分享：DP800双相钢热轧板表面氧化皮红锈的产生原因
李远鹏1,马二清2,崔 磊2,江社明1,张启富1
(1.中国钢研科技集团有限公司 先进金属材料涂镀国家工程实验室,北京 100081; 2.马鞍山钢铁股份有限公司,马鞍山 243003)
摘 要:对 DP800双相钢热轧板表面氧化皮的红锈缺陷的产生原因进行了分析。结果表明:热 轧板表面红锈区域氧化皮的厚度是正常区域的2倍,该区域氧化皮中的 Mn,Cr,Mo元素含量较 低,不能形成致密的氧化皮,因此红锈区域氧化皮疏松;酸洗及冷轧后,红锈区域和正常区域表面的 化学成分几乎一致,红锈区域的粗糙度较正常区域偏高,且红锈区域的氧化皮能够被完全酸洗掉。
关键词:双相钢;热轧板;氧化皮;红锈;酸洗 中图分类号:TB31;TG115.2 文献标志码:B 文章编号:1001-4012(2022)11-0061-04
双相钢是一种先进高强度钢(AHSS),具有低 屈强比、高初始加工硬化率、抗拉强度与延性的良好 匹配等优点[1-2],在超轻车身用钢(ULSAB-AVC)项 目中的使用量占到了高强钢的70% [3]。 随着双相钢使用量的增加,对其表面质量的要 求也越来越高。影响镀锌双相钢表面质量的因素除 冷轧原料和镀锌工艺外,热轧板的表面质量也是一 个重要因素。笔者对 DP800双相钢热轧板表面氧 化皮产生的红锈进行了分析,研究了红锈对后续酸 洗及冷轧工序时钢板表面质量的影响。
1 试验材料及方法
1.1 试验材料
试验材料为 DP800双相钢的热轧原料,厚度为 2.94mm,热轧板的卷曲温度为552 ℃。DP800双 相钢的主要化学成分如表1所示。
为了分析热轧原料表面氧化皮产生红锈对冷轧 板表面质量的遗传性影响,采用400 mm 单机架4 辊冷轧模拟机对酸洗后的热轧原料进行模拟冷轧, 冷轧各道次的厚度及压下率如表2所示,其中设定 初始厚度为3mm,实际初始厚度为2.98mm。
1.2 试验方法
从 热 轧 和 各 道 次 冷 轧 板 上 切 取 尺 寸 为 10mm×10mm(长×宽)的试样,经冷镶后磨制、抛 光试样的截面,随后将试样腐蚀并进行金相检验。 采用 FEIQuantaFEG650型扫描电镜(SEM) 对试 样 表 面 氧 化 层 进 行 形 貌 分 析,采 用 Pegasus Apex4型能谱仪对试样进行微区成分分析。 采用 GDA850型辉光放电光谱仪对热轧氧化 皮中 O,Fe,Si,Mn,Cr等元素分布进行分析。
2 理化检验
2.1 宏观观察
热轧板及酸洗板表面的宏观形貌如图1所示。 由图1可知:热轧板表面的红锈沿着轧制方向分布, 呈长条 纹 状,宽 度 为 10~20 mm,长 度 为 200~ 300mm[见图1a)];酸洗后,钢板表面的红锈区域 有暗色残留,且粗糙度较大[见图1b)],但对后续钢 板的使用不造成影响。
2.2 SEM 及能谱分析
热轧氧化皮表面及截面的 SEM 形貌如图2,3 所示。由图2可以看出,氧化皮红锈区域的表面凹 凸不平,有很多表面裂纹,表明该区域的氧化皮脆性 大,容易发生开裂脱落。由图3可以看出,红锈区域 氧化皮的厚度约为16μm,而正常区域氧化皮的厚 度约为7.8μm,红锈区域氧化皮的厚度约为正常区 域的2倍,而且红锈区域的微观结构更加疏松。
酸洗后钢板表面红锈区域和正常区域的 SEM 形貌分析结果显示,红锈区域表面更加粗糙,表明氧 化铁皮对钢板基体有一定的侵入。 对酸洗板表面进行能谱分析,发现红锈区域和 正常区域的化学成分基本一致,表明酸洗去除表面 氧化皮的效果较好。
