BMD工艺应用于普冷IF钢产品的大生产验证

2020-07-09杨向鹏

宝钢技术 2020年3期

房鑫,杨向鹏,陈光

(宝山钢铁股份有限公司 1.中央研究院,上海 201999;2.制造管理部,上海 201900)

目前,国内外各大钢厂的常规除鳞工艺为酸洗工艺,所产出的酸洗材除少部分作为商品材直接出售外,绝大部分是向后续冷轧机组供料,生产各类普冷产品、涂镀产品等。冷轧也是检验除鳞质量的最有效证明,各类除鳞不良、缺陷在冷轧、退火或涂镀后都会得以放大,因而冷轧环节对除鳞工艺提出了很高的要求。宝钢无酸除鳞BMD(Baosteel Mechanical Descaling)技术是宝钢自主研发的一种新型环保除鳞工艺,目前该技术已经成功应用于汽车大梁用钢、车轮用钢、精冲钢等热轧板/卷原料的表面除鳞,产出BMD商品材,其表面质量可充分满足下游用户的成形、冲裁、涂装等使用要求[1]。为了拓展BMD技术在冷轧领域的应用,实现对酸洗工艺的全面替代,有必要对BMD产品的冷轧向供料进行大生产验证。

无间隙原子钢(IF钢)因具有高延伸率、良好的深冲性能以及无时效性等优点,已经被广泛地应用于汽车等制造业中[2-3],用以制造各种高表面质量要求的内、外板。本文选取普冷IF钢(罩式退火)这一典型钢种,对两种除鳞工艺(BMD工艺、常规酸洗工艺)后的卷料进行同样的冷轧、退火、平整等处理,最终产出普冷IF产品(牌号:DC04),通过对各工序成品的取样检测分析,明确两种除鳞工艺冷轧产品的质量差异,并为BMD技术的进一步优化提供试验依据。

1 试验部分

1.1 试验材料

为保证两种除鳞工艺所用原料各方面性能相同,选取了同一卷热轧钢卷作为试验卷(表1),然后在热轧精整机组进行分卷,其中1卷进行BMD工艺除鳞,另外1卷进行常规酸洗除鳞。

1.2 工艺路径及取样要求

分卷后的两卷料只在除鳞工艺上存在不同,后续的冷轧各工序均保证相同,并且为了排除设备状态波动导致的差异,两卷料在冷轧各工序均安排在同一个生产计划内先后完成。具体工艺路径为:除鳞(BMD除鳞/酸洗除鳞)→ 五机架冷连轧(出口厚度0.806 mm)→精整返修切边→罩式炉退火→平整(出口厚度0.800 mm)→精整(出口宽度1 660 mm)。

为了对各工序成品表面状态进行综合评估,在各机组出口均进行了取样(其中罩退后样板为平整入口取),取样尺寸为全板宽×长500 mm。

表1 试验热轧卷料信息Table 1 Information of test coils

1.3 性能测试及表征

对工序成品的表面状态(形貌、成分、电化学特性等)进行了综合分析,具体评价分析项目见表2。

表2 不同表面检测分析方案Table 2 Characterization plan of different surfaces

2 结果与讨论

2.1 各工序成品表面粗糙度

表面粗糙度是衡量最终成品的关键指标之一,为了明确其演变规律,采用手持粗糙度测量仪(触针式)对各工序成品的表面粗糙度进行了测量,数据见表3。可以看到,除鳞后表面Ra还是有明显差别的,BMD表面明显高于酸洗表面。但在经过冷轧之后,各工序成品则没有明显差异,并且对于最终普冷成品(平整表面)的检测表明,BMD工艺普冷成品表面的峰值数RPc值优于酸洗工艺普冷品。在粗糙度相近的情况下,更高的RPc值有助于获得更好的涂装效果。

表3 各工序成品的表面粗糙度检测结果 Table 3 Surface roughness results after each process

2.2 除鳞表面及截面形貌对比

采用扫描电子显微镜对两种工艺除鳞后的表面及截面微观形貌进行表征,如图1所示。由图1(a)、(b)可知,BMD除鳞表面存在较大起伏,有较多的翘皮与破碎,这应当是射流除鳞的原理所致:磨料在冲击清除钢材表面氧化皮的同时,基体也会受到作用并形成击打后的起伏凹坑、微观翘起等。酸洗除鳞表面则相对平整,但是发现表面存在微小裂纹,通过截面的放大图得以确认,表层存在晶界过酸洗的现象,如图1(d)所示,可以看到受到酸液侵蚀而凹陷的晶界。鳞皮清除率方面,BMD除鳞表面和酸洗板除鳞表面均未发现鳞皮残留。

