熱軋酸洗板SAPH370 表面色差成因探究及工藝優化

胡少梅，李貴明，郝永峰，沙登浩

（1.河鋼集團邯鋼公司冷軋廠，河北 邯鄲 056015；2.河鋼集團邯鋼公司邯寶熱軋廠，河北 邯鄲 056015）

0 引言

熱軋酸洗汽車用鋼SAPH370 是介于熱軋板和冷軋板之間的酸洗產品，具有強度高、成型性好、易焊接等優點，多用于有成型、焊接等需求的汽車底盤、汽車結構件等關鍵零部件的制造[1]。因其較冷軋板有明顯的成本優勢，而且其表面質量已經接近冷軋板，是人們比較青睞的汽車結構用鋼。

近年來，研發人員針對產品加工性方面進行多次成分調整、軋制工藝優化等改進工作，但對酸洗工序表面質量控制關注較少。SAPH370 酸洗后容易出現色差缺陷，帶鋼板寬方向邊部與中部存在明顯顏色差異，該缺陷除影響表面美觀性外，對后續涂裝質量也有一定影響[2-3]。國內外相關研究表明，酸洗板表面粗糙度不同是造成色差缺陷的直接原因[4]，而氧化鐵皮結構以及其與鋼基體的結合狀態是決定酸洗后帶鋼表面質量的關鍵[5-8]。

本文針對河鋼邯鋼酸洗汽車用鋼SAPH370 表面色差問題，分別從熱軋氧化鐵皮結構的轉變機理和熱軋基板及橫截面氧化鐵皮形貌、酸洗板表面顯微形貌等兩方面分析了熱軋酸洗板表面色差產生原因，制定工藝優化措施，從而改善色差缺陷，提升熱軋酸洗板表面質量。

1 問題描述

河鋼邯鋼熱軋酸洗汽車用鋼SAPH370 產品主要生產工藝流程為2 250 mm 熱軋—2 250 mm 平整機組—1 680 mm 推拉式酸洗機組，酸洗后帶鋼表面容易出現色差缺陷，常見的色差缺陷為帶鋼板寬方向上邊部與中間位置的色差，具體形貌如圖1 所示，經表面靜電涂油后，色差依然肉眼可見，影響客戶使用。

圖1 SAPH370 酸洗后表面宏觀形貌

2 色差成因分析

2.1 實驗內容

實驗材料為河鋼邯鋼2 250 mm 熱連軋生產的酸洗汽車結構鋼SAPH370 熱軋基板，化學成分如表1所示，利用線切割的方式取對應酸洗后缺陷位置與正常位置試樣，經打磨拋光后在JEOL 6460 型掃描電子顯微鏡下觀察試樣氧化鐵皮結構和微觀形貌。

表1 熱軋酸洗汽車用鋼SAPH370 主要化學成分

2.2 板寬方向色差原因分析

2.2.1 板寬方向色差缺陷形貌分析

酸洗缺陷往往具有熱板遺傳性，酸洗板缺陷需要從熱軋基板入手分析。圖2 為熱軋基板邊部和中間位置截面氧化鐵皮微觀形貌，由圖2 可以看出，帶鋼邊部位置氧化鐵皮以共析組織（Fe3O4/Fe）為主；帶鋼中間部分氧化鐵皮組織以Fe3O4為主。通過掃描電鏡下標定氧化鐵皮厚度可知，邊部氧化鐵皮厚度在11.2～11.8 μm，中間氧化鐵皮厚度在8.9～10.1 μm，宏觀上的氧化鐵皮厚度示意圖如圖3 所示。綜上可知，正是這種不同位置形成的氧化鐵皮組織和厚度差異造成了最終熱軋板面的顏色差異。