2.3 辉光光谱分析
热轧板氧化皮的辉光光谱分析结果如图 4 所 示。由图4a)可以看出,氧化皮正常区域的 O 元素 含量比红锈区域低,红锈区域的 O 元素深度分布为 正常区域的 2 倍,正常区域的 O 元素深度分布较 浅,这与SEM 分析结果基本一致,说明红锈区域的 氧化皮厚度大于正常区域。由图4b)可以看出,热 轧氧化皮正常区域的 Mn,Cr,Mo元素含量要远远 大于红锈区域的 Mn,Cr,Mo元素含量,且均在深度 为2.5μm 处出现了一个峰值,说明正常区域的热轧氧 化 皮 有 Mn,Cr,Mo 元 素 富 集,而 红 锈 区 域 中 Mn,Cr,Mo元素含量低,且没有峰值。 酸洗板表面的辉光光谱分析结果如图5所示。 由图5可以看出,经过酸洗之后,正常区域和红锈区 域的 Fe,O,Si,Mn,Cr,Mo等元素分布几乎一致, 表明正常区域和红锈区域的氧化皮均已被完全酸洗 干净,无残留。酸洗板的正常区域和红锈区域表面 化学元素的分布几乎一致,表明红锈区域的化学成 分对热镀工艺影响很小,热镀模拟试验结果也证明 了这一点。
2.4 冷轧模拟试验后的SEM 分析
经冷轧模拟试验后,采用 SEM 对酸洗板表面 进行观察,结果如图6,7所示。由图6可以看出,经 冷轧后酸洗板正常区域也有表面凹凸不平的现象, 经过5道次轧制后,表面凹凸不平的现象得到了减 轻。由图7可以看出,经过5道次冷轧后,酸洗板红 锈区域表面凹凸不平的现象同样也得到了减轻,且 红锈区域表面形貌与正常区域没有明显差异。
3 综合分析
热轧板表面的氧化皮由2层结构组成,接近钢 板基 体 的 一 层 是 灰 色 的 FeO,而 氧 化 皮 表 层 是 Fe3O4,呈现黑色[4]。若氧化皮有一定的裂纹,与氧 气充 分 接 触 后,Fe3O4 表 层 会 出 现 疏 松 的 红 色 Fe2O3 层,Fe2O3 层只占氧化层的1%。
由辉光光谱分析结果可知,热轧板氧化皮红锈区 域中合金元素的含量低于正常区域。大量研究表明, 钢中合金元素 Mn,Cr,Mo会抑制热轧氧化皮的增厚, 原因是合金元素会生成较致密的合金氧化层,降低了 氧原子向内部的扩散速率[5]。因为热轧板氧化皮红锈 区域的合金元素含量低,所以生成了较厚的氧化皮,且 氧化皮呈疏松结构,正常区域中的合金元素含量正常, 促进了氧化皮的致密化,因此氧化皮较薄。 热轧板在进入热轧工序的粗轧机和精轧机前, 板坯需进行高压水除鳞处理,板坯表面熔融的硅酸 盐化合物若清除不彻底,后续黏附在板坯表面,会造 成基体侵入[6-7]。该钢板少数部位除鳞不彻底,造成 了合金元素向氧化皮表面扩散速率慢,因此形成了 较厚的氧化皮。 酸洗后钢板表面红锈区域和正常区域的化学成 分基本没有差异,说明红锈区域较厚的氧化皮对酸 洗质量没有造成影响。冷轧模拟试验结果表明,冷 轧后酸洗板表面的红锈区域和正常区域没有差异。 因此,热轧板表面的红锈对酸洗以及冷轧工序不会 造成不良影响。
4 结论
(1) 热 轧 板 表 面 氧 化 皮 红 锈 区 域 厚 度 为 16μm,正常区域的厚度为7~8μm,红锈区域氧化 皮疏松,造成了氧化皮厚度增加。 (2)氧化皮红锈区域的 Mn,Cr,Mo元素含量 较低,因此红锈区域不能形成致密的氧化皮,形成原 因为板坯表面除鳞不彻底,红锈区域基底残留的硅 酸盐化合物造成合金元素扩散慢。 (3)酸洗及冷轧后钢板表面红锈区域和正常区 域的化学成分几乎一致,只是红锈区域的粗糙度比 正常区域高,红锈区域的氧化皮能够被完全酸洗掉, 对后续使用不造成影响。
文章来源：材料与测试网
