梅鋼平整大延伸實(shí)現(xiàn)高硬度等級(jí)鍍錫板的研究

魏寶民,穆海玲,白振華

(1.梅山鋼鐵公司技術(shù)中心,江蘇南京210039; 2.燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,河北秦皇島066004)

梅鋼平整大延伸實(shí)現(xiàn)高硬度等級(jí)鍍錫板的研究

魏寶民1,穆海玲1,白振華2

(1.梅山鋼鐵公司技術(shù)中心,江蘇南京210039; 2.燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,河北秦皇島066004)

在試驗(yàn)室模擬了連續(xù)退火生產(chǎn)鍍錫板MR T-4CA不同延伸率的平整,研究平整延伸率對(duì)連續(xù)退火生產(chǎn)MR T-4CA鍍錫板力學(xué)性能影響關(guān)系,比較了僅通過(guò)增加平整量生產(chǎn)的高硬度級(jí)別鍍錫板與二次冷軋產(chǎn)品的差異性,并評(píng)估了梅鋼連退平整機(jī)大延伸率軋制的負(fù)荷能力,提出了通過(guò)平整大延伸實(shí)現(xiàn)高硬度級(jí)別鍍錫板的建議,為工業(yè)應(yīng)用提供參考。

鍍錫板;平整;高硬度;力學(xué)性能;負(fù)荷

1 引言

隨著鋼質(zhì)罐與鋁質(zhì)罐以及其它代用材料的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈,制罐行業(yè)使用的基本材料鍍錫板呈現(xiàn)高強(qiáng)減薄趨勢(shì)。二次冷軋產(chǎn)品以其規(guī)格薄、強(qiáng)度大、精度高為特點(diǎn),充分體現(xiàn)了材料優(yōu)勢(shì),其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大[1,2]。盡管目前利用連退機(jī)組在線平整機(jī)生產(chǎn)二次冷軋產(chǎn)品存在較高的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn),但隨著技術(shù)和管理水平不斷進(jìn)步,這將是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì),據(jù)了解國(guó)內(nèi)新建的專門用于生產(chǎn)鍍錫板連退機(jī)組的在線平整機(jī)已經(jīng)具有二次冷軋功能。本文在試驗(yàn)室模擬了連續(xù)退火生產(chǎn)鍍錫板MR T-4CA不同延伸率的平整,研究平整延伸率對(duì)連續(xù)退火生產(chǎn)MR T-4CA鍍錫板力學(xué)性能影響關(guān)系,比較了僅通過(guò)增加平整量生產(chǎn)的高硬度級(jí)別鍍錫板與二次冷軋產(chǎn)品的差異性,并評(píng)估了梅鋼連退平整機(jī)大延伸率軋制的負(fù)荷能力,提出了通過(guò)平整大延伸率實(shí)現(xiàn)高硬度級(jí)別鍍錫板的建議,為工業(yè)應(yīng)用提供參考。

2 材料及試驗(yàn)方法

試驗(yàn)所用材料為梅鋼冷軋廠生產(chǎn)的MR T-4CA連續(xù)退火態(tài)鍍錫基板,厚度為0.32mm,主要成分列于表1。

表1 MR T-4CA化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)

利用燕山大學(xué)六輥650mm中試軋機(jī)對(duì)退火態(tài)鍍錫基板進(jìn)行不同延伸率的平整模擬試驗(yàn),分別進(jìn)行了2.1%、3.4%、5.8%、6.8%、8.3%、10.2%、13.2%、14.5%和16.3%九個(gè)延伸率的平整試驗(yàn),試驗(yàn)后分別對(duì)鋼板進(jìn)行顯微組織觀察,拉伸測(cè)試以及表面洛氏硬度測(cè)試,并與二次冷軋產(chǎn)品分別就硬度、拉伸測(cè)試以及顯微組織觀察進(jìn)行比較。觀察比較試樣在不同的平整延伸率時(shí)拉伸特性、表面硬度等的變化情況。為了便于比較,試樣剪切方向?yàn)檐堉品较?縱向)和垂直于拉伸方向(橫向),觀察帶鋼縱向和橫向拉伸特性的差別[3]。同時(shí)應(yīng)用《梅鋼1420雙機(jī)架平整機(jī)組軋制力預(yù)報(bào)》軟件對(duì)不同平整延伸率下平整機(jī)的軋制負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 力學(xué)性能

實(shí)驗(yàn)鋼板的原始表面硬度(HR30T,以下硬度均為HR30T)為58.6,隨著平整延伸率的增加,硬度呈上升趨勢(shì),當(dāng)平整延伸率為16.3%時(shí),硬度升高至71.4,硬度的變化趨勢(shì)如圖1所示。這是由于隨著變形的增大,位錯(cuò)釘扎作用逐漸增加,出現(xiàn)了加工硬化,材料的表面硬度提高。

