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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www.bt990.com.cn
更新時(shí)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(guò)鈮和鈦固定碳和氮等間隙原子形成無(wú)間隙原子鋼（IF鋼），通過(guò)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(shí)，可使鋼板的抗拉強(qiáng)度提高到440MPa級(jí)或更高級(jí)別，可用于汽車(chē)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(guò)鈮和鈦固定碳和氮等間隙原子形成無(wú)間隙原子鋼（IF鋼），通過(guò)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(shí)，可使鋼板的抗拉強(qiáng)度提高到440MPa級(jí)或更高級(jí)別，可用于汽車(chē)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(huì)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(lái)的負(fù)面影響，對(duì)于生產(chǎn)新一代高強(qiáng)鋼鐵材料具有重要意義。
通過(guò)試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，熱軋過(guò)程中的軋裂原因與連鑄過(guò)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(guò)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(dòng)來(lái)減輕中心偏析，后來(lái)日本鋼管公司（NKK）為了生產(chǎn)抗HIC（氫誘發(fā)裂紋）管線(xiàn)鋼開(kāi)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(guò)在凝固末端適時(shí)施加一定的壓下量來(lái)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(dòng)，同時(shí)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(lái)，已被廣泛應(yīng)用，并取得一定效果。目前，國(guó)內(nèi)普遍采用的方法是既采用低過(guò)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(duì)NKK在輕壓下條件下，凝固組織對(duì)中心偏析的影響研究表明，適當(dāng)提高過(guò)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(guò)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(lèi)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(cè)，裂口起始于帶鋼寬度的中部，其原因是軋制過(guò)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(guò)程中斷帶的斷口表面平滑，斷口前后未見(jiàn)明顯表面缺陷。而對(duì)斷口微觀形貌進(jìn)行觀察，可見(jiàn)典型韌窩狀韌性斷裂形貌，同時(shí)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(cè)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(jiàn)明顯裂紋。對(duì)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(zhǎng)時(shí)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(xiǎn)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(lái)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(duì)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(jiàn)明顯的分層形貌，而對(duì)熱軋卷組織進(jìn)行浸蝕可見(jiàn)，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(jiàn)，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(gè)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(wèn)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(duì)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(guò)熱度控制等。在實(shí)際連鑄生產(chǎn)過(guò)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(guò)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(guò)熱度條件下快速增殖和長(zhǎng)大形成等軸晶，進(jìn)而阻止凝固前沿柱狀晶的生長(zhǎng)，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(lái)的，其基本原理是通過(guò)在連鑄坯液芯末端施加均勻外力，形成一定的壓縮量來(lái)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(dòng)；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(dòng)，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(duì)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(duì)連鑄坯進(jìn)行酸浸低倍試驗(yàn)。
相同壓下量條件下，提高過(guò)熱度對(duì)連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的提高不利。當(dāng)壓下量為4mm時(shí)，過(guò)熱度從28℃提高到35℃，中心偏析級(jí)別由0.5級(jí)增加到1.0級(jí)；當(dāng)壓下量為3mm時(shí)，過(guò)熱度從28℃提高到35℃，中心偏析級(jí)別由0.5級(jí)增加到2.0級(jí)。
2）在相同過(guò)熱度條件下，適當(dāng)提高壓下量對(duì)連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的提高有利，尤其對(duì)高過(guò)熱度條件下鑄坯內(nèi)部質(zhì)量的改善作用顯著。當(dāng)過(guò)熱度為35℃時(shí)，壓下量從3mm提高到4mm，中心偏析級(jí)別由2.0級(jí)減小到1.0級(jí)。
由此可見(jiàn)，250P1鋼種在現(xiàn)有連鑄工藝條件下，將過(guò)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(jí)，且無(wú)中心縮孔的產(chǎn)生。
綜上所述，含磷高強(qiáng)IF鋼在連鑄過(guò)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(shí)，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(guò)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(guò)熱度及輕壓下工藝，在控制過(guò)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(wú)軋裂現(xiàn)象發(fā)生。同時(shí)，對(duì)熱軋卷中部進(jìn)行了組織觀察，并采用電子探針對(duì)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(shuō)明磷元素連鑄過(guò)程中心偏析的改善對(duì)防治含磷高強(qiáng)IF鋼熱軋軋裂現(xiàn)象效果明顯。
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