房 鑫,楊向鵬,陳 光

(寶山鋼鐵股份有限公司 1.中央研究院,上海 201999;2.制造管理部,上海 201900)

目前,國(guó)內(nèi)外各大鋼廠的常規(guī)除鱗工藝為酸洗工藝,所產(chǎn)出的酸洗材除少部分作為商品材直接出售外,絕大部分是向后續(xù)冷軋機(jī)組供料,生產(chǎn)各類普冷產(chǎn)品、涂鍍產(chǎn)品等。冷軋也是檢驗(yàn)除鱗質(zhì)量的最有效證明,各類除鱗不良、缺陷在冷軋、退火或涂鍍后都會(huì)得以放大,因而冷軋環(huán)節(jié)對(duì)除鱗工藝提出了很高的要求。寶鋼無(wú)酸除鱗BMD(Baosteel Mechanical Descaling)技術(shù)是寶鋼自主研發(fā)的一種新型環(huán)保除鱗工藝,目前該技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于汽車大梁用鋼、車輪用鋼、精沖鋼等熱軋板/卷原料的表面除鱗,產(chǎn)出BMD商品材,其表面質(zhì)量可充分滿足下游用戶的成形、沖裁、涂裝等使用要求[1]。為了拓展BMD技術(shù)在冷軋領(lǐng)域的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)對(duì)酸洗工藝的全面替代,有必要對(duì)BMD產(chǎn)品的冷軋向供料進(jìn)行大生產(chǎn)驗(yàn)證。

無(wú)間隙原子鋼(IF鋼)因具有高延伸率、良好的深沖性能以及無(wú)時(shí)效性等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于汽車等制造業(yè)中[2-3],用以制造各種高表面質(zhì)量要求的內(nèi)、外板。本文選取普冷IF鋼(罩式退火)這一典型鋼種,對(duì)兩種除鱗工藝(BMD工藝、常規(guī)酸洗工藝)后的卷料進(jìn)行同樣的冷軋、退火、平整等處理,最終產(chǎn)出普冷IF產(chǎn)品(牌號(hào):DC04),通過(guò)對(duì)各工序成品的取樣檢測(cè)分析,明確兩種除鱗工藝?yán)滠埉a(chǎn)品的質(zhì)量差異,并為BMD技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

為保證兩種除鱗工藝所用原料各方面性能相同,選取了同一卷熱軋鋼卷作為試驗(yàn)卷(表1),然后在熱軋精整機(jī)組進(jìn)行分卷,其中1卷進(jìn)行BMD工藝除鱗,另外1卷進(jìn)行常規(guī)酸洗除鱗。

1.2 工藝路徑及取樣要求

分卷后的兩卷料只在除鱗工藝上存在不同,后續(xù)的冷軋各工序均保證相同,并且為了排除設(shè)備狀態(tài)波動(dòng)導(dǎo)致的差異,兩卷料在冷軋各工序均安排在同一個(gè)生產(chǎn)計(jì)劃內(nèi)先后完成。具體工藝路徑為:除鱗(BMD除鱗/酸洗除鱗)→ 五機(jī)架冷連軋(出口厚度0.806 mm)→精整返修切邊→罩式爐退火→平整(出口厚度0.800 mm)→精整(出口寬度1 660 mm)。

為了對(duì)各工序成品表面狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)估,在各機(jī)組出口均進(jìn)行了取樣(其中罩退后樣板為平整入口取),取樣尺寸為全板寬×長(zhǎng)500 mm。

表1 試驗(yàn)熱軋卷料信息Table 1 Information of test coils

1.3 性能測(cè)試及表征

對(duì)工序成品的表面狀態(tài)(形貌、成分、電化學(xué)特性等)進(jìn)行了綜合分析,具體評(píng)價(jià)分析項(xiàng)目見(jiàn)表2。

