冷轧IF钢细密类纵向条纹形成机理及工艺控制

2021-01-06供稿卢秉仲张杰张冰周宏伟

金属世界 2020年6期

供稿|卢秉仲，张杰，张冰，周宏伟

内容导读

为了解决冷轧IF钢细密类纵向条纹缺陷，对缺陷样品的截面进行金相分析，发现带钢表面的再结晶组织不够充分或未完全再结晶。经过技术研究及攻关对细密类纵向条纹(棱线)缺陷的产生机理进行了分析，结果表明形成的Ti、Nb二相粒子阻碍了带钢表面的再结晶过程。根据此类缺陷的产生机理，结合实际对全流程工艺制定了控制措施，确定了合金添加量、热轧加热、轧制温度、冷轧工艺、连退温度、清洁性等关键控制点，并制定了切实有效的改善措施。

冷轧汽车外板纵向条纹(棱线)缺陷，是IF钢普遍存在的一种缺陷，其产生原因较为复杂，解决措施也根据不同钢企各自特点涉及全流程设备、工艺等多方面因素，因此是长期困扰国内汽车面板生产的技术难题[1-4]。而且，钢厂对于该缺陷的检查手段也相对单一，很容易造成误判、漏判使得不良产品流出，给企业经济效益和社会效益带来了极大的困扰。

本钢某冷轧厂结合机组设备和全流程工艺特点，对IF钢产品产生的纵向条纹缺陷进行了分析和研究，明确了细密类纵向条纹缺陷的产生机理，并对产生缺陷的影响因素进行了相应的工艺优化以消除纵向条纹缺陷的产生。此外，增加了纵向条纹缺陷在线检验手段，避免了质检过程中的错漏判现象，不仅防止了纵向条纹不良品向下游客户的流出，而且提高了企业的经济效益及社会效益。

细密类纵向条纹特征

细密类纵向条纹缺陷一般沿钢板纵向分布，呈通卷出现且分布于整个板宽方向，条纹明暗相间，分界明显，明处条纹比正常基板偏白。以带钢冲压后打磨，轻微隐约可见条纹宽度小于2 mm，间距小于5 mm的细密纹路(图1)。将无缺陷和有缺陷钢板同时放置在大气环境下一段时间后，有缺陷钢板极易锈蚀。该类缺陷的最大特点是冲压前在带钢表面不易被发现，冲压后油石打磨冲压件表面出现色差，从而导致后续涂装效果不良，影响使用。

图1 细密类条纹宏观形貌

细密类纵向条纹产生机制

汽车外板用超深冲IF钢表面容易产生纵向条纹缺陷，产生的机理也错综复杂，对此学术界一直没有统一的观点[5-16]。在纵向条纹缺陷部位进行取样，对带钢表面和截面的金相分析发现，在带钢表面附近形成的组织再结晶不充分或未完全再结晶(图2)，晶粒沿轧向拉长5～15 μm，因而冲压时表面与内部变形不一致，导致冲压后出现轻微不连续细密条纹。

图2 缺陷位置截面金相组织

由于IF钢中含有的第二相粒子Ti和Nb在一定程度上对基体金属的再结晶温度有明显的影响。当第二相粒子的尺寸达到一定程度，并且粒子间的距离较宽(＞1 μm)时，会在其表面产生再结晶核心能；当第二相粒子的尺寸过小且较密集时，其形核会受到抑制，再结晶过程会受到阻碍。一般而言，IF钢中加入少量Ti、Nb，在相变过程中产生的第二相粒子使得IF钢再结晶阻力加大，析出物数量越多、越细密，阻力越大，从而致使IF钢的再结晶温度升高。如果温度低于再结晶温度的情况下进行热轧原料轧制过程，会出现未再结晶区域及混晶的问题进而影响冷轧后的最终产品，即细密类纵向条纹。

细密类纵向条纹控制策略

根据细密类纵向条纹产生的机理，需要从影响再结晶因素的角度以及IF钢的钢种特性来制定相应的工艺措施。

炼钢工序的工艺控制对策

IF钢中加入的钛、铌和碳及硫结合生成一系列的析出物，在随后的浇铸过程和热轧过程中逐步析出、演化和聚集长大。为了改善IF钢的成形性能，铁素体基体应该不含有间隙原子，并且析出的沉淀应该是更粗大的，而合金添加剂可以实现这个目标。所以合理的控制合金添加量，尤其是控制好Nb、Ti合金的含量，对消除细密类纵向条纹起着重要的作用。

IF钢中的Ti可以细化晶粒提高强度，但同时随着Ti含量的提高，钛化物的析出数量也会增多并且细密从而带来副作用。研究表明，IF钢中添加铝可以减少析出并且粗化析出物。再结晶织构分析表明，当铝的含量升高时，〔111〕ND织构(γ-织构)增加，〔110〕RD织构(α-织构)减少。铝含量较高的钢，再结晶过程完成较快，并且退火后的晶粒尺寸比铝含量低的钢晶粒尺寸大。

