22MnB5冷轧边部裂口缺陷分析及控制.pdf

第45卷第4期2023年8 月四川冶金Sichuan MetallurgyVol.45No.4Aug.,2023文章编号：10 0 1510 8(2 0 2 3)0 40 0 56 0 522MnB5冷轧边部裂口缺陷分析及控制白玉朋，张帅，史建伟，王占国，栗建辉（唐山钢铁集团有限责任公司质量管理部，河北唐山0 6 30 0 0)摘要：文章对2 2 MnB5钢种冷轧边部裂口缺陷的宏观形貌及特殊特性进行了详细描述。利用电子显微镜观察分析了缺陷的微观组织，钢带裂口较多的一侧充斥着大量的贝氏体；边部的晶相组织与钢带中间位置有很大的区别，推断出导致裂口产生的根本原因是钢带宽度方向上组织不均，组织不均导致在冷轧加工过程中钢带受力不均，从而使钢带边部撕裂，产生边部裂口缺陷。利用便利的信息化条件对冷、热轧的生产过程进行了还原，通过数据收集和分析找出缺陷产生的可能原因。再通过生产试验对冷轧压下率进行了调整，对热轧层冷冷却过程包括层冷水温度、超快冷喷嘴等进行了综合调整。经过冷轧、热轧联动调整后，大大降低了缺陷发生的概率，保证了冷轧产线生产过程的稳定。关键词：2 2 MnB5；组织均匀性；贝氏体；层冷冷却；压下率；边部裂口中图分类号：TG335.5Analysis andcontrol of edge crack defects in 22MnB5 cold rollingBAI Yupeng,ZHANG Shuai,SHI Jianwei,WANG Zhanguo,LI Jianhui(Tangshan Iron and Steel Group Co.LTD,Tangshan 063000,Hebei,China)Abstract:The article provides a detailed description of the macroscopic morphology and special characteristics of coldrolled edge crack defects in 22MnB5 steel.The microstructure of defects was observed and analyzed by electron mi-croscope.The side with more cracks in the steel strip was filled with a large amount of bainite;There is a significantdifference between the crystal phase structure at the edges and the middle position of the steel strip.It is inferredthat the fundamental reason for the occurrence of cracks is the uneven structure in the width direction of the steelstrip,which leads to uneven stress on the steel strip during cold rolling processing,resulting in edge tearing andedge crack defects.Utilizing convenient information technology,the production processes of cold and hot rollingwere restored,and possible causes of defects were identified through data collection and analysis.Further adjust-ments were made to the cold rolling reduction rate through production experiments,and comprehensive adjustmentswere made to the cold rolling layer cooling process,including the layer cooling water temperature and ultra fastcooling nozzles.After the linkage adjustment of cold rolling and hot rolling,the probability of defects occurring hasbeen greatly reduced,ensuring the stability of the production process of the cold rolling production line.Key words:22MnB5;organizational uniformity;bainite;layer cooling;reduction rate;edge crack随着汽车产业的不断发展，汽车行业对钢材种类的需求越来越多样化。2 2 MnB5作为热冲压成型钢材，广受各大汽车制造商的青睐。汽车制造商使用2 2 MnB5钢材利用热冲压成形工艺，制造前后保险杠、车门防撞梁、AB柱、中央通道等车体结构件的零件，车身件采用2 2 MnB5可以使制件减薄减重并兼顾乘员舱高强度1-2 。关键的安全结构件在考第一作者：白玉朋（19 9 4一），男，从事冷轧产品表面缺陷成因及控制研究，E-mail:。文献标识码：A虑高强度的同时需兼顾碰撞吸能的要求，高强钢热成型零件变强度技术应运而生3-4。唐钢某冷轧厂，随着汽车用户的发展，汽车商对22MnB5钢种的需求越来越多，2 2 MnB5逐渐增产，由原本年产八千吨提升至三万吨，产量的提升会暴露出很多不常见的质量问题，边部裂口缺陷为典型缺陷。