圖1 平整延伸率和鋼板表面硬度的變化關(guān)系

由圖1可以看出,試驗(yàn)料MR T-4CA經(jīng)5%左右平整延伸率時(shí)其硬度可達(dá)到T5級(jí)別,經(jīng)10%左右其硬度可達(dá)到T6級(jí)別,經(jīng)14%左右其硬度可達(dá)到二次冷軋DR7級(jí)別,經(jīng)大于16%其硬度可達(dá)到二次冷軋DR8級(jí)別[4],這為通過(guò)大的平整延伸率實(shí)現(xiàn)高硬度級(jí)別鍍錫板提供了可能性。

鋼板的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和斷后伸長(zhǎng)率隨平整延伸率的變化如圖2所示,三個(gè)拉伸性能指標(biāo)均包括橫向和縱向性能?？梢钥闯?實(shí)驗(yàn)鋼板隨著延伸率的增大,橫向和縱向的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度均呈上升趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果同時(shí)表明,在相同的條件下,鋼板橫向的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度要高于對(duì)應(yīng)的縱向指標(biāo),并且隨著延伸率的增大,高出的值呈增加趨勢(shì),如圖2(a)所示。這是由于隨著延伸率的增大,晶粒發(fā)生滑移,滑移面和附近的晶格扭曲,使晶粒沿縱向拉長(zhǎng),造成材料橫向的殘余應(yīng)力大于縱向的,因而橫向的塑性變形強(qiáng)度大于縱向。實(shí)驗(yàn)材料隨著延伸率的增大,橫向和縱向的斷后伸長(zhǎng)率均呈下降趨勢(shì),如圖2(b)所示。當(dāng)平整延伸率為10%左右即強(qiáng)度在T6級(jí)別時(shí),其斷后伸長(zhǎng)率為10%以上;當(dāng)平整延伸率為14%～16%即強(qiáng)度在DR7-DR8級(jí)別時(shí),其斷后伸長(zhǎng)率為3%～5%。由圖2(b)還可以看出,在相同的條件下,鋼板橫向的斷后伸長(zhǎng)率小于縱向斷后伸長(zhǎng)率,其原因和上述延伸率造成材料縱、橫向強(qiáng)度差異的原因相同。

3.2 試驗(yàn)料與二次冷軋產(chǎn)品的對(duì)比

將平整延伸率16.3%梅鋼試驗(yàn)料(記為1#樣)與其成分相近的兩個(gè)二次冷軋產(chǎn)品DR8(分別記為2#、3#樣)相比較。在強(qiáng)度和硬度方面來(lái)看,1#樣品的硬度為71.4,2#、3#分別為71.3和71.1,三個(gè)樣品的硬度相當(dāng),均在DR8的要求范圍[4],三個(gè)樣品的表面硬度和拉伸測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

圖2 平整延伸率和鋼板拉伸性能的變化關(guān)系

圖3 三個(gè)樣品性能比較

由圖3可以看出,1#樣品的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度無(wú)論橫向還是縱向均與2#、3#相當(dāng),居于后者兩樣品中間;三個(gè)樣品的橫向強(qiáng)度均高于縱向強(qiáng)度,說(shuō)明材料退火后經(jīng)過(guò)較大的延伸率具有明顯的方向性;在塑性方面, 1#樣品的斷后伸長(zhǎng)率最低,2#樣品居中,3#樣品最高。

三個(gè)樣品的顯微組織如圖4所示。

圖4 三個(gè)樣品顯微組織比較

由顯微組織可以看出,3#樣品的鐵素體晶粒最細(xì),1#、2#相當(dāng),較3#略粗;3#樣品晶粒均勻度最好,1#、2#相當(dāng);1#樣品的晶粒變形度最大,2#次之,3#最小。綜合來(lái)看,1#樣品的晶粒均勻度和變形度與2#、3#樣品存在一定的差距,這也是1#樣品斷后伸長(zhǎng)率指標(biāo)最低的原因所在。

這表明如果試圖通過(guò)連退平整機(jī)大延伸的途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品調(diào)質(zhì)度的升級(jí),僅僅提高平整延伸率存在一定的風(fēng)險(xiǎn),這樣硬度指標(biāo)雖然能夠達(dá)到,但塑性指標(biāo)不好,要從全工序?qū)Ξa(chǎn)品設(shè)計(jì)再審視。

3.3 梅鋼連退平整機(jī)軋制的負(fù)荷評(píng)估

根據(jù)已知材料的強(qiáng)度,通過(guò)《梅鋼1420雙機(jī)架平整機(jī)組軋制力預(yù)報(bào)》軟件,計(jì)算出不同平整延伸率的軋制力,以此來(lái)評(píng)估梅鋼連退平整機(jī)對(duì)MR T-4CA料大延伸的負(fù)荷能力。通過(guò)多次計(jì)算發(fā)現(xiàn),延伸率分配系數(shù)設(shè)定為0.6時(shí),能夠充分發(fā)揮第一機(jī)架和第二機(jī)架的軋制能力。摩擦系數(shù)按現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)有平整液的濃度測(cè)算,設(shè)定為0.5。表2是利用連退平整機(jī)將梅鋼0.32mm MR T-4CA料經(jīng)過(guò)2.1%、3.4%、5.8%、6.8%、8.3%、10.2%、13.2%、14.5和16.3%九個(gè)平整延伸率軋制力的數(shù)據(jù),評(píng)估現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能否滿足軋制負(fù)荷要求。

