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

（河鋼股份有限公司承德分公司，河北 承德 067102）

摘要：本文通過對冷軋用戶軋制過程中出現(xiàn)孔洞缺陷的材料進行回溯分析，尋找產(chǎn)生孔洞的根本原因并提出針對性的解決方案，通過對工藝參數(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、家電等行業(yè)。冷軋板的孔洞缺陷是常見表面缺陷之一。通過掃描電子顯微鏡(SEM)和X射線能譜儀(EDS)，對SAE1001冷軋帶鋼中出現(xiàn)的孔洞缺陷進行檢驗分析。結(jié)果表明，造成孔洞缺陷的主要原因是供冷軋原料鑄坯中存在卷渣情況，致使基板延伸減薄過程中夾雜物的影響局部放大，最終撕裂形成孔洞。要避免或減少此類孔洞缺陷的出現(xiàn)，必須嚴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、抗拉強度較低，廣泛應(yīng)用于汽車、家電等行業(yè)的薄板零件深沖加工。近年來用戶除了對冷軋產(chǎn)品的尺寸精度、力學(xué)性能以及板形有較高的要求外，對其表面質(zhì)量的要求也越來越高。因為任何微小的表面缺陷經(jīng)沖壓噴漆后都將被放大，嚴重影響產(chǎn)品的外觀和品牌形象。冷軋板的表面缺陷種類很多，其中孔洞缺陷是常見缺陷之一。它的出現(xiàn)破壞了帶鋼基體的連續(xù)性，嚴重的還可能導(dǎo)致發(fā)生斷帶等生產(chǎn)事故。通過掃描電子顯微鏡和X射線能譜儀，對生產(chǎn)中遇到的一例冷軋帶鋼孔洞缺陷進行檢驗分析，查找此例孔洞缺陷產(chǎn)生的原因，進而探討消除此類缺陷的改進措施。

缺陷情況及檢測

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行宏觀、微觀檢驗分析。為了便于觀察，將孔洞試樣剪為3部分，如圖1所示。經(jīng)無水酒精超聲波清洗并吹干后，通過掃描電鏡和X射線能譜儀對圖中箭頭所指端面斷口進行微觀形貌、夾雜物分布情況觀察，并對觀察到的夾雜物進行元素定性分析，從而分析孔洞缺陷產(chǎn)生原因，并探討減少或消除此類孔洞缺陷的主要措施。

孔洞缺陷宏觀分布及形貌現(xiàn)場觀察，此例孔洞缺陷出現(xiàn)在冷軋帶鋼靠近邊部約1/4位置，分布沒有明顯規(guī)律，沿軋制方向隨機分布。單個孔洞寬度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X射線能譜儀對夾雜物進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，屬于外來夾雜物。對照連鑄各工序保護渣、耐火材料主要組成，推測出此類夾雜物可能與連鑄過程中結(jié)晶器保護渣有關(guān)。

圖3能譜分析

缺陷成因分析

由于連鑄生產(chǎn)過程中諸多因素的疊加使得結(jié)晶器液面發(fā)生波動，導(dǎo)致保護渣等結(jié)晶器表面覆蓋劑在澆注過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，另一方面也會不斷地與鋼水中的夾雜物碰撞生成尺寸較大的顆粒狀夾雜物。又因夾雜物的運動受自身粒徑大小、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渣層離開鋼液。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，嚴格控制鋼中夾雜物數(shù)量和形態(tài)，提高潔凈度，對獲得高品質(zhì)冷軋薄板尤為重要。在煉鋼工藝過程中，除了要通過脫氧、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)晶器過程中，防止二次氧化和下渣、卷渣。通過選擇適宜的保護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，夾雜物不能隨著鋼基體均勻地變形。隨著鋼板進一步減薄，夾雜物的存在對鋼板的塑性、韌性影響更加突出，不但可以使變形過程中的應(yīng)力發(fā)生再分布，引起應(yīng)力集中。而且會在夾雜物質(zhì)點周圍形成微裂紋甚至孔洞，成為基板強度最薄弱的部位^[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。

改進措施

1、提高轉(zhuǎn)爐出站終點氧≥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)定造成的連鑄機拉速波動，影響保護渣化渣效果，造成夾渣；

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

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

通過以上改進措施，產(chǎn)品冷軋過程中出現(xiàn)空洞缺陷比例明顯降低。通過冷軋用戶反饋數(shù)據(jù)，產(chǎn)品冷軋過程中出現(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源于連鑄生產(chǎn)過程中的結(jié)晶器保護渣。由此，要避免此類缺陷的產(chǎn)生，首先要保證中間包鋼液具有良好的流動性。其次控制鋼包內(nèi)鋼水的過熱度，保證鋼液中的夾雜物聚集長大、上浮。再次，在生產(chǎn)過程中應(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

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[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策. 北京：機械工業(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]  蔡開科. 連鑄坯質(zhì)量控制. 北京：冶金工業(yè)出版社，2010