表2 不同表面檢測(cè)分析方案Table 2 Characterization plan of different surfaces

2 結(jié)果與討論

2.1 各工序成品表面粗糙度

表面粗糙度是衡量最終成品的關(guān)鍵指標(biāo)之一,為了明確其演變規(guī)律,采用手持粗糙度測(cè)量?jī)x(觸針式)對(duì)各工序成品的表面粗糙度進(jìn)行了測(cè)量,數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。可以看到,除鱗后表面Ra還是有明顯差別的,BMD表面明顯高于酸洗表面。但在經(jīng)過(guò)冷軋之后,各工序成品則沒(méi)有明顯差異,并且對(duì)于最終普冷成品(平整表面)的檢測(cè)表明,BMD工藝普冷成品表面的峰值數(shù)RPc值優(yōu)于酸洗工藝普冷品。在粗糙度相近的情況下,更高的RPc值有助于獲得更好的涂裝效果。

表3 各工序成品的表面粗糙度檢測(cè)結(jié)果 Table 3 Surface roughness results after each process

2.2 除鱗表面及截面形貌對(duì)比

采用掃描電子顯微鏡對(duì)兩種工藝除鱗后的表面及截面微觀形貌進(jìn)行表征,如圖1所示。由圖1(a)、(b)可知,BMD除鱗表面存在較大起伏,有較多的翹皮與破碎,這應(yīng)當(dāng)是射流除鱗的原理所致:磨料在沖擊清除鋼材表面氧化皮的同時(shí),基體也會(huì)受到作用并形成擊打后的起伏凹坑、微觀翹起等。酸洗除鱗表面則相對(duì)平整,但是發(fā)現(xiàn)表面存在微小裂紋,通過(guò)截面的放大圖得以確認(rèn),表層存在晶界過(guò)酸洗的現(xiàn)象,如圖1(d)所示,可以看到受到酸液侵蝕而凹陷的晶界。鱗皮清除率方面,BMD除鱗表面和酸洗板除鱗表面均未發(fā)現(xiàn)鱗皮殘留。

2.3 冷軋板表面活性

冷軋后的鋼卷在庫(kù)存及周轉(zhuǎn)運(yùn)輸過(guò)程中為了防止出現(xiàn)銹蝕,一般是在其表面涂覆防銹油進(jìn)行短期防護(hù)(軋硬表面會(huì)殘留適量軋制油,也有一定防銹效果),但材料本身的特性也是關(guān)鍵因素之一。為了對(duì)比兩種除鱗工藝?yán)滠埍砻娴哪臀g性,采用電化學(xué)方法對(duì)不同冷軋工序(冷軋、退火、平整)成品的表面電位進(jìn)行測(cè)試:測(cè)試前脫脂劑對(duì)樣板表面進(jìn)行脫脂以去除防銹油等,電化學(xué)測(cè)試采用三電極測(cè)試體系,試驗(yàn)溫度為20 ℃,結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知,BMD冷軋后的表面電位為-453.7 mV,明顯低于酸洗冷軋后的-348.2 mV,說(shuō)明BMD軋硬板的耐腐蝕性低于酸洗軋硬板;而在退火及平整后,兩種工藝的表面電位只有很小差別,BMD的還略高,說(shuō)明兩種工藝的退火板和成品的耐蝕性相近。

2.4 普冷成品表面形貌

用于制作汽車內(nèi)外板的普冷IF鋼,其冷軋成品的表面形貌是影響用戶沖壓時(shí)成形性能、涂裝效果的關(guān)鍵因素[4-5]。采用掃描電子顯微鏡對(duì)普冷成品的表面形貌進(jìn)行觀察,結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看到,兩種工藝的普冷成品表面的毛化坑大小及均勻程度接近。然后采用激光共聚焦顯微鏡對(duì)表面三維輪廓進(jìn)行表征,如圖3所示。由圖3可知,兩種工藝普冷成品的表面毛化凹坑的微觀起伏相似。結(jié)合表3中的對(duì)普冷成品表面粗糙度Ra及峰值數(shù)RPc檢測(cè)結(jié)果,可以推測(cè)兩種普冷板在沖壓成形時(shí)的儲(chǔ)油能力及摩擦性能相近,同時(shí)在涂裝時(shí)表面與涂料的附著力也會(huì)接近。