表2 軋制力計(jì)算結(jié)果

由表2數(shù)據(jù)可以看出,延伸率分配系數(shù)0.6,采用現(xiàn)有的平整液潤(rùn)滑模式下當(dāng)平整延伸率小于10%時(shí),連退平整機(jī)能夠滿足軋制負(fù)荷要求,平整延伸率13%～16%時(shí)一機(jī)架不能滿足,二機(jī)架也已接近極限能力。如果梅鋼連退平整機(jī)進(jìn)行大于10%大延伸率試驗(yàn),需提高平整液的潤(rùn)滑性。

4 結(jié)論

(1)實(shí)驗(yàn)鋼板隨著平整延伸率的增加,屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均呈上升趨勢(shì),斷后伸長(zhǎng)率均呈下降趨勢(shì),且橫向強(qiáng)度高于對(duì)應(yīng)的縱向強(qiáng)度,橫向斷后伸長(zhǎng)率小于縱向斷后伸長(zhǎng)率。

(2)實(shí)驗(yàn)鋼板隨著平整延伸率的增加,表面硬度呈上升趨勢(shì),經(jīng)5%左右平整延伸率硬度可達(dá)到T5級(jí)別,經(jīng)10%左右其硬度可達(dá)到T6級(jí)別,經(jīng)14%左右其硬度可達(dá)到二次冷軋DR7級(jí)別,經(jīng)大于16%其硬度可達(dá)到二次冷軋DR8級(jí)別,這為通過(guò)大的平整延伸率實(shí)現(xiàn)高硬度級(jí)別鍍錫產(chǎn)品提供了可能性。

(3)梅鋼MR T-4CA經(jīng)16.3%平整延伸率的試驗(yàn)料與二次冷軋產(chǎn)品DR8相比,梅鋼試驗(yàn)料的硬度與其相當(dāng),但斷后伸長(zhǎng)率偏低,組織中晶粒均勻度和變形度還存在一定的差距,這也是梅鋼試驗(yàn)料斷后伸長(zhǎng)率指標(biāo)最低的原因所在。這表明如果試圖通過(guò)連退平整機(jī)大延伸的途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品調(diào)質(zhì)度的升級(jí),僅僅提高平整延伸率存在一定的風(fēng)險(xiǎn),這樣硬度指標(biāo)雖然能夠達(dá)到,但塑性指標(biāo)不好,要從全工序?qū)Ξa(chǎn)品設(shè)計(jì)再審視。

(4)采用現(xiàn)有的平整液潤(rùn)滑模式下當(dāng)平整延伸率小于10%時(shí),連退平整機(jī)能夠滿足軋制負(fù)荷要求,平整延伸率13%～16%時(shí)一機(jī)架不能滿足,二機(jī)架接近極限能力。如果梅鋼連退平整機(jī)進(jìn)行大于10%大延伸率試驗(yàn),需提高平整液的潤(rùn)滑性。

[1] 但錫安.二次冷軋鍍錫薄鋼板食品飲料罐的制造與應(yīng)用分析[J].包裝學(xué)報(bào),2012.10(4):41 -46.

[2] 李秀軍.二次冷軋技術(shù)的應(yīng)用研究[J].寶鋼技術(shù),2006(增刊):61-63.

[3] 白振華,劉宏民,李秀軍,等.平整軋制工藝模型[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2010,85-87.

[4] 寶鋼股份技術(shù)質(zhì)量管理部.寶鋼股份企業(yè)標(biāo)準(zhǔn).第四分冊(cè)[M].2009:130-132.

Research of Meigang Big Elongation Temper Rolling to Achieve High Hardness Grade Tinplate

WEI Bao-min1,MU Hai-ling1,BAI Zhen-hua2
(1.Technology Center of Meishan Iron&Steel Co.,Nanjing 210039,Jiangsu,China; 2.Mechanical College of Yanshan University,Qinhuangdao 066004,Heibei,China)

In this paper,Simulated the continuous annealing production of tinplate MR T-4CA different temper rolling elongation in the laboratory,Researched the relationship between elongation and the mechanical properties of continuous annealing production MR T-4CA tinplate,Compared the high hardness level tinplate only by increasing temper rolling elongation and two cold-rolled products,And evaluated load capacity of MeiGang continuous annealing temper mill under big elongation,Proposed the Suggestions of realizing the high hardness level tinplate by big elongation Temper rolling,Provide a reference for industrial application.

tinplate;temper rolling;high hardness;mechanical properties;load capacity

TG333

:A

1001-5108(2015)06-0043-05

魏寶民,工程師,主要從事金屬材料加工方面的工作。