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250P1含磷超低碳高強(qiáng)IF鋼（化學(xué)成分）
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司bt990.com.cn
更新時間：2015-05-18
冷軋高強(qiáng)超深沖鋼板的特點(diǎn)是采用超低碳成分設(shè)計(jì)，通過鈮和鈦固定碳和氮等間隙原子形成無間隙原子鋼（IF鋼），通過添加磷、錳、銅和硅等固溶強(qiáng)化元素進(jìn)行強(qiáng)化，在保持帶鋼良好深沖或超深沖性能的同時，可使鋼板的抗拉強(qiáng)度提高到440MPa級或更高級別，可用于汽車外板成形件或較復(fù)雜的內(nèi)板成形件的生產(chǎn)。
?????? 冷軋高強(qiáng)超深沖鋼板的特點(diǎn)是采用超低碳成分設(shè)計(jì)，通過鈮和鈦固定碳和氮等間隙原子形成無間隙原子鋼（IF鋼），通過添加磷、錳、銅和硅等固溶強(qiáng)化元素進(jìn)行強(qiáng)化，在保持帶鋼良好深沖或超深沖性能的同時，可使鋼板的抗拉強(qiáng)度提高到440MPa級或更高級別，可用于汽車外板成形件或較復(fù)雜的內(nèi)板成形件的生產(chǎn)。其中，磷作為常用的強(qiáng)化元素，在高強(qiáng)IF鋼的生產(chǎn)中起著重要的作用。磷有助于提高鋼的強(qiáng)度，但是由于磷的中心偏聚特性，磷含量的增加會惡化鋼的機(jī)械性能，導(dǎo)致連鑄坯內(nèi)部中心裂紋、中心縮孔及板卷分層等情況。如何既能保持磷的有益作用又能消除磷中心偏析帶來的負(fù)面影響，對于生產(chǎn)新一代高強(qiáng)鋼鐵材料具有重要意義。
通過試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，熱軋過程中的軋裂原因與連鑄過程中磷的中心偏析造成的中心裂紋和中心縮孔密切相關(guān)。早期采用低過熱度增加等軸晶抑制凝固末期富含雜質(zhì)鋼水向中心流動來減輕中心偏析，后來日本鋼管公司（NKK）為了生產(chǎn)抗HIC（氫誘發(fā)裂紋）管線鋼開發(fā)了靜態(tài)輕壓下技術(shù)，并利用其減小中心偏析。根據(jù)朱苗勇等人的研究，輕壓下技術(shù)是通過在凝固末端適時施加一定的壓下量來補(bǔ)償凝固后期鋼水的凝固收縮，減少濃化鋼水的橫向流動，同時抑制富集溶質(zhì)在中心聚集，減小中心偏析。輕壓下技術(shù)自發(fā)明以來，已被廣泛應(yīng)用，并取得一定效果。目前，國內(nèi)普遍采用的方法是既采用低過熱度增加等軸晶比率，又采用輕壓下技術(shù)減小中心偏析，但根據(jù)Tsuchida等人對NKK在輕壓下條件下，凝固組織對中心偏析的影響研究表明，適當(dāng)提高過熱度，發(fā)展柱狀晶更有利于板坯中心偏析的改善。為此，技術(shù)人員結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，提出了連鑄工藝優(yōu)化措施，有效減輕了含磷高強(qiáng)IF鋼的中心偏析狀況，防止了熱軋過程中軋裂情況的發(fā)生。
機(jī)理研究
250P1為典型的含磷超低碳高強(qiáng)IF鋼，其典型成分含量（%）為C≤0.005；Si：0.40—0.80；Mn：0.20—0.60；P：0.08—0.10；S≤0.02；N≤0.004；B適量；其他：0.04—0.07，屬于高磷類鋼種。
軋裂情況。250P1鋼熱軋軋裂位置分別距帶鋼頭部38、118m處，主要位于帶鋼中部。由軋裂的大孔洞形貌推測，裂口起始于帶鋼寬度的中部，其原因是軋制過程中軋制力及剪切力造成裂口拉伸而形成明顯的宏觀大孔洞形貌。250P1鋼在冷軋生產(chǎn)過程中斷帶的斷口表面平滑，斷口前后未見明顯表面缺陷。而對斷口微觀形貌進(jìn)行觀察，可見典型韌窩狀韌性斷裂形貌，同時斷口呈現(xiàn)分層狀，中心韌窩較大，近表面處韌窩縮小，裂紋呈現(xiàn)以中心斷口為主的發(fā)散擴(kuò)展型斷裂形貌，中心處斷口深度較深，由此推測此斷帶的分層形貌與中心偏析情況密切相關(guān)。
原因分析。在掃描電鏡下觀察250P1鋼熱軋軋裂缺陷形貌，斷口中部可見明顯裂紋。對250P1鋼熱軋軋裂裂紋及其末端進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)，裂紋附近存在明顯的氧化質(zhì)點(diǎn)，裂紋末端存在沿晶內(nèi)裂紋，裂紋附近呈現(xiàn)完整的多邊形鐵素體形貌。裂紋附近30um內(nèi)的氧化質(zhì)點(diǎn)特點(diǎn)與連鑄坯的原始缺陷密切相關(guān)，連鑄坯在加熱爐內(nèi)長時間加熱造成了裂紋附近的元素被氧化，形成較厚的氧化質(zhì)點(diǎn)層，此缺陷最終遺傳至最后的熱卷中。分析發(fā)現(xiàn)在厚度中心及1/4處均存在明顯的裂紋及氧化帶，裂紋附近同樣存在氧化質(zhì)點(diǎn)。此斷裂卷整卷均存在不同程度的內(nèi)裂紋情況，裂紋主要存在于板卷中部附近，呈現(xiàn)連續(xù)貫通的形貌，軋裂風(fēng)險較高。
