580 ℃卷取后在膜-基界面形成富Si層，厚度約0.29 μm。

2.3? ? 分析

DP590、DP780是Si含量分別為0.48%和0.5%的冷軋雙相鋼，帶鋼表面氧化層組織構成包括：最外層為Fe₂O₃+Fe₃O₄，中間層為FeO+Fe₃O₄的混合物，最內層為Fe₂SiO₄/FeO二元共晶物，其中顏色較淺的部分為FeO基體，顏色較深的為Fe₂SiO₄。

不同的卷取溫度和冷卻速度對氧化鐵皮厚度及富Si層厚度影響較為明顯，冷卻速度增大，氧化鐵皮厚度明顯減薄，F(xiàn)e₂SiO₄/FeO明顯減少。因此，在熱軋其他溫度工藝不變的情況下，降低卷取溫度、增加冷卻速率，可以減少氧化鐵皮厚度，減少Fe₂SiO₄/FeO含量。根據(jù)已有研究結果，冷卻速度提高，F(xiàn)e₂SiO₄/FeO的凝固點降低，降低凝固點對 Fe₂SiO₄/FeO的去除是有利的。

3? ? 卷取溫度降低對DP鋼氧化層組成的影響

通過對不同卷取溫度下DP鋼熱軋板試樣的表面氧化層組成采用XRD分析，表明DP鋼在630 ℃溫度卷取的帶鋼表面氧化鐵皮結構主要是Fe₃O₄、Fe₂O₃和游離Fe的混合物，這是FeO在卷取后緩慢冷卻時分解的結果。在成卷后前期（溫度在450 ℃左右時）的氧化鐵皮基本上分為兩層，即外層Fe₃O₄，中層少量的Fe₂O₃以及內層的FeO；在室溫下放置兩天以后，F(xiàn)eO完全分解為Fe3O4和Fe，并且鐵顆粒在原FeO的晶界富集。

當卷取溫度降為580 ℃時，相比較高的卷取溫度，室溫放置時帶卷本身熱容量下降，F(xiàn)eO未能完全分解為Fe₃O₄和Fe，而Fe₃O₄和FeO的復合結構相比致密的單層Fe₃O₄結構更易去除[3]。

5? ? 結? ? 論

采用掃描電鏡（SEM）和X射線衍射儀（XRD）研究了卷取溫度對含Si量約在0.5%左右的的DP590、DP780熱軋帶鋼表面氧化層厚度、形貌以及組成的影響。結果表明，隨卷取溫度升高，氧化層逐漸變厚，富Si層增厚，增加了氧化層的粘附性和酸洗難度；630 ℃左右時，氧化層由Fe₂O₃、Fe₃O₄和少量的Fe組成，卷溫溫度降低至580 ℃時，氧化鐵皮主要由Fe₂O₃、FeO和Fe₃O₄復合結構組成，單層Fe₃O₄氧化層明顯減小，同時Fe₂O₃增加，氧化層減薄且疏松多孔，可使酸洗孕育期大幅縮短，酸洗速度加快。

該研究項目采用金相顯微鏡和X射線衍射技術，從氧化鐵皮厚度、相構成比例以及富Si層厚度等出發(fā)，對DP鋼熱軋板氧化鐵皮在不同卷取溫度下的變化進行了研究。結果表面，對DP590、DP780采用降低卷取溫度的工藝，可以獲得：

1）降低DP590、DP780卷取溫度，熱軋板表面氧化層總厚度減小約17%。

2）降低DP590、DP780卷取溫度，熱軋板表面氧化層中富Si層厚度減小約0.1μm。

3）氧化鐵皮的不同顯微結構直接影響了酸洗時間，具有FeO和Fe₃O₄復合結構的氧化鐵皮比Fe₃O₄單層氧化鐵皮更易酸洗。

參考文獻

[1]? ? 孫超凡，李研，于洋，等. DP鋼表面帶狀色差缺陷成因及控制[J]. 軋鋼，2017，34（5）：38-40.

[2]? ? 張孟儀，邵光潔. 熱軋板的氧化皮結構對酸洗效果的影響[J]. 上海金屬，2007（3）：41-44.

[3]? ? 顧其德，董超芳，李曉剛，等. 卷曲后供氧差異對熱軋帶鋼氧化皮組織及耐蝕性的影響[J]. 北京科技大學學報，2009，31（12）：1 564-1 568.