深沖IF鋼作為鋼鐵企業(yè)的主要冷軋產品之一，主要是利用板材的塑性變形，經過一次或多次沖壓加工以形成所需穩(wěn)定的最終形狀，因此被廣泛應用于汽車制造、家電生產及管件成型等行業(yè)[1]。隨著鋼鐵市場同質化競爭的日益激烈，幾乎所有的鋼鐵制造商都將研發(fā)和生產的重點轉移到高端家電鋼和汽車用鋼領域以求擺脫困局。但是深沖IF鋼產品在市場上是一個相對成熟的產品，市場份額已經被寶鋼、首鋼、馬鋼等大型鋼鐵企業(yè)占據(jù)，而且隨著客戶需求的提高，僅僅是滿足國內標準是不能滿足客戶的需要的，客戶對深沖IF鋼產品從性能到表面質量等都提出了更為嚴格的要求[2]。深沖IF鋼具有良好的深沖性能，能夠沖壓成形復雜結構的零部件。深沖IF鋼的表面質量好壞會嚴重影響零部件沖壓后的表面質量，因此在對深沖IF鋼性能控制的同時要進行表面質量控制。氧化鐵皮是深沖IF鋼常見的一種表面缺陷，該種缺陷的存在會導致深沖IF鋼產品降級改判，進而對鋼鐵制造生產和訂單交付帶來很大的影響，其中三次氧化鐵皮無法通過調整熱軋加熱工藝、除鱗水壓力以及酸洗參數(shù)等常規(guī)手段去除，本文對深沖IF鋼三次氧化鐵皮進行宏觀形貌、微觀形貌、三維形貌及元素組成分析和研究，并制定有針對性的改善措施，實現(xiàn)減少深沖IF鋼表面三次氧化鐵皮的產生。

1.   實驗材料

實驗料取自山東鋼鐵集團日照有限公司工業(yè)化生產的連退深沖IF鋼板，鋼板規(guī)格為： 0.8 mm×1250 mm，其化學成分見表1，不含Cr、Ni等元素。工廠生產工藝流程如下：鐵水預處理→轉爐冶煉→RH真空精煉→連鑄→熱軋→酸連軋→連續(xù)退火→平整。

2.   深沖IF鋼三次氧化鐵皮宏觀形貌

一般三次氧化鐵皮較難發(fā)現(xiàn)和識別，故控制起來比較困難，且隨鋼種、工藝等不同其形貌、特征表現(xiàn)變化較大。通過對生產的深沖IF鋼表面殘留的三次氧化鐵皮存在位置進行觀察，發(fā)現(xiàn)其只存在冷軋卷的下表面，肉眼觀察每塊缺陷出現(xiàn)位置之間間隔較大，缺陷呈黑色，有“彗星尾”，長度約1~5 mm。

針對上述情況調查缺陷卷對應熱軋原料卷表面情況，無任何肉眼可見缺陷。

3.   深沖IF鋼三次氧化鐵皮三維形貌分析

利用三維形貌儀對深沖IF鋼三次氧化鐵皮位置進行三維形貌觀察，具體見圖2。對缺陷處進行超聲波震蕩清洗，去除殘留雜質，利用三維形貌儀對三次氧化鐵皮附著位置進行不同倍數(shù)下三維形貌觀察。從觀察結果可看出，對照設備標尺，在最小倍數(shù)下觀察缺陷位置，缺陷寬度約為200 μm，呈“長條”狀分布在鋼板表面，有一定深度，最深處約為22 μm左右（圖2（b））；增加觀察倍數(shù)后可發(fā)現(xiàn)三次氧化鐵皮呈嵌入式嵌入基體表層，根據(jù)對應標尺也可看出缺陷較深處約為11.566 μm，較淺位置約1~2 μm，氧化鐵皮間斷、不致密，呈現(xiàn)分層狀態(tài)，深淺不一（圖3），結構較為疏松。

4.   深沖IF鋼三次氧化鐵皮掃描電鏡分析

采用鎢燈絲掃描電子顯微鏡（SEM）及配套的能譜儀（EDS）對上述深沖IF鋼表面觀察到的三次氧化鐵皮進行微觀形貌觀察及元素組成分析，可以清晰看到三次氧化鐵皮表面不平整（圖4），存在一些深度較淺的凹坑及劃痕，劃痕方向與鋼板軋制方向相同，呈嵌入式嵌入基體。對缺陷位置放大后觀察，發(fā)現(xiàn)缺陷處存在一些褶皺、表面凹凸不平，缺陷位置處明顯存在幾塊與基體黏連的“鐵皮”。通過對該處位置進行元素組成分析可發(fā)現(xiàn)，該處在掃描電鏡的能譜圖中顯示含有Fe、O、Cr、Ni等元素（圖5），F(xiàn)e和O為典型的氧化鐵皮特征。精軋輥換輥后表面氧化膜剝落情況如圖6所示。