综上所述，结合现场的实际情况，合理的工艺措施：控制有害元素P、S和N含量；降低Nb和Ti的含量(Ti降0.01%、Nb降0.002%)；Als提高0.01%。

热轧工序的工艺控制对策

为了在后续退火过程中获得很强的有利织构，IF钢热轧过程工艺参数的制定围绕着获得均匀、细小的热轧铁素体晶粒和轧后稀疏、粗大的析出物这两个目标进行。

热轧期间IF钢的终轧方式有两种，即奥氏体区轧制和铁素体区的轧制。奥氏体区的轧制无论是粗轧还是精轧，温度都在Ar3以上；而铁素体区轧制时，粗轧温度在Ar3以上但精轧温度在Ar3以下。根据IF钢化学成分特征，其相变点在900 ℃以上，在相变点以上完成精轧轧制过程，一方面可保证轧制的稳定性，另一方面也可防止混晶情况的发生。如果降低终轧的温度，形成的热轧带钢织构是混晶和无序的，这两种结构都不利于最终冷轧薄板织构的。因此提高终轧温度有利于消除细密类条纹，尤其是加Ti的IF钢，其终轧温度通常都是越高越有利于消除此类条纹。

此外卷曲温度的调整也会对析出物的形态、大小、分布有着直接的影响。越高的卷曲温度越有利于析出和晶粒粗化，同时也会有利于无间隙原子钢产品力学性能的提高。

因此，结合连轧工序的工艺特点，合理的工艺措施：提高出炉温度约30～50 ℃；提高终轧温度约10～30 ℃；提高卷取温度约10～20 ℃；同时改变热轧卷冷却方式为通风及适当调整调压下率。

冷轧工序的工艺控制对策

对于冷轧工序而言，连续退火炉工艺段各项工艺参数，特别是加热段、保温段参数对变形金属再结晶过程会产生不同程度的影响。如果加热的速度过于缓慢会给变形金属创造足够的时间来在加热过程中进行回复，降低点阵畸变的程度，同时减少储藏能量，从而减小再结晶的驱动力，导致再结晶温度上升。但是加热速度过快时，在各温度下驻留的时间过短，造成形核与长大来不及进行使得再结晶的温度升高。

当把变形程度和退火保温时间作为不变的因子来看时，再结晶的速度会伴随退火温度的升高而加快，产生一定体积分数的再结晶所需要的时间也越短，再结晶后形成的晶粒也越粗大，以至于在一定范围内延长保温时间会降低再结晶温度，如图3。

图3 退火时间与再结晶温度的关系示意图

因此，冷轧工序的调整只需保证带钢表面完全再结晶即可。

(1) 合理控制加热段、保温段温度；优化工艺段速度(工艺段速度提高20%)，满足再结晶所需的加热速度。

(2) 提高退火温度，在保证退火炉不断带的前提下，退火温度提高约5～10 ℃，提高平整延伸率0.1%。

(3) 优化清洗段漂洗水温度等关键工艺参数，确保带钢在连退清洗段的表面清洁性，使带钢表面再结晶无外界阻力。

通过工艺调整，确保带钢表面完全再结晶，从而避免或消除此类纵向条纹缺陷的产生(图4)。

图4 改善工艺后的冲压件表面

防不良品流出

一般而言，钢厂通用的检验方法是在带钢原板上油石打磨表面进行肉眼识别，但这种方法只能检查出辊印、硌印、划伤等常规缺陷，而细密类纵向条纹在带钢原板上打磨很难发现，直到下游汽车厂冲压打磨后才会发现。因此对细密类条纹的检验可以合理运用模拟冲压机来配合，具体步骤为：

(1) 取无划伤样板。成品钢卷在重卷机组生产时，每个成品卷的带头、带尾均取1张上下表面无划伤的600 mm×板宽的样板，以此来保证母卷的带头、带中、带尾部分都能检查到。

(2) 制备微冲试样。用剪板机按图5要求切成两张600 mm×600 mm的微冲试样，并在微冲试样上注明材料号、轧制方向、传动侧或操作侧的位置、同时注明上表面或下表面。

(3) 清理试样表面，保证表面的清洁性。用干净棉布把微冲试样擦拭干净，要求无油污、无灰尘，并对钢板表面进行肉眼观察，有无条状纹路。

图5 微冲试样示意图

(4) 微冲实验。采用HYSYS-200 Ton MINI PRESS试验机对清理好的微冲试样进行变形量为3%～4%的模拟冲压。

(5) 打磨判定。用专用质检油石对微冲样变形区域进行打磨，打磨方向为垂直于已标注的轧制方向，打磨时要注意用力均匀。观察打磨后的微冲试样变形区域表面形貌，对出现细密类纵向条纹的样板做内部降级处理，在判定记录单上做好卷信息、条纹轻重程度等记录项目，条纹降级卷禁止流出。对无条纹的试样做好卷信息和判定情况记录，可正常放行。