DC03 冷軋板橘皮狀表面缺陷的控制實踐

成曉舉 厚健龍 向 華 杜亞偉 李 堃 于永業

（安陽鋼鐵集團有限責任公司）

0 前言

典型的低碳鋁鎮靜鋼DC03 冷軋板作為第二代深沖鋼的代表，室溫下的組織為單相鐵素體，因此其屈服強度和抗拉強度較低，塑性較好；并且通過控制該鋼種二相粒子的溶解與析出，形成較強的有利織構，其深沖性能大為提高[1]。該鋼種廣泛應用于汽車零部件、電器產品零部件及家具裝修部件等延展性要求較高的產品。

DC03 冷軋板在加工使用中最關鍵的環節是“沖壓成型”過程，它關系到DC03 冷軋板的可加工性與可使用性。筆者結合安陽鋼鐵集團有限責任公司（以下簡稱“安鋼”）所生產的DC03 冷軋板在國內某門業用戶使用過程中存在的“沖壓橘皮”現象，從化學成分、熱軋工藝、退火平整工藝等方面進行了優化，有效控制了橘皮缺陷的發生，取得了較好的效果，對該系列冷軋板的質量提升和用戶個性化需求具有一定的借鑒經驗。

1 存在問題

安鋼DC03 冷軋板批量供貨以來，產品沖壓性能良好，但近期國內某制門企業反饋0.60～0.90 mm的DC03 冷軋板在沖壓時，出現橘皮缺陷頻次增多，且橘皮非常明顯、有高低起伏的手感，基本上無法使用。沖壓門板表面橘皮實物如圖1 所示。

圖1 沖壓門板表面橘皮實物

2 原因分析

2.1 力學性能分析

對產生缺陷的同批次產品取樣進行性能檢驗，并與剛制造完成時的檢測結果進行對比，結果見表1 和圖2，發現制造完成10 天后的DC03 冷軋板的應力-應變曲線具有明顯的屈服平臺，且屈服平臺長度達到了約2%。

當對具有一定屈服延伸的鋼板進行加工時，其應力一旦接近屈服點，變形將會首先在應力集中的區域開始，并出現軟化現象，應力下降。在應力作用下，變形在這個區域可以繼續進行到一定程度，但離變形區較遠的地方，則不會發生變形。這時鋼板表面在變形過程中出現的這種不均勻塑性變形就表現為褶皺[2]。

從表1 和圖2 可以看出，剛制造完進行拉伸檢驗時未見明顯的屈服平臺，但10 天后屈服平臺出現，同時屈服極限增加，達到了30 MPa。這種低碳鋁鎮靜鋼在制造完成一段時間后, 由于過飽和固溶體脫溶而導致鋼板強度增加、產生屈服平臺的現象稱為時效。即DC03 橘皮缺陷的產生極可能是時效導致了DC03 冷軋板性能的變化和屈服延伸的產生，進而造成了冷軋板加工橘皮缺陷。因此，為了解決加工橘皮缺陷，必須減小冷軋板的時效影響。

表1 同批次產品不同時間性能檢測結果對比

圖2 典型拉伸曲線

2.2 金相組織分析

為分析DC03 冷軋板橘皮缺陷產生的原因，對缺陷試樣進行金相組織分析。試樣經4%硝酸酒精溶液侵蝕后進行觀察，基體組織為鐵素體+珠光體，晶粒度為7.5 級，如圖3 所示。

圖3 DC03 缺陷位置的金相組織（200×）

從圖3 可以看出，試樣組織中鐵素體晶粒的大小不均，大的晶粒周圍存均在較多細小晶粒，存在一定混晶現象，而混晶是造成沖壓橘皮的可能原因之一[3]。一般認為造成鋼材晶粒粗大的原因主要是鋼帶的熱軋終軋溫度過低，低于相變溫度Ar3，帶鋼在α+γ 兩相區內進行塑性變形，使得鐵素體組織在相對高溫下迅速長大，變成粗大的二次晶粒，而奧氏體組織轉變為細晶粒二次組織，粗大的晶粒具有較低的界面能，在后續加工過程中會吞噬小晶粒，成為異常晶粒；隨著退火溫度的提高或退火時間的延長，晶粒繼續長大，形成異常粗大的晶粒[4]，即混晶。因此，改善混晶的重點是對熱軋終軋溫度的控制，要使終軋溫度高于Ar3。

