卷取温度对DP钢热轧板表面氧化影响的研究

张冰

摘 要：Si含量0.5%左右的DP钢在成品工序常发生表面色差类缺陷，原因之一为热轧期间表面氧化铁皮残留在酸洗阶段难以彻底去除，而影响酸洗效率的原因中包含了热轧板氧化层组成、厚度等，这些受到热轧终轧温度、卷取温度、冷却速率等工艺参数的影响。从卷取温度对DP钢热轧板表面氧化的影响入手，重点研究不同卷取温度下DP钢热轧板表面氧化层厚度、富Si层厚度以及氧化层构成等，通过SEM和XRD检验手段证明降低卷取温度可以降低氧化层和富Si层厚度，并改善氧化层构成，有利于提高酸洗效率。

关键词：DP钢；氧化；卷取温度

STUDY ON THE EFFECT OF COILING TEMPERATURE ON THE SURFACE OXIDATION OF DP STEEL HOT ROLLED PLATES

Zhang Bing

（Technical Center of Ben Gang Group Corporation，National and local joint engineering laboratory of advanced automotive steel development and application technology.    Benxi    117000，China）

Abstract：DP steel with a Si content of about 0.5% often experiences surface color difference defects in the finished product process， one of the reasons being that the residual oxide scale on the surface during hot rolling is difficult to completely remove during the pickling stage. The factors that affect the pickling efficiency include the composition and thickness of the oxide layer on the hot-rolled plate， which are influenced by process parameters such as the final rolling temperature， coiling temperature， and cooling rate. This article focuses on the effect of coiling temperature on the surface oxidation of DP steel hot-rolled plates， with a focus on studying the thickness of the oxide layer， rich Si layer， and composition of the oxide layer on the surface of DP steel hot-rolled plates at different coiling temperatures. Through SEM and XRD inspection methods， it is proven that reducing coiling temperature can reduce the thickness of the oxide layer and rich Si layer， and improve the composition of the oxide layer， which is beneficial for improving pickling efficiency.

Key words： DP steel;oxidation;coiling temperature

0    前    言

DP钢由于具有优良的力学性能和成型性能，在汽车用高强钢板的应用比例越来越大，已成为汽车结构用钢中应用最多的钢种之一。DP钢中一般都添加有适量的Si元素，起到固溶强化作用，在提高钢的强度的同时，能够促进奥氏体向马氏体的转变。某钢厂生产的DP590、DP780中Si的质量分数分别控制在0.48%和0.55%。

Si含量较高的钢种在热轧生产期间带钢表面经常生成一种红色氧化铁皮，经过酸洗、冷轧、退火或镀锌等工序后，表面经常出现一种条带状色差缺陷，在含Si量0.5%左右的DP钢上，尤为严重，影响了产品表面质量及后续涂镀质量。色差缺陷呈条带状，沿着带钢宽度方向呈明暗相间的形态分布，表面检查仪显示色差缺陷沿着带钢长度方向通卷断续存在。

图1为本钢浦项连退机组生产DP钢时出现带钢表面类似色差（氧化铁皮）缺陷宏观形貌。采用电子显微镜对色差缺陷处和正常位置处分别做了表层和截面形貌的检查，结果表明，无缺陷处带钢表层平整光滑，缺陷处表层凹凸不平，有浅表层轧碎现象[1]。色差缺陷处带钢表层凹凸不平，对光线镜面反射能力减弱，漫反射能力增强，因此在自然光下呈现出目视发暗的条带状形貌。

1    原因分析

通过微观组织检测可以确定，色差缺陷是由于带钢表层氧化铁皮去除不净，轧制过程中变形较大时表层残留氧化铁皮轧碎，形成表面凹凸不平造成视觉上的差异形成条纹状缺陷。

DP钢在热轧生产中板坯加热温度较高，并且通常采用富氧燃烧方式，因此不可避免形成氧化铁皮，同时由于DP钢含有的Si元素较高，增加了铁皮的清除难度，也增加了后续酸洗的难度。含Si钢热轧板表面氧化铁皮去除难度增加，是加剧下游工序成品表面色差缺陷的主要原因，因此在热轧工序采取合理的温度制度、除鳞工艺等，控制热轧板表面氧化铁皮缺陷，防止缺陷的遗传衍生，可以很大程度上改善色差缺陷。

热轧钢卷酸洗效果取决于表面氧化层的组织构成、厚度、化学成分等，相关的受热轧工序的轧制温度、卷取温度、冷却速度、合金元素等因素的影响。本钢浦项连退机组生产DP钢遇到比较严重色差缺陷，技术人员就热轧温度制度对DP钢热轧板表面氧化机理及氧化层组成影响开展了研究，研究过程包含了DP590和DP780两个钢种，对两个钢种在630 ℃和580 ℃两个不同卷取温度下热轧板表面氧化层的形成特征做了研究，对应成品表面质量情况，明确了降低卷取温度对色差缺陷控制的有效性。

2    卷取温度变化对氧化层及富Si层厚度的影响

2.1    DP590卷取温度降低影响研究

在热轧工序进行了不同卷取温度试验，目标温度分别设定为630 ℃和580 ℃，试验卷及实际温度控制情况表1。

试样检验表明，卷取温度630 ℃时，带钢表面氧化层平均厚度在5.4 μm左右；卷取温度580 ℃时，带钢表面氧化层平均厚度在4.5 μm左右（见图2）。

从检验结果可以看出，所有试样钢板表面均形成一层连续、致密的氧化皮，随着卷取温度的降低，氧化皮厚度减少，当卷取温度从630 ℃下降到580 ℃，氧化皮厚度降低约17%。

