DC03 冷轧板橘皮状表面缺陷的控制实践

2021-04-14成晓举厚健龙杜亚伟于永业

河南冶金 2021年6期

成晓举厚健龙向华杜亚伟李堃于永业

（安阳钢铁集团有限责任公司）

0 前言

典型的低碳铝镇静钢DC03 冷轧板作为第二代深冲钢的代表，室温下的组织为单相铁素体，因此其屈服强度和抗拉强度较低，塑性较好；并且通过控制该钢种二相粒子的溶解与析出，形成较强的有利织构，其深冲性能大为提高[1]。该钢种广泛应用于汽车零部件、电器产品零部件及家具装修部件等延展性要求较高的产品。

DC03 冷轧板在加工使用中最关键的环节是“冲压成型”过程，它关系到DC03 冷轧板的可加工性与可使用性。笔者结合安阳钢铁集团有限责任公司（以下简称“安钢”）所生产的DC03 冷轧板在国内某门业用户使用过程中存在的“冲压橘皮”现象，从化学成分、热轧工艺、退火平整工艺等方面进行了优化，有效控制了橘皮缺陷的发生，取得了较好的效果，对该系列冷轧板的质量提升和用户个性化需求具有一定的借鉴经验。

1 存在问题

安钢DC03 冷轧板批量供货以来，产品冲压性能良好，但近期国内某制门企业反馈0.60～0.90 mm的DC03 冷轧板在冲压时，出现橘皮缺陷频次增多，且橘皮非常明显、有高低起伏的手感，基本上无法使用。冲压门板表面橘皮实物如图1 所示。

图1 冲压门板表面橘皮实物

2 原因分析

2.1 力学性能分析

对产生缺陷的同批次产品取样进行性能检验，并与刚制造完成时的检测结果进行对比，结果见表1 和图2，发现制造完成10 天后的DC03 冷轧板的应力-应变曲线具有明显的屈服平台，且屈服平台长度达到了约2%。

当对具有一定屈服延伸的钢板进行加工时，其应力一旦接近屈服点，变形将会首先在应力集中的区域开始，并出现软化现象，应力下降。在应力作用下，变形在这个区域可以继续进行到一定程度，但离变形区较远的地方，则不会发生变形。这时钢板表面在变形过程中出现的这种不均匀塑性变形就表现为褶皱[2]。

从表1 和图2 可以看出，刚制造完进行拉伸检验时未见明显的屈服平台，但10 天后屈服平台出现，同时屈服极限增加，达到了30 MPa。这种低碳铝镇静钢在制造完成一段时间后, 由于过饱和固溶体脱溶而导致钢板强度增加、产生屈服平台的现象称为时效。即DC03 橘皮缺陷的产生极可能是时效导致了DC03 冷轧板性能的变化和屈服延伸的产生，进而造成了冷轧板加工橘皮缺陷。因此，为了解决加工橘皮缺陷，必须减小冷轧板的时效影响。

表1 同批次产品不同时间性能检测结果对比

图2 典型拉伸曲线

2.2 金相组织分析

为分析DC03 冷轧板橘皮缺陷产生的原因，对缺陷试样进行金相组织分析。试样经4%硝酸酒精溶液侵蚀后进行观察，基体组织为铁素体+珠光体，晶粒度为7.5 级，如图3 所示。

图3 DC03 缺陷位置的金相组织（200×）

从图3 可以看出，试样组织中铁素体晶粒的大小不均，大的晶粒周围存均在较多细小晶粒，存在一定混晶现象，而混晶是造成冲压橘皮的可能原因之一[3]。一般认为造成钢材晶粒粗大的原因主要是钢带的热轧终轧温度过低，低于相变温度Ar3，带钢在α+γ 两相区内进行塑性变形，使得铁素体组织在相对高温下迅速长大，变成粗大的二次晶粒，而奥氏体组织转变为细晶粒二次组织，粗大的晶粒具有较低的界面能，在后续加工过程中会吞噬小晶粒，成为异常晶粒；随着退火温度的提高或退火时间的延长，晶粒继续长大，形成异常粗大的晶粒[4]，即混晶。因此，改善混晶的重点是对热轧终轧温度的控制，要使终轧温度高于Ar3。

3 改进试验及结果

在低碳铝镇静钢中，铁素体基体内的固溶碳和氮含量是影响冷轧板时效性能的关键因素之一，在连退过程中，温度的降低将使铁素体中的碳、氮溶解度减小，在冷却过程中析出渗碳体和氮化铝（又称柯氏气团）。渗碳体和氮化铝的固溶析出，一方面细化了晶粒、析出强化促进了强度增加，另一方面通过对位错的反复钉扎和解钉扎导致了屈服延伸的产生。因此，工艺调整重点是围绕碳、氮的固溶析出进行的。

3.1 化学成分调整

当碳含量不同时，在带钢冷却过程中，碳的析出状态并不一样，同一温度下碳含量高、过饱和度大，渗碳体更容易析出，渗碳体相对大而数量少，时效效果小；碳含量低时，过饱和度小，析出更困难，但渗碳体细而多，时效强化效果较大；当碳含量很低时，可供析出的碳含量也低，渗碳体细小但数量少，造成的时效强化效果也小，这使得在某一碳含量情况下，造成的时效强化效果最大。不同碳含量的的时效指数如图4 所示[3]，随着碳含量的增加，时效指数起初几乎是直线上升的，当含碳量达到0.005 0%时，时效指数达到最大，大约是75 MPa[5]；而问题批次的DC03 碳含量在0.003%～0.005%，此范围的时效指数波动可达40 MPa 以上。因此，为促进连退过程中碳含量充分析出，将DC03 钢的碳含量由之前的“≤0.010%的超低碳”水平调整为“0.01%～0.03%微碳”水平，避开时效最强的范围。

图4 时效指数

3.2 热轧工艺调整

众所周知，由于连退运行速度快，热处理时间短，使得钢中固溶的碳、氮等在连退生产过程中没有充足的时间析出，因此有必要在连退工序以前促进固溶元素的充分析出。在低碳铝镇静钢的热轧过程中，固溶的氮能够以氮化铝的形式在热轧卷取过程中析出，同时研究表明随着卷取温度的升高，氮化铝的析出更充分[6]。为了避免在连退过程中或连退完成后氮化铝的大量析出，采用了热轧高温卷取，将热轧卷取温度由680 ℃提升至了710 ℃。

其次，为避免混晶的影响，重点控制热轧终轧温度。对调整成分后的Ar3温度进行了测算，大约为810 ℃。为此采用了高温终轧以避开热轧两相区轧制，工艺温度设定≥900 ℃。

3.3 连退工艺调整

冷轧板屈服平台的产生主要来源于柯氏气团在变形过程中对位错的反复钉扎和解钉扎。平整时的冷变形可以使位错脱离间隙原子团，以致随着平整率的增大，在随后的变形时只需要较低的应力便开始屈服。随着平整率的提高，屈服延伸降低，在一定的平整条件下屈服平台完全消失。因此，可以通过施加平整来减小DC03 冷轧板的时效影响，使得冷轧板在深加工使用中产生均匀变形，而不致产生局部变形。连退工艺调整后，0.60.9 mm 规格的平整延伸率由0.8%提升至1.2%。