3 改進試驗及結果

在低碳鋁鎮靜鋼中，鐵素體基體內的固溶碳和氮含量是影響冷軋板時效性能的關鍵因素之一，在連退過程中，溫度的降低將使鐵素體中的碳、氮溶解度減小，在冷卻過程中析出滲碳體和氮化鋁（又稱柯氏氣團）。滲碳體和氮化鋁的固溶析出，一方面細化了晶粒、析出強化促進了強度增加，另一方面通過對位錯的反復釘扎和解釘扎導致了屈服延伸的產生。因此，工藝調整重點是圍繞碳、氮的固溶析出進行的。

3.1 化學成分調整

當碳含量不同時，在帶鋼冷卻過程中，碳的析出狀態并不一樣，同一溫度下碳含量高、過飽和度大，滲碳體更容易析出，滲碳體相對大而數量少，時效效果小；碳含量低時，過飽和度小，析出更困難，但滲碳體細而多，時效強化效果較大；當碳含量很低時，可供析出的碳含量也低，滲碳體細小但數量少，造成的時效強化效果也小，這使得在某一碳含量情況下，造成的時效強化效果最大。不同碳含量的的時效指數如圖4 所示[3]，隨著碳含量的增加，時效指數起初幾乎是直線上升的，當含碳量達到0.005 0%時，時效指數達到最大，大約是75 MPa[5]；而問題批次的DC03 碳含量在0.003%～0.005%，此范圍的時效指數波動可達40 MPa 以上。因此，為促進連退過程中碳含量充分析出，將DC03 鋼的碳含量由之前的“≤0.010%的超低碳”水平調整為“0.01%～0.03%微碳”水平，避開時效最強的范圍。

圖4 時效指數

3.2 熱軋工藝調整

眾所周知，由于連退運行速度快，熱處理時間短，使得鋼中固溶的碳、氮等在連退生產過程中沒有充足的時間析出，因此有必要在連退工序以前促進固溶元素的充分析出。在低碳鋁鎮靜鋼的熱軋過程中，固溶的氮能夠以氮化鋁的形式在熱軋卷取過程中析出，同時研究表明隨著卷取溫度的升高，氮化鋁的析出更充分[6]。為了避免在連退過程中或連退完成后氮化鋁的大量析出，采用了熱軋高溫卷取，將熱軋卷取溫度由680 ℃提升至了710 ℃。

其次，為避免混晶的影響，重點控制熱軋終軋溫度。對調整成分后的Ar3溫度進行了測算，大約為810 ℃。為此采用了高溫終軋以避開熱軋兩相區軋制，工藝溫度設定≥900 ℃。

3.3 連退工藝調整

冷軋板屈服平臺的產生主要來源于柯氏氣團在變形過程中對位錯的反復釘扎和解釘扎。平整時的冷變形可以使位錯脫離間隙原子團，以致隨著平整率的增大，在隨后的變形時只需要較低的應力便開始屈服。隨著平整率的提高，屈服延伸降低，在一定的平整條件下屈服平臺完全消失。因此，可以通過施加平整來減小DC03 冷軋板的時效影響，使得冷軋板在深加工使用中產生均勻變形，而不致產生局部變形。連退工藝調整后，0.60.9 mm 規格的平整延伸率由0.8%提升至1.2%。

3.4 試驗結果

按照成分優化和工藝調整，試驗兩批次（約200 t）0.6～0.9 mm 規格DC03 冷軋板，考查冷軋板時效性能變化情況，結果見表2。

表2 成分調整后DC03 冷軋板隨時間屈服強度變化情況

從表2 可以看出，兩批次DC03 冷軋板屈服極限增加值相對較小，40 天僅增加4 ～7 MPa；屈服平臺雖然在生產第二天之后即出現，但屈服平臺長度一直保持在較短的水平，約≤0.3%（40 天典型拉伸曲線如圖5 所示），這說明抗時效性能顯著增加。

圖5 DC03 的40 天典型拉伸曲線

3.5 推廣應用及效果

DC03 冷軋板批量推廣跟隨6 個月，共計發貨約3 000 t，未發生用戶針對橘皮表面缺陷的質量反饋，產品質量得到明顯提高。

4 結論

（1）DC03 冷軋板的時效使得強度增加，屈服平臺產生，進而造成了冷軋板加工過程的不均勻變形，從而形成了橘皮缺陷。

（2）通過微碳成分（0.01%～0.03%）、熱軋高溫終軋、高溫卷取、增加平整延伸率的方式，顯著提高了DC03 冷軋板的抗時效性能，進而有效解決了其加工橘皮缺陷。