中心偏析情況分析。綜上所述，熱軋軋裂現(xiàn)象與連鑄坯的遺傳缺陷關(guān)系較密切，主要可能來自連鑄坯內(nèi)的原始內(nèi)裂紋，而此內(nèi)裂紋的產(chǎn)生與鋼種磷含量較高造成明顯的中心偏析存在對應(yīng)的關(guān)系。故取同爐次未軋裂熱軋卷進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，在拉伸斷口的斷裂面可見明顯的分層形貌，而對熱軋卷組織進(jìn)行浸蝕可見，板卷的中部存在明顯的細(xì)晶組織異常帶及小縮孔形貌，采用電子探針進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)異常帶中存在明顯的磷富集情況。
可見，在現(xiàn)有連鑄工藝條件下，250P1鋼種熱軋卷內(nèi)部均存在較明顯的中心偏析情況，只是個別卷之間存在輕重的差異，造成表現(xiàn)為不同階段的軋裂現(xiàn)象發(fā)生，但中心偏析的問題在含磷高強(qiáng)IF鋼中普遍存在。
連鑄工藝優(yōu)化試驗(yàn)
鑒于250P1鋼種連鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量仍有提高空間，特針對連鑄工藝進(jìn)行了優(yōu)化試驗(yàn)，包括輕壓下工藝（壓下量的調(diào)整）和過熱度控制等。在實(shí)際連鑄生產(chǎn)過程中，低溫澆注是改善連鑄坯宏觀組織的最基本的一種工藝措施。在凝固過程中，凝固前沿的枝晶因頸縮形成的大量等軸晶晶核被液流沖入鋼水，這些晶核在低過熱度條件下快速增殖和長大形成等軸晶，進(jìn)而阻止凝固前沿柱狀晶的生長，減小中心偏析和疏松。而凝固末端的輕壓下技術(shù)始于20世紀(jì)70年代末，是在輥縫收縮的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其基本原理是通過在連鑄坯液芯末端施加均勻外力，形成一定的壓縮量來補(bǔ)償連鑄坯的凝固收縮量。這一方面可消除或減少連鑄坯收縮形成的內(nèi)部空隙，防止晶間富集溶質(zhì)的鋼水向連鑄坯中心橫向流動；另一方面，輕壓下所產(chǎn)生的擠壓作用還可以促使液芯中富集溶質(zhì)的鋼水沿拉坯方向反向流動，使溶質(zhì)元素在鋼水中重新分配，從而使連鑄坯的凝固組織更加均勻致密，達(dá)到改善中心偏析和減少中心疏松的目的。
針對相同斷面和鋼種，在同一連鑄機(jī)同一流進(jìn)行了壓下量調(diào)整工藝。試驗(yàn)前期采用小壓下量，后期調(diào)整為大壓下量。
試驗(yàn)結(jié)果分析。在不同連鑄工藝條件下，分別取連鑄坯低倍樣，采用鹽酸水溶液（1：1）進(jìn)行浸蝕，保持酸液溫度為60℃，對連鑄坯進(jìn)行酸浸低倍試驗(yàn)。
相同壓下量條件下，提高過熱度對連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的提高不利。當(dāng)壓下量為4mm時，過熱度從28℃提高到35℃，中心偏析級別由0.5級增加到1.0級；當(dāng)壓下量為3mm時，過熱度從28℃提高到35℃，中心偏析級別由0.5級增加到2.0級。
2）在相同過熱度條件下，適當(dāng)提高壓下量對連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的提高有利，尤其對高過熱度條件下鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的改善作用顯著。當(dāng)過熱度為35℃時，壓下量從3mm提高到4mm，中心偏析級別由2.0級減小到1.0級。
由此可見，250P1鋼種在現(xiàn)有連鑄工藝條件下，將過熱度控制在低于30℃、壓下量提高至4mm，可將連鑄坯內(nèi)部中心偏析控制在0.5—1.0級，且無中心縮孔的產(chǎn)生。
綜上所述，含磷高強(qiáng)IF鋼在連鑄過程中易于形成明顯的磷的中心偏析帶進(jìn)而形成中心裂紋及縮孔，是造成含磷高強(qiáng)IF鋼熱軋軋裂的主要原因。同時，含磷高強(qiáng)IF鋼中心偏析遺傳至冷軋卷中，同樣易造成冷軋過程中的斷帶發(fā)生，造成嚴(yán)重的生產(chǎn)安全隱患。為此，技術(shù)人員提出了在現(xiàn)有工藝條件下優(yōu)化連鑄工藝的過熱度及輕壓下工藝，在控制過熱度低于30℃以及提高壓下量至4mm條件下，進(jìn)行了熱軋軋制試驗(yàn)，熱軋卷無軋裂現(xiàn)象發(fā)生。同時，對熱軋卷中部進(jìn)行了組織觀察，并采用電子探針對磷元素偏聚情況進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)熱卷中部晶粒均勻性明顯提高，且未觀察到明顯的磷偏析帶，說明磷元素連鑄過程中心偏析的改善對防治含磷高強(qiáng)IF鋼熱軋軋裂現(xiàn)象效果明顯。
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