含磷高强IF钢 热轧轧裂原因分析
冷轧高强超深冲钢板的特点是采用超低碳成分设计，通过铌和钛固定碳和氮等间隙原子形成无间隙原子钢（IF钢），通过添加磷、锰、铜和硅等固溶强化元素进行强化，在保持带钢良好深冲或超深冲性能的同时，可使钢板的抗拉强度提高到440MPa级或更高级别，可用于汽车外板成形件或较复杂的内板成形件的生产。其中，磷作为常用的强化元素，在高强IF钢的生产中起着重要的作用。磷有助于提高钢的强度，但是由于磷的中心偏聚特性，磷含量的增加会恶化钢的机械性能，导致连铸坯内部中心裂纹、中心缩孔及板卷分层等情况。如何既能保持磷的有益作用又能消除磷中心偏析带来的负面影响，对于生产新一代高强钢铁材料具有重要意义。
通过试验分析发现，热轧过程中的轧裂原因与连铸过程中磷的中心偏析造成的中心裂纹和中心缩孔密切相关。早期采用低过热度增加等轴晶抑制凝固末期富含杂质钢水向中心流动来减轻中心偏析，后来日本钢管公司（NKK）为了生产抗HIC（氢诱发裂纹）管线钢开发了静态轻压下技术，并利用其减小中心偏析。根据朱苗勇等人的研究，轻压下技术是通过在凝固末端适时施加一定的压下量来补偿凝固后期钢水的凝固收缩，减少浓化钢水的横向流动，同时抑制富集溶质在中心聚集，减小中心偏析。轻压下技术自发明以来，已被广泛应用，并取得一定效果。目前，国内普遍采用的方法是既采用低过热度增加等轴晶比率，又采用轻压下技术减小中心偏析，但根据Tsuchida等人对NKK在轻压下条件下，凝固组织对中心偏析的影响研究表明，适当提高过热度，发展柱状晶更有利于板坯中心偏析的改善。为此，技术人员结合实际生产情况，提出了连铸工艺优化措施，有效减轻了含磷高强IF钢的中心偏析状况，防止了热轧过程中轧裂情况的发生。
机理研究
250P1为典型的含磷超低碳高强IF钢，其典型成分含量（%）为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适量；其他：0.04—0.07，属于高磷类钢种。
轧裂情况。250P1钢热轧轧裂位置分别距带钢头部38、118m处，主要位于带钢中部。由轧裂的大孔洞形貌推测，裂口起始于带钢宽度的中部，其原因是轧制过程中轧制力及剪切力造成裂口拉伸而形成明显的宏观大孔洞形貌。250P1钢在冷轧生产过程中断带的断口表面平滑，断口前后未见明显表面缺陷。而对断口微观形貌进行观察，可见典型韧窝状韧性断裂形貌，同时断口呈现分层状，中心韧窝较大，近表面处韧窝缩小，裂纹呈现以中心断口为主的发散扩展型断裂形貌，中心处断口深度较深，由此推测此断带的分层形貌与中心偏析情况密切相关。
原因分析。在扫描电镜下观察250P1钢热轧轧裂缺陷形貌，断口中部可见明显裂纹。对250P1钢热轧轧裂裂纹及其末端进一步观察发现，裂纹附近存在明显的氧化质点，裂纹末端存在沿晶内裂纹，裂纹附近呈现完整的多边形铁素体形貌。裂纹附近30um内的氧化质点特点与连铸坯的原始缺陷密切相关，连铸坯在加热炉内长时间加热造成了裂纹附近的元素被氧化，形成较厚的氧化质点层，此缺陷最终遗传至最后的热卷中。分析发现在厚度中心及1/4处均存在明显的裂纹及氧化带，裂纹附近同样存在氧化质点。此断裂卷整卷均存在不同程度的内裂纹情况，裂纹主要存在于板卷中部附近，呈现连续贯通的形貌，轧裂风险较高。
中心偏析情况分析。综上所述，热轧轧裂现象与连铸坯的遗传缺陷关系较密切，主要可能来自连铸坯内的原始内裂纹，而此内裂纹的产生与钢种磷含量较高造成明显的中心偏析存在对应的关系。故取同炉次未轧裂热轧卷进行拉伸试验，在拉伸断口的断裂面可见明显的分层形貌，而对热轧卷组织进行浸蚀可见，板卷的中部存在明显的细晶组织异常带及小缩孔形貌，采用电子探针进行分析，发现异常带中存在明显的磷富集情况。
可见，在现有连铸工艺条件下，250P1钢种热轧卷内部均存在较明显的中心偏析情况，只是个别卷之间存在轻重的差异，造成表现为不同阶段的轧裂现象发生，但中心偏析的问题在含磷高强IF钢中普遍存在。
连铸工艺优化试验