边部裂口缺陷常常导致冷轧机组断带，影响第4期生产顺行，控制裂口缺陷迫在眉睫。122MnB5边部裂口缺陷描述1.1袭裂口缺陷发现位置和形貌22MnB5的裂口缺陷发生位置较奇怪，利用唐钢便利的全流程缺陷追踪手段，跟踪了大量钢卷的生产质量情况，发现在热轧卷的端面并没有明显的开裂痕迹。热轧原料卷边部也未发现存在明显的其它导致裂口的缺陷，非原料异物或损伤类缺陷导致。如图1。图1 热轧卷端部图像很多端面无裂口缺陷的热轧钢卷经过冷轧轧制后，在冷硬卷的端面发现了裂口缺陷。裂口深度25 m m，于钢板垂直方向呈约45 角，且数量非常多,有的钢卷甚至有上百处的裂口缺陷，冷硬钢卷的操作侧明显重于驱动侧。冷硬卷端面裂口缺陷实物图像如图2 所示。Sichuan Metallurgy1.2裂口缺陷调查从2 0 2 2 年热成型2 2 MnB5S钢种边部裂口缺陷趋势上看，冷轧切边钢卷的边部裂口缺陷比例一直比较稳定，37 月份不切边钢卷的产量很少。冷轧不切边钢卷缺陷比例在8 月份随着产量增加开始忽然增加，同时在1 2 月份边部裂口缺陷比例也异常高，如图4。20.00%18.00%16.00%14.00%12.00%10.00%8.00%6.00%4.00%2.00%0.00%1月2月3月4月5 月6 月7 月8 月9 月口切边钢卷降判率不切边钢卷降判率图4边部裂口缺陷柱状统计图在热轧钢卷上沿轧制方向取多组试验样品进行测试性能,分为OS1（操作侧）、OS2（操作侧）、中间、DS1(驱动侧)、DS2(驱动侧）。测试多组试样后取平均值,发现OS1屈服强度有降低，与中间位置差距约为5 2 MPa，O S 2 各性能指与中间位置几乎无差异。DS侧取的样品性能各项指标与中间位置相比无差距。取样位置示意如图5，测试结果如表1。宽度方向57图3裂口缺陷在板带宽度方向的图像10月图2 冷硬卷端面裂口缺陷图像将冷硬卷开平，在开平线检验平台观察裂口缺陷在板带宽度方向上的形貌，裂口缺陷深人钢带内部，严重位置影响区域约1 0 mm，严重的裂口缺陷也是导致钢带在冷轧轧制过程中断带的主要缺陷。钢带宽度方向缺陷实物图像如图3。轧制方向OS1.OS2中间图5 热卷取样位置示意图DS1 DS258取样位置OS1OS2中间DS1DS2对冷硬卷上的裂口缺陷进行取样，做电镜分析，发现裂口处几乎只有Fe元素，有少量Mn元素是由于2 2 MnB5为高Mn钢。可以排除夹杂物、异物等外物造成的裂口缺陷。电镜结果如图6。4.03.53.02.5MIn2.0F1.51.00.50.0对冷硬卷上的裂口缺陷进行取样，利用电子显微镜将钢带表面放大1 0 0 0 倍，观察裂口缺陷的晶相组织,边部与心部组织存在差距,操作侧与驱动侧组织存在差距，操作侧以铁素体和珠光体为主，但是还存在部分贝氏体；驱动侧则是以铁素体和珠光体为主，有少量的贝氏体。铁素体为边界清晰白色的块状晶粒；珠光体为铁素体晶粒中的点状晶粒；贝氏体为黑色的块状晶粒。2 2 MnB5钢冷却速率为5/s时，有贝氏体生成，随着冷却速率的增加，其屈服强度和抗拉强度逐渐增加，延伸率减小 5 。晶相组织如图7 所示。操作侧图7 样品微观组织对比2边部裂口缺陷产生原因分析2.1压下率相关性统计由于缺陷发现位置在冷轧，且有切边钢卷缺陷发生率明显低于不切边钢卷的规律，对2 2 MnB5冷轧不切边的产品生产时的过程参数与裂口缺陷发生四川冶金表1 热轧样品性能测试结果比率进行比较，发现冷轧压下率对于裂口缺陷发生屈服均值/MPa抗拉均值/MPa958112810121130101011251013113210151133MaFo12图6 样品微观组织对比中间第45 卷率有一定的相关性。统计了冷轧不切边钢卷不同压下率的裂口缺陷比例，当压下率超过5 5%时不切边裂口缺陷发生的比例要明显高于5 5%压下率以下不切边裂口缺陷的比例。如图8 所示。12.00%10.00%8.00%6.00%4.00%2.00%0.00%25%-34%35%-44%45%-54%一一缺陷比率图8 不切边2 2 MnB5钢卷缺陷比率统计折线图2.2微观组织产生原因分析通过前面的组织分析结果，认为2 2 MnB5出现3455%-64%5665%78驱动侧边部裂口缺陷的原因之一为边部存在过冷组织，导致塑性降低并且晶间结合力下降，在冷轧轧制过程中易萌生裂纹并且发生延晶扩展进而形成裂口。低碳硅锰贝氏体钢通过热模拟试验，当冷速为5/s时，利用热膨胀及切线法所得到贝氏体转变点为565，试样冷却到室温的显微组织大部分是贝氏体铁素体 6 。热膨胀曲线如图9 所示。190F180170150140130120图9 冷却速度为5/s时试验钢的热膨胀曲线使用高温枪对正在生产的2 2 MnB5钢带温度进行实时测量，钢带层冷出口位置边部与中部温差达到6 0 8 0,且中间温度高于边部温度。2 2 MnB5在生产时卷取温度设定目标为6 40，设定的卷曲温度监测点为钢带宽度方向中间位置温度，即钢带宽度方向中间位置温度约为6 40，因此边部实际温度将在5 6 0 5 8 0 范围，进人了贝氏体生成区间。带钢成卷后，钢卷端面接触外部环境面积较大，Bs切线400450500550600温度/650700第4期即边部接触外部环境面积较大，接触面积大散热快为常理，因此钢带边部温度逸散快于中部。560-580/图1 0 带钢宽度方向温度分布示意图3边部裂口缺陷控制方法试验验证通过以上分析可以清楚的了解到缺陷产生的原因,边部裂口缺陷非异物、夹杂物造成，与冷轧的压下率有先行相关，与边部的组织结构有关。于是组织了大量生产试验来验证控制边部裂口缺陷的最佳工艺。3.1钢卷减缓冷却试验结合以边部裂口缺陷产生机理，带钢在层冷过程中及入库后边部温度将进入或快速进入贝氏体相区，进而生成贝氏体组织。为减缓钢卷的冷却,对进行了钢卷人坑缓冷试验，钢卷卸卷后如坑缓冷48 小时，出坑温度在40 0 左右，并对试验卷进行了