2.3 冷轧板表面活性

冷轧后的钢卷在库存及周转运输过程中为了防止出现锈蚀,一般是在其表面涂覆防锈油进行短期防护(轧硬表面会残留适量轧制油,也有一定防锈效果),但材料本身的特性也是关键因素之一。为了对比两种除鳞工艺冷轧表面的耐蚀性,采用电化学方法对不同冷轧工序(冷轧、退火、平整)成品的表面电位进行测试:测试前脱脂剂对样板表面进行脱脂以去除防锈油等,电化学测试采用三电极测试体系,试验温度为20 ℃,结果见表4。由表4可知,BMD冷轧后的表面电位为-453.7 mV,明显低于酸洗冷轧后的-348.2 mV,说明BMD轧硬板的耐腐蚀性低于酸洗轧硬板;而在退火及平整后,两种工艺的表面电位只有很小差别,BMD的还略高,说明两种工艺的退火板和成品的耐蚀性相近。

2.4 普冷成品表面形貌

用于制作汽车内外板的普冷IF钢,其冷轧成品的表面形貌是影响用户冲压时成形性能、涂装效果的关键因素[4-5]。采用扫描电子显微镜对普冷成品的表面形貌进行观察,结果如图2所示。由图2可以看到,两种工艺的普冷成品表面的毛化坑大小及均匀程度接近。然后采用激光共聚焦显微镜对表面三维轮廓进行表征,如图3所示。由图3可知,两种工艺普冷成品的表面毛化凹坑的微观起伏相似。结合表3中的对普冷成品表面粗糙度Ra及峰值数RPc检测结果,可以推测两种普冷板在冲压成形时的储油能力及摩擦性能相近,同时在涂装时表面与涂料的附着力也会接近。

表4 表面电位测试结果Table 4 Surface electric potential test results

2.5 普冷成品力学性能

对两种工艺的普冷成品进行力学性能测试,结果见表5。两种工艺普冷成品的各项力学性能十分接近,且均满足宝钢企业标准《Q/BQB 408—2018 冷成形用冷轧低碳钢板及钢带》及国家标准《GB/T 5213—2019 冷轧低碳钢板及钢带》中对该牌号的力学性能要求。BMD工艺虽然是采用射流击打的力学方式进行除鳞,与酸洗工艺化学方式除鳞存在原理上的根本区别,但是不会影响最终普冷成品的力学性能。

表5 力学性能测试结果Table 5 Mechanical property test results

2.6 普冷成品挂片涂装质量

取两种工艺的普冷成品样板若干,按同样尺寸裁切、冲孔后,送至某乘用车主机厂进行随线挂片涂装,然后对其电泳漆膜质量进行检测评估。

(1) 电泳漆膜厚度及表面粗糙度。用手持式超声波漆膜测厚仪分别对不同取样位置的BMD工艺普冷板和酸洗普冷板进行了膜厚测量,结果表明:不同部位取样的BMD冷轧板和酸洗冷轧板的膜厚均在18～20m间。然后采用手持粗糙度测量仪(触针式)对漆膜表面粗糙度进行了测量,结果如表6所示。由表6可见,两种工艺普冷板涂装后表面粗糙度非常接近。

表6 电泳漆膜表面粗糙度测量Table 6 Surface roughness value of coated plates

(2) 磷化膜质量。磷化膜的完整性和结晶形貌直接影响后续电泳涂装漆膜的表面质量。为了对比两者的磷化质量,使用化学试剂将表面电泳漆膜溶去,然后采用扫描电子显微镜对磷化膜进行表征,分别拍摄了200倍和1 000倍的照片,结果见图4。200倍照片用于观察磷化膜的完整性,两种工艺样板的磷化膜覆盖情况均完整;1 000倍照片用于观察磷化结晶的形貌及均匀性,两种工艺样板的磷化结晶形状相近,尺寸相近且分布均匀。通过以上结果,认为BMD工艺普冷板和酸洗工艺普冷板在磷化和电泳涂装质量方面相似。