汽車剎車片鋼背用QSTE420TM 氧化鐵皮控制技術研究

吳漢科， 賈志雷， 呂苗苗， 李 博

（唐山不銹鋼有限責任公司， 河北 唐山 063100）

廣州某客戶在使用QSTE420TM 產品生產汽車剎車片鋼背，采購熱軋鋼卷通過開平切板、橫切定尺，最終沖壓汽車剎車片，對開平板表面的壓痕、凹坑等表面類缺陷要求零缺陷；過厚的、疏松的熱軋氧化鐵皮，在開平切板過程時，氧化鐵皮剝落并粘在矯直輥上，在矯直輥作用力下，對鋼表面形成壓入，最終表現為凹坑，導致客戶最終產品合格率低，需要解決。

唐山不銹鋼有限責任公司（以下簡稱唐鋼）1 580 mm 線熱軋產線QSTE420TM 的氧化鐵皮，均存在著表面氧化鐵皮，氧化鐵皮的厚度和結構是影響后續開平切板工序的主要因素之一；需要通過調整合金成分、控制軋制工藝的控制，使得鋼鐵產品表面質量提高，具體通過改善氧化鐵皮結構，抑制紅色氧化鐵生成，促進致密性氧化鐵皮生產；提高附著力、降低厚度，確保后續輥壓、沖壓過程中氧化鐵皮不脫落，保證產品表面質量。

為了降低全流程生產總成本，實現與客戶的利益共贏，唐鋼1 580 mm 熱軋線在現有產品的基礎上進行了調整和優化。

1 生產實際存在的問題

客戶在使用QSTE420TM 產品生產汽車剎車片鋼背，采購熱軋鋼卷通過開平切板、橫切定尺，最終沖壓汽車剎車片，對開平板表面的壓痕、凹坑等表面類缺陷要求零缺陷（見圖1）。

從現場取樣并測量客戶氧化鐵皮厚度，樣品鐵皮厚度在11.20~14.03 μm，以疏松的w（FeO）占80%，w（Fe2O3）、w（Fe3O4）僅占20%（見圖2）。

圖1 開平板表面掉粉情況

圖2 客戶現場樣品鐵皮厚度檢測

疏松的FeO 與基板結合力差，收到外力作用下，出現剝落、掉粉現象嚴重，經矯直輥作用力下，對鋼表面形成壓入，最終表現為凹坑，嚴重影響客戶產品合格率。

2 氧化鐵皮的形成機理及主要影響因素

2.1 形成機理

熱軋鋼卷軋制過程中，在高溫、有氧條件下，表面形成一層氧化鐵皮，表面鐵皮結構為三層，其由外到內的構成依次是：Fe2O3（相對致密紅色鐵皮）→Fe3O4（光滑無裂紋的黑色鐵皮）→FeO（松軟藍灰色鐵皮，外力作用下易碎易剝落）。Fe3O4具有較好的附著力，在后續輥壓或沖壓過程中不易在外力作用下發生剝落而造成表面缺陷，一次希望控制較大比例的Fe3O4結構[1]。

氧化鐵皮的增長規律類似于拋物線模式。根據Kofstad 理論，建立氧化動力學的模型為：

式中：Kp為常數，表征氧化過程速率大小；t為氧化時間，min；ΔW為氧化增質量，mg；S為試樣表面積，cm2。

在一定表面積下，隨著時間t的增加，氧化增質量的值越大，縮短軋制過程的鋼與氧氣的結合時間，有利于氧化鐵皮厚度的降低[2]。

2.2 主要影響因素

2.2.1 煉鋼成分對氧化鐵皮的影響

Cr 對鋼氧化層的影響：由元素周期表可得，Cr金屬活性大于Fe，同時存在于鋼中時優先形成Crd的氧化物：Cr2O3、FeCr2O4。二者為尖晶石結構形式氧化物，組織致密，阻礙原子擴散，從動力學上降低了Fe 的氧化速度，間接提高含Cr 鋼的抗氧化性[2]，同時提高氧化鐵皮的黏附力[3]。

2.2.2 熱軋過程控制對氧化鐵皮的影響

鋼板及熱卷的軋制工藝制度是控制氧化鐵皮厚度的關鍵因素，主要包括：

1）制度溫度，制度溫度是影響氧化鐵皮生成速度的主要因素。

2）軋制速度，軋制速度決定了鋼帶與空氣的接觸時間，即氧化鐵皮的生成時間。

實際生產中，開軋溫度、終軋溫度及卷取溫度會影響軋制速度，合理的軋制工藝能夠控制氧化鐵皮的生成量。

3 改善熱軋產品氧化鐵皮的主要措施

3.1 優化成分設計

在成分設計時，根據成分對氧化層的影響進行成分調整。通過研究分析1 580 mm 熱軋各階段氧化鐵皮存在的形態和生長規律及各項技術參數對氧化鐵皮厚度及結構的影響規律，提出在現有QSTE420TM 產品成分的基礎上加入0.25%的Cr 并適當降低C 含量、Mn 含量，成分設計見表1。

表1 QSTE420TM 成分對比 %

3.2 軋制工藝調整

唐鋼通過降低精軋入口溫度，減小高溫下氧化鐵皮生成速度；同時適當提高終軋溫度，以達到提高軋機速度，減少帶鋼在精軋機的停留時間，縮短鋼帶與空氣的接觸時間，來控制氧化鐵皮的生產；提高冷卻強度以提高鋼帶軋制速度降低接觸時間，從而降低氧化鐵皮厚度[3]。

表2 QSTE420TM 熱軋工藝對比

4 效果驗證

4.1 力學性能

通過調整化學成分和熱軋控制工藝，新工藝與原工藝產品實際性能，變化不大，滿足產品標準要求，如表3 所示。

表3 QSTE420TM 產品物理性能對比

4.2 表面質量

4.2.1 開平板表面光潔度

新工藝熱卷開平切板較原工藝下熱軋開平板的光潔度（見圖1），有很大提高，表面未見明顯掉粉現象，見圖3。

圖3 新工藝下開平板表面質量

4.2.2 鐵皮厚度變化

對新工藝熱卷冷卻至室溫后進行取樣，將鋼卷沿板寬方向分別在距邊部200 mm 處、板寬中心處取樣進行檢測分析，觀察氧化皮形貌、結構和厚度，見下頁圖4。

圖4 工藝調整后氧化鐵皮厚度

工藝調整后氧化鐵皮厚度范圍在10.23～10.4 μm，較原工藝氧化鐵皮厚度降低約2 μm；w（Fe3O4）由10%增加至60%。

4.2.3 酸洗減重法對比

通過酸洗減重法對比，新工藝QSTE420TM 氧化鐵皮厚度控制水平為2.4~2.5 mg/cm2，比原工藝氧化鐵皮厚度2.1~2.2 mg/cm2降低了0.3 mg/cm2；氧化鐵皮致密度得到有效提升，掉粉現象得到有效遏制，見表4。

5 結語

通過成分調整和軋制工藝調整，成功開發具有致密氧化鐵皮的QSTE420TM 產品，通過加入Cr 成分、降低精軋入口溫度、提高軋制速度，使氧化鐵皮以Fe3O4+FeO 結構為主，厚度控制在11 μm 以下。在客戶端開平切板過程掉粉現象得到抑制，板面表面質量良好，未出現凹坑、壓痕等缺陷，有效提高客戶產品合格率，同時提高了產品的市場競爭力。

表4 酸洗減重法測定氧化鐵皮掉粉程度