熱軋精軋區(qū)軋輥采用高Cr、Ni成分的輥子，工作層的成分如表2所示。上述實驗中，對三次氧化鐵皮出現(xiàn)位置進行元素組成分析，能譜結果可見較明顯的Cr、Ni元素信號，而出現(xiàn)三次氧化鐵皮的基體深沖IF鋼中并未含有Cr、Ni等成分，可以確認缺陷處的Cr、Ni成分來自于精軋輥。

精軋F1~F3機架工作輥在高溫、高壓、大壓下量和驟冷驟熱條件下工作，其輥面氧化膜周期性承受巨大的交變應力，達到一定疲勞極限后，輥面氧化膜中微裂紋在裂紋源處產生、擴展。裂紋尺寸長大到一定程度時，垂直于輥面的裂紋與平行于輥面的裂紋匯合，在工作輥和熱軋帶鋼間強大的剪應力作用下，輥面氧化膜剝落[3]。主要原因是輥子中的Ni在鐵中的擴散系數(shù)低，以薄膜的形式聚集在合金核心周圍，該薄膜降低氧化速率，但是在氧化物中形成Ni合金網狀使軋制過程中氧化物的粘附力升高，從而導致軋入氧化鐵皮，隨Ni含量增加而變得更為嚴重。本文提到的三次氧化鐵皮就屬于軋制過程中軋輥輥面氧化膜的剝落，在后續(xù)機架中被碾入帶鋼表面，形成帶“彗星尾”形貌的三次氧化鐵皮。

5.   結束語

深沖IF鋼的生產，從板坯加熱到粗軋、精軋、卷取及之后的冷卻，整個熱軋帶鋼生產過程一直伴隨著氧化，精軋過程中和精軋后、卷取前生成的為“三次氧化鐵皮”[4]。肉眼觀察深沖IF鋼表面三次氧化鐵皮的呈黑色、有“彗星尾”，且該處位置的元素組成中含有Cr、Ni等特征成分，也證實三次氧化鐵皮來自于精軋輥。根據(jù)資料顯示，首鋼某汽車板生產線在生產過程中，除鱗系統(tǒng)故障和輥道熱劃傷導致的氧化鐵皮缺陷比例低于5%，但由于精軋機架間帶鋼溫度偏高，精軋工作輥輥面不良，導致的三次氧化鐵皮缺陷比例高達95%。通過投用了機架間除鱗裝置、工藝水改造、控制軋輥輥面質量和控制軋制過程溫度等措施有效解決三次氧化鐵皮[5]。結合研究結果和其他廠生產經驗，為控制深沖IF鋼三次氧化鐵皮的產生，需要定期更換精軋輥、降低精軋過程軋制溫度[6]、開啟機架間冷卻水等[7]。

經過采取三次氧化鐵皮的相應控制措施之后，深沖IF鋼在2022年下半年未再出現(xiàn)批量的三次氧化鐵皮，控制效果明顯。

參考文獻

[1]康海軍,劉明輝,高洪剛. 熱軋工藝對超深沖IF鋼冷軋板力學性能影響研究. 金屬世界,2010(1):37

[2]韓冰. 深沖及超深沖鍍鋅產品生產技術研究與應用[學位論文]. 唐山: 華北理工大學, 2019: 9

[3]夏先平,何曉明,孫業(yè)中,等. 三次氧化鐵皮缺陷的成因分析. 寶鋼技術,2002(4):33doi: 10.3969/j.issn.1008-0716.2002.04.007

[4]李顯. 熱軋帶鋼表面三次氧化鐵皮質量缺陷分析與預防. 柳鋼科技,2015(6):3

[5]周旬,王松濤,王曉東,等. 機架間除鱗對熱軋帶鋼三次氧化鐵皮的影響分析. 軋鋼,2016(4):17

[6]畢國喜. 熱軋板卷紅色氧化鐵皮的成因及對策. 金屬世界2012（4）: 8

[7]余萬華, 周斌斌, 陳龍. 去除氧化鐵皮的新方法介紹. 金屬世界2010（3）: 46

文章來源——金屬世界