冷轧DP780冲压脱锌原因分析

供稿|马海龙，韩乐，巫雪松，鲍成人，田贵昌，王章岭 /

内容导读

热镀锌双相钢因具有一系列优异性能而得以在汽车车身轻量化和提高零部件安全性的生产中广泛应用。热镀锌高强度双相钢的可镀性问题是生产高质量表面镀层钢板的关键问题之一，而提高可镀性的基本方式是减少表面氧化物生成，从而抑制合金元素表面富集。文章针对冷轧镀锌DP780高强钢冲压脱锌质量问题进行成分和电镜对比分析，研究发现脱锌卷抑制层不均匀连续，局部存在合金元素富集氧化。分析表明其根本原因在于退火炉中露点控制不佳导致局部合金元素富集氧化，影响抑制层的均匀连续性。通过合理控制露点，抑制层均匀性得到改善，冲压脱锌问题得到解决。

为满足汽车节能减排、低油气消耗、高安全性要求，采用高强钢代替传统钢材实现汽车车身轻量化和提高安全性成为一项重要措施。近年来，高强钢的使用比例逐年增加，并且向更高强度方向发展[1]。热镀锌双相钢因其具有一系列优异性能，广泛应用于轿车边梁、支柱等车体结构加强件和防撞安全件[2]。热镀锌双相钢主要由马氏体和铁素体组成，为保障钢的组织和性能要求，在钢中添加了Mn、Si、Cr、Al等合金元素，但是这些合金元素在退火过程中易于发生选择性氧化，氧化物覆盖在带钢表面，镀锌时阻止基体铁与锌液的铝热反应，不能形成较好的抑制层[3]，影响可镀性。热镀锌高强度双相钢的可镀性问题是生产高质量表面镀锌钢板的关键问题之一，而提高可镀性的基本方式是减少表面氧化物生成，从而抑制合金元素表面富集[4]。

本文对国内某镀锌线DP780高强钢在后续冲压过程中发生冲压脱锌现象(图1)的原因进行分析，进而提出了改善可镀性的措施。

实验材料及方法

对国外进口的同钢种无冲压脱锌卷取试样A，国内某镀锌线DP780无冲压脱锌卷取试样B及DP780冲压脱锌卷取试样C分别进行成分和电镜分析。

不同DP780试样成分对比如表1所示。3种试样的DP780成分设计均为C-Mn-Si系，不同之处在于国内某镀锌线DP780采取了Al代Si的成分设计思路。Si元素是有效的固溶强化元素，能够加速C元素向奥氏体的偏聚，对铁素体中的固溶C起到“清除”和“净化”作用，抑制冷却过程中粗大碳化物的形成，但是Si元素易于氧化影响表面质量，Al在抑制碳化物方面与Si作用相似且不影响涂镀和焊接，因而国内部分钢厂采用Al代Si成分设计。

图1 DP780冲压脱锌情况

实验结果及讨论

抑制层观察

对不同DP780试样的抑制层进行微观分析，如图2所示。从图2可以看出，A试样抑制层均匀、连续性较好；B试样次之，C试样抑制层更显断续，且局部存在蜂窝状形貌和无抑制层区域，对此区域进一步分析，如图3所示。

蜂窝状位置谱图7处存在质量分数为4.15%的O元素、3.24%的Mn元素、0.59%的Cr元素以及0.35%的Si元素，说明此处存在合金元素的富集及氧化，对于抑制层(Fe2Al5)的形成是不利的。

GDS分析

为更准确测定各试样抑制层附近元素的分布情况，对3个试样进行GDS分析，结果如图4所示。

从图4中可以看出，A试样存在明显的Al峰；B试样也存在明显的Al峰，同时抑制层位置处出现了B元素峰；C试样为脱锌样，抑制层位置未见Al峰，说明抑制层形成不良，同样对应位置处发现了B元素的峰值。B元素一般用于提高淬透性，微量B在晶界上阻抑铁素体晶核的形成，从而延长奥氏体的孕育期。同时B也是一种易于发生选择性氧化的元素，应严格控制其含量。对比图4(b)和(c)发现，抑制层部位B元素含量基本一致，可以认为此种程度的B元素含量不影响可镀性。

表1 不同DP780试样成分对比(质量分数，%)

图2 不同DP780试样抑制层微观形貌：(a) 试样A表面；(b) 试样B表面；(c) 试样C表面；(d) 试样A截面；(e) 试样B截面；(f) 试样C截面

图3 试样C局部区域成分分析：(a) SEM图；(b) 能谱分析

图4 GDS分析元素富集情况：(a) 试样A；(b) 试样B；(c) 试样C

原因分析及措施

综上所述，A、B未脱锌试样抑制层形成良好，均匀连续；而C试样抑制层不均匀连续、未见Al元素峰，且局部区域存在合金元素富集氧化情况。

对DP780发生冲压脱锌的国内某镀锌线脱锌卷的同产线、同钢种、同规格产品的镀锌工艺进行反查，发现各段温度控制一致、气氛控制参数一致，但脱锌卷试样卷加热段和均热段露点明显高于无脱锌试样卷，分别比正常卷高4.15 ℃和7.25 ℃。

根据有关文献，露点是指在气压一定的情况下，环境中水汽达到饱和时的温度。露点的变化对双相钢表面氧化行为以及氧化物种类的影响远远大于其他工艺参数，原因在于露点的变动会给气氛的氧化能力带来数量级的变化[5]。合金元素的表面富集氧化影响抑制层的连续和均匀性，破坏抑制层的结构，导致锌层附着力差，进而造成表面漏镀和冲压脱锌等情况。

在生产实践中为避免冲压脱锌问题，采取以下措施：(1)炉内小加湿，加热段和均热段露点控制在–40 ℃左右；(2)炉鼻子加湿关闭，露点控制在–35 ℃左右，同时控制锌灰的产生，避免锌灰落到带钢表面形成漏镀。采取措施后，对多批次生产的DP780镀锌卷进行取样折弯实验，未再发生脱锌问题。

结束语

热镀锌双相钢中含有较多的合金元素，合金元素在退火过程中易发生选择性氧化并附着在带钢表面，影响抑制层的均匀连续性，造成带钢锌层附着力差，后续冲压加工时发生脱锌现象。通过合理控制炉内各段露点可以有效改善高强钢合金元素富集氧化，改善抑制层形成，提高可镀性。