表4 表面電位測(cè)試結(jié)果Table 4 Surface electric potential test results

2.5 普冷成品力學(xué)性能

對(duì)兩種工藝的普冷成品進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)表5。兩種工藝普冷成品的各項(xiàng)力學(xué)性能十分接近,且均滿足寶鋼企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《Q/BQB 408—2018 冷成形用冷軋低碳鋼板及鋼帶》及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 5213—2019 冷軋低碳鋼板及鋼帶》中對(duì)該牌號(hào)的力學(xué)性能要求。BMD工藝雖然是采用射流擊打的力學(xué)方式進(jìn)行除鱗,與酸洗工藝化學(xué)方式除鱗存在原理上的根本區(qū)別,但是不會(huì)影響最終普冷成品的力學(xué)性能。

表5 力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果Table 5 Mechanical property test results

2.6 普冷成品掛片涂裝質(zhì)量

取兩種工藝的普冷成品樣板若干,按同樣尺寸裁切、沖孔后,送至某乘用車主機(jī)廠進(jìn)行隨線掛片涂裝,然后對(duì)其電泳漆膜質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估。

(1) 電泳漆膜厚度及表面粗糙度。用手持式超聲波漆膜測(cè)厚儀分別對(duì)不同取樣位置的BMD工藝普冷板和酸洗普冷板進(jìn)行了膜厚測(cè)量,結(jié)果表明:不同部位取樣的BMD冷軋板和酸洗冷軋板的膜厚均在18～20m間。然后采用手持粗糙度測(cè)量?jī)x(觸針式)對(duì)漆膜表面粗糙度進(jìn)行了測(cè)量,結(jié)果如表6所示。由表6可見(jiàn),兩種工藝普冷板涂裝后表面粗糙度非常接近。

表6 電泳漆膜表面粗糙度測(cè)量Table 6 Surface roughness value of coated plates

(2) 磷化膜質(zhì)量。磷化膜的完整性和結(jié)晶形貌直接影響后續(xù)電泳涂裝漆膜的表面質(zhì)量。為了對(duì)比兩者的磷化質(zhì)量,使用化學(xué)試劑將表面電泳漆膜溶去,然后采用掃描電子顯微鏡對(duì)磷化膜進(jìn)行表征,分別拍攝了200倍和1 000倍的照片,結(jié)果見(jiàn)圖4。200倍照片用于觀察磷化膜的完整性,兩種工藝樣板的磷化膜覆蓋情況均完整;1 000倍照片用于觀察磷化結(jié)晶的形貌及均勻性,兩種工藝樣板的磷化結(jié)晶形狀相近,尺寸相近且分布均勻。通過(guò)以上結(jié)果,認(rèn)為BMD工藝普冷板和酸洗工藝普冷板在磷化和電泳涂裝質(zhì)量方面相似。

3 結(jié)論

(1) BMD除鱗和酸洗除鱗表面在微觀形貌和粗糙度上有較大差別,這由兩者的除鱗原理所決定,但是兩種工藝均能實(shí)現(xiàn)鱗皮的有效清除。

(2) 在經(jīng)冷連軋、退火、平整后,最終成品所表現(xiàn)出的力學(xué)性能、微觀形貌無(wú)明顯差異。

(3) 在用戶處的掛片試驗(yàn),進(jìn)一步明確兩種工藝的普冷成品具有相近的涂裝性能。

(4) 本次大生產(chǎn)驗(yàn)證可初步明確,BMD工藝可應(yīng)用于普冷IF鋼的表面除鱗,替代酸洗工藝實(shí)現(xiàn)向冷軋工序的供料。