由于DP590化学成分中含Si量在0.48%，热轧工序板坯加热炉中经过高温加热，在钢材基体与氧化层之间形成另外一层不同于其他氧化层成分的富Si层[2]，通过能谱分析获得不同温度卷取时，富Si层厚度如图3所示。

检验结果可以看出，DP590钢在630 ℃卷取后在膜-基界面形成富Si层，厚度约0.3 μm，在580 ℃卷取后在膜-基界面形成富Si层，厚度约0.2 μm。

2.2    DP780降低卷取温度研究

两卷试验卷牌号为HC420/780DP，厚度分别为3.5 mm和3.8 mm，实际卷取温度控制均值分别为627 ℃和574 ℃。通过检验发现卷取温度627 ℃时，带钢表面氧化层平均厚度5.6 μm左右；574 ℃时，带钢表面氧化层平均厚度4.7 μm左右（图4）。

从检验结果可以看出，所有试样钢板表面均形成一层连续、致密的氧化皮，随着卷取温度的降低，氧化皮厚度减少，当卷取温度从630 ℃下降到580 ℃，氧化皮厚度降低约16%。

由于DP780化学成分中含Si量在0.55%，热轧工序板坯加热炉中经过高温加热，在钢材基体与氧化层之间形成另外一层不同于其他氧化层成分的富Si层，通过能谱分析获得不同温度卷取时，富Si层厚度如图5所示。

DP780钢在630 ℃卷取后在膜-基界面形成富Si层，厚度约0.38 μm，在580 ℃卷取后在膜-基界面形成富Si层，厚度约0.29 μm。

2.3    分析

DP590、DP780是Si含量分别为0.48%和0.5%的冷轧双相钢，带钢表面氧化层组织构成包括：最外层为Fe₂O₃+Fe₃O₄，中间层为FeO+Fe₃O₄的混合物，最内层为Fe₂SiO₄/FeO二元共晶物，其中颜色较浅的部分为FeO基体，颜色较深的为Fe₂SiO₄。

不同的卷取温度和冷却速度对氧化铁皮厚度及富Si层厚度影响较为明显，冷却速度增大，氧化铁皮厚度明显减薄，Fe₂SiO₄/FeO明显减少。因此，在热轧其他温度工艺不变的情况下，降低卷取温度、增加冷却速率，可以减少氧化铁皮厚度，减少Fe₂SiO₄/FeO含量。根据已有研究结果，冷却速度提高，Fe₂SiO₄/FeO的凝固点降低，降低凝固点对 Fe₂SiO₄/FeO的去除是有利的。

3    卷取温度降低对DP钢氧化层组成的影响

通过对不同卷取温度下DP钢热轧板试样的表面氧化层组成采用XRD分析，表明DP钢在630 ℃温度卷取的带钢表面氧化铁皮结构主要是Fe₃O₄、Fe₂O₃和游离Fe的混合物，这是FeO在卷取后缓慢冷却时分解的结果。在成卷后前期（温度在450 ℃左右时）的氧化铁皮基本上分为两层，即外层Fe₃O₄，中层少量的Fe₂O₃以及内层的FeO；在室温下放置两天以后，FeO完全分解为Fe3O4和Fe，并且铁颗粒在原FeO的晶界富集。

当卷取温度降为580 ℃时，相比较高的卷取温度，室温放置时带卷本身热容量下降，FeO未能完全分解为Fe₃O₄和Fe，而Fe₃O₄和FeO的复合结构相比致密的单层Fe₃O₄结构更易去除[3]。

5    结    论

采用扫描电镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）研究了卷取温度对含Si量约在0.5%左右的的DP590、DP780热轧带钢表面氧化层厚度、形貌以及组成的影响。结果表明，随卷取温度升高，氧化层逐渐变厚，富Si层增厚，增加了氧化层的粘附性和酸洗难度；630 ℃左右时，氧化层由Fe₂O₃、Fe₃O₄和少量的Fe组成，卷温温度降低至580 ℃时，氧化铁皮主要由Fe₂O₃、FeO和Fe₃O₄复合结构组成，单层Fe₃O₄氧化层明显减小，同时Fe₂O₃增加，氧化层减薄且疏松多孔，可使酸洗孕育期大幅缩短，酸洗速度加快。

该研究项目采用金相显微镜和X射线衍射技术，从氧化铁皮厚度、相构成比例以及富Si层厚度等出发，对DP钢热轧板氧化铁皮在不同卷取温度下的变化进行了研究。结果表面，对DP590、DP780采用降低卷取温度的工艺，可以获得：

1）降低DP590、DP780卷取温度，热轧板表面氧化层总厚度减小约17%。

2）降低DP590、DP780卷取温度，热轧板表面氧化层中富Si层厚度减小约0.1μm。

3）氧化铁皮的不同显微结构直接影响了酸洗时间，具有FeO和Fe₃O₄复合结构的氧化铁皮比Fe₃O₄单层氧化铁皮更易酸洗。

参考文献

[1]    孙超凡，李研，于洋，等. DP钢表面带状色差缺陷成因及控制[J]. 轧钢，2017，34（5）：38-40.

[2]    张孟仪，邵光洁. 热轧板的氧化皮结构对酸洗效果的影响[J]. 上海金属，2007（3）：41-44.

[3]    顾其德，董超芳，李晓刚，等. 卷曲后供氧差异对热轧带钢氧化皮组织及耐蚀性的影响[J]. 北京科技大学学报，2009，31（12）：1 564-1 568.