圖2 熱軋基板表面氧化鐵皮微觀形貌

圖3 邊部與中部氧化鐵皮厚度差異

具有上述色差特征的熱軋卷經酸洗后，對板寬方向的不同位置進行顯微形貌觀察及EDS 能譜分析，結果如圖4 所示，邊部位置晶粒邊界清晰，存在沿晶界分布的侵蝕坑，中間位置邊界完整未侵蝕。對邊部和中間位置晶界處進行能譜分析，兩個位置主要成分均為Fe 元素，未見其他雜質，說明酸洗后帶鋼表面沒有氧化鐵皮或雜質殘留。由此可知，酸洗后板寬方向的色差是由于熱軋基板表面氧化鐵皮厚度和結構不同，導致酸洗后邊部存在一定程度的過酸洗而引起的。酸洗后基板表面粗糙，宏觀表現為發黑，中間位置酸洗效果良好，表面平滑，宏觀顏色正常，整體視覺效果為板寬方向邊部顏色深、中間位置顏色淺。

圖4 酸洗后邊部和中間位置表面微觀形貌及能譜分析結果

2.2.2 氧化鐵皮形成機理分析

圖5 為Fe-O 二元相圖及典型的氧化鐵皮組織。研究發現，在平衡狀態下，溫度達到570 ℃時，摩爾分數為51.38%的FeO 會發生共析反應，組織中出現Fe3O4和Fe 的片層狀結構。非平衡狀態下，溫度低于570 ℃時，仍然有延遲共析反應發生。當溫度進一步降低時，原子擴散能力很弱，室溫下鐵皮結構中沒有出現共析組織，也沒有觀察到顆粒狀Fe 的出現[9-10]。

圖5 Fe-O 二元相圖和典型的氧化鐵皮組織

圖6 為邯鋼熱軋工序現場鋼卷外圈溫降實測圖。在高溫段，氧化鐵皮冷卻速度較大，但當溫度降低到400 ℃以下時，冷卻速率明顯放緩。綜合現場實際情況考慮，鋼卷內圈實際的冷卻速度應在1～1.5 ℃/min。熱軋工序SAPH370 卷取溫度均在570 ℃以上，在卷取后板材邊部更容易與空氣中的氧接觸發生進一步的氧化，從而生成厚度較厚的氧化鐵皮，且以共析組織為主，以及少量殘留的FeO，這種氧化鐵皮結構疏松[11]，經過酸洗拉矯機后容易產生微裂紋，使HCl 溶液滲入氧化層內部，與單質Fe 反應并產生H2，加速氧化鐵皮的剝離，而中部以共析組織和Fe3O4為主，Fe3O4結構致密，酸洗過程以浸泡為主，酸洗效率低于剝離酸洗。

圖6 邯鋼現場鋼卷外圈溫降實測圖

2.2.3 機理分析及優化措施

2.2.3.1 機理分析

酸洗板板寬方向色差缺陷產生的根本原因在于熱軋原料板寬方向上氧化鐵皮厚度、結構不同導致在同一酸洗條件下酸洗后的帶鋼邊部和中部的粗糙度存在差異。具體來說，邊部氧化鐵皮厚、疏松的位置會發生一定程度的過酸洗，過酸洗表面存在大量的具有一定深度的晶界侵蝕坑，使局部粗糙度增加，在視覺上呈現出發黑效果。

2.2.3.2 優化措施

根據冷卻過程中氧化鐵皮結構的轉變規律，將卷取溫度由620 ℃降低至610 ℃，將卷取之后的鋼卷單獨放置，并增加風機冷卻，以提高冷卻速度，從而獲得厚度均勻、結構致密的氧化鐵皮結構，提高了帶鋼表面酸洗程度的均勻性，減輕了粗糙度差異，從而達到了消除帶鋼表面色差缺陷的目的。

3 結論

熱軋酸洗板SAPH370 板寬上色差缺陷主要是因熱軋基板氧化鐵皮結構上的不均勻性和厚度差異造成了酸洗程度不同，表現為粗糙度不同，宏觀表現為色差缺陷，通過降低熱軋卷取溫度和采取卷取之后鋼卷單獨放置并增加風機冷卻提高冷卻速度的方式，可獲得板寬方向厚度均勻、結構致密的氧化鐵皮結構，從而提高了酸洗程度均勻性，減輕了粗糙度差異，有效減少了色差缺陷。