鉴于250P1钢种连铸坯的内部质量仍有提高空间，特针对连铸工艺进行了优化试验，包括轻压下工艺（压下量的调整）和过热度控制等。在实际连铸生产过程中，低温浇注是改善连铸坯宏观组织的最基本的一种工艺措施。在凝固过程中，凝固前沿的枝晶因颈缩形成的大量等轴晶晶核被液流冲入钢水，这些晶核在低过热度条件下快速增殖和长大形成等轴晶，进而阻止凝固前沿柱状晶的生长，减小中心偏析和疏松。而凝固末端的轻压下技术始于20世纪70年代末，是在辊缝收缩的基础上发展起来的，其基本原理是通过在连铸坯液芯末端施加均匀外力，形成一定的压缩量来补偿连铸坯的凝固收缩量。这一方面可消除或减少连铸坯收缩形成的内部空隙，防止晶间富集溶质的钢水向连铸坯中心横向流动；另一方面，轻压下所产生的挤压作用还可以促使液芯中富集溶质的钢水沿拉坯方向反向流动，使溶质元素在钢水中重新分配，从而使连铸坯的凝固组织更加均匀致密，达到改善中心偏析和减少中心疏松的目的。
针对相同断面和钢种，在同一连铸机同一流进行了压下量调整工艺。试验前期采用小压下量，后期调整为大压下量。
试验结果分析。在不同连铸工艺条件下，分别取连铸坯低倍样，采用盐酸水溶液（1：1）进行浸蚀，保持酸液温度为60℃，对连铸坯进行酸浸低倍试验。
相同压下量条件下，提高过热度对连铸坯内部质量的提高不利。当压下量为4mm时，过热度从28℃提高到35℃，中心偏析级别由0.5级增加到1.0级；当压下量为3mm时，过热度从28℃提高到35℃，中心偏析级别由0.5级增加到2.0级。
2）在相同过热度条件下，适当提高压下量对连铸坯内部质量的提高有利，尤其对高过热度条件下铸坯内部质量的改善作用显著。当过热度为35℃时，压下量从3mm提高到4mm，中心偏析级别由2.0级减小到1.0级。
由此可见，250P1钢种在现有连铸工艺条件下，将过热度控制在低于30℃、压下量提高至4mm，可将连铸坯内部中心偏析控制在0.5—1.0级，且无中心缩孔的产生。
综上所述，含磷高强IF钢在连铸过程中易于形成明显的磷的中心偏析带进而形成中心裂纹及缩孔，是造成含磷高强IF钢热轧轧裂的主要原因。同时，含磷高强IF钢中心偏析遗传至冷轧卷中，同样易造成冷轧过程中的断带发生，造成严重的生产安全隐患。为此，技术人员提出了在现有工艺条件下优化连铸工艺的过热度及轻压下工艺，在控制过热度低于30℃以及提高压下量至4mm条件下，进行了热轧轧制试验，热轧卷无轧裂现象发生。同时，对热轧卷中部进行了组织观察，并采用电子探针对磷元素偏聚情况进行了分析，发现热卷中部晶粒均匀性明显提高，且未观察到明显的磷偏析带，说明磷元素连铸过程中心偏析的改善对防治含磷高强IF钢热轧轧裂现象效果明显。
现货资源
| 品名 | 规格 | 材质 | 厂家 | 地区仓库 | 价格 | 现货 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 螺纹钢 | 12*9 | HRB400E | 山东新石特工程材料有限公司 | 石横(厂提) | 3380 | 详情 |
| 热轧卷板 | 3.75*1500 | Q235B | 苏州鑫昊欣金属科技有限公司 | 沙钢(玖隆物流) | 3630 | 详情 |
| 普碳中板 | 5*1500*9800 | T700 | 上海衷奇供应链管理有限公司 | 太钢(好放库) | 0 | 详情 |
| 低合金板 | 210 | Q355NB | 舞钢市坤钰供应链管理有限公司 | 舞钢(产业集聚区) | 0 | 详情 |
| 无缝管 | 76*35 | 45# | 山东东银金属材料有限公司 | 聊城(东银库) | 4230 | 详情 |
| 圆钢 | 22*9380 | 25CrMoA | 山东大万实业有限公司 | 宣钢(河北宣化) | 0 | 详情 |
| 热轧卷 | 3.0*1800*C | Q235B | 上海盛钢联供应链管理有限公司 | 宝钢(泉安/津澜) | 0 | 详情 |
| 高线 | Φ20*C | Q355D | 上海北铭高强度钢材有限公司 | 韶钢(川流富锦库) | 5540 | 详情 |
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