薄規(guī)格深沖鋼產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵質(zhì)量控制

胡國(guó)雄

【摘 要】采用罩式退火工藝生產(chǎn)薄規(guī)格深沖產(chǎn)品存在較大難度。因無(wú)脫脂線、拉矯機(jī)等設(shè)備，粘結(jié)、浪形缺陷較為突出。通過(guò)不斷摸索優(yōu)化工藝，特別是輥型優(yōu)化，較好的解決了浪形、粘結(jié)等缺陷，將薄規(guī)格深沖產(chǎn)品的一次合格率由最初的不到40%提升至90%左右，實(shí)現(xiàn)了批量穩(wěn)定生產(chǎn)，取得了較好的效果。

【關(guān)鍵詞】罩式退火；薄規(guī)格；深沖鋼；生產(chǎn)實(shí)踐；輥型；肋

【Abstract】Its difficult to produce thin-gauge deep-drawing products under the batch annealing process. Wave shape and layer bonding defects are very prominent due to lack of equipment such as tension leveler and degrease line. Wave shape and layer bonding defects were solved through continuing process optimizing， especially roll-shape optimizing. Primary qualification rate of thin-gauge deep-drawing products was improved to 90 percent from 40 percent， and mass-produce was achieved.

【Key words】Batch annealing； Thin gauge； Deep drawing steel； Production practice； Roll shape； Rib wave

0 引言

近年來(lái)，鋼鐵市場(chǎng)形勢(shì)一直萎靡不振，下游用鋼企業(yè)需求不旺，產(chǎn)能遠(yuǎn)遠(yuǎn)供大于求，鋼材價(jià)格不斷探底。在新的形勢(shì)下，冷軋產(chǎn)品用戶需求也在悄然發(fā)生變化：一是，存在以低代高使用的情況，以前用DC04級(jí)別的現(xiàn)在改用DC03級(jí)別，哪個(gè)廠家DC03能滿足自身要求就選擇哪個(gè)廠家的產(chǎn)品，倒逼廠家不斷提升對(duì)應(yīng)級(jí)別產(chǎn)品的內(nèi)在性能；二是，表面及外觀要求不斷提高，幾近苛刻的程度，以前可以接受的輕微缺陷現(xiàn)在無(wú)法接受；三是，產(chǎn)品厚度不斷減薄，且厚度負(fù)公差要求越來(lái)越大。為適應(yīng)新的需求，各廠家爭(zhēng)相開(kāi)發(fā)薄規(guī)格深沖鋼產(chǎn)品，特別是0.3～0.5mm規(guī)格的DC03級(jí)別產(chǎn)品存在較大的市場(chǎng)需求。

然而，不同廠家裝備水平千差萬(wàn)別，裝備水平高的如連軋連退，開(kāi)發(fā)起來(lái)比較順手；裝備水平稍差但適應(yīng)薄規(guī)格產(chǎn)品生產(chǎn)的企業(yè)難度也不大，但不適應(yīng)薄規(guī)格產(chǎn)品生產(chǎn)的企業(yè)則存在較大生產(chǎn)難度。脫脂線、拉矯機(jī)在業(yè)內(nèi)被認(rèn)為是生產(chǎn)薄規(guī)格冷軋產(chǎn)品的標(biāo)配，本文重點(diǎn)介紹無(wú)脫脂線、拉矯機(jī)，且采用罩式退火工藝開(kāi)發(fā)0.3～0.5mm規(guī)格的高沖壓性能DC03級(jí)別產(chǎn)品的生產(chǎn)實(shí)踐。

1 工藝裝備情況及生產(chǎn)中出現(xiàn)的主要問(wèn)題

本文開(kāi)發(fā)0.3～0.5mm規(guī)格的高沖壓性能DC03級(jí)別產(chǎn)品所用工藝裝備情況如下：CSP薄板坯連鑄連軋（采用130mm板坯生產(chǎn)），連續(xù)酸洗線，雙機(jī)架可逆式四輥冷軋機(jī)，罩式退火爐，單機(jī)架四輥平整機(jī)，重卷分卷線，無(wú)脫脂線，無(wú)拉矯機(jī)。

0.3～0.5mm規(guī)格DC03級(jí)別產(chǎn)品用在家電產(chǎn)品上的較多，對(duì)表面質(zhì)量、板形、沖壓性能等均有較高的要求。

在開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到的主要問(wèn)題：一是，板形方面肋浪控制難度很大；二是，表面容易產(chǎn)生粘結(jié)紋缺陷；三是，用戶使用過(guò)程中出現(xiàn)了部分開(kāi)裂的情況。針對(duì)這些問(wèn)題，通過(guò)反復(fù)的工藝試驗(yàn)和摸索，摸清了工藝控制關(guān)鍵點(diǎn)，產(chǎn)品合格率得到較大程度的提升，用戶滿意度也得到提高，投訴大幅降低。

2 主要缺陷的工藝應(yīng)對(duì)措施

2.1 肋浪的控制

板形控制的三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：一是，熱軋來(lái)料板形要盡量控制好，一般要求楔形不超過(guò)25～30μm，凸度不超過(guò)40μm，無(wú)明顯浪形缺陷。如熱軋來(lái)料板形較差，則盡量在酸洗線拉矯機(jī)能力范圍內(nèi)提高拉矯延伸率以改善原料板形，為軋機(jī)板形控制提供良好條件。二是，軋機(jī)板形控制，軋機(jī)板形是基礎(chǔ)，故工藝控制較為關(guān)鍵。三是，平整機(jī)板形控制，平整機(jī)板形即為成品板形，是對(duì)軋機(jī)板形的重要調(diào)整和改善，決定了最終產(chǎn)品質(zhì)量。這里重點(diǎn)介紹軋機(jī)和平整機(jī)的板形控制。

軋機(jī)板形控制，除了各種常規(guī)的板形控制手段如竄輥、CVC輥型、多區(qū)冷卻、彎輥、傾斜等以外，比較關(guān)鍵的是乳化液濃度、軋輥輥徑的選擇、壓下規(guī)程的合理分布、軋機(jī)板形控制策略的選擇等。軋制薄規(guī)格深沖鋼時(shí)可適當(dāng)提高乳化液濃度，如采用好富頓軋制油，正常使用濃度范圍1～4%，軋制0.3～0.5mm規(guī)格DC03級(jí)別產(chǎn)品時(shí)可適當(dāng)提升至3.5%左右，以提高潤(rùn)滑、冷卻效果，達(dá)到降低軋制力、改善板形控制的效果。盡量選用小輥徑軋輥，如軋輥正常輥徑范圍400～450mm時(shí)，一般選擇420mm以內(nèi)的輥徑，以410mm為宜，由軋鋼原理可知小輥徑明顯更有利于薄規(guī)格產(chǎn)品板形的生產(chǎn)控制。對(duì)于壓下規(guī)程的合理選擇，充分體現(xiàn)了雙機(jī)架可逆軋機(jī)的靈活性特點(diǎn)，生產(chǎn)0.4mm規(guī)格的產(chǎn)品，原料厚度較多選擇2.75mm，總壓下率86%左右，一般選擇6道次（3個(gè)軋程）或8道次（4個(gè)軋程）生產(chǎn)，3軋程與4軋程在軋制力方面差別不大，但成品道次板形卻差別較大，4軋程板形控制明顯優(yōu)于3軋程，因此適當(dāng)降低各道次壓下率對(duì)薄規(guī)格生產(chǎn)是非常有利的。軋機(jī)板形控制策略的選擇，更多的是基于為后續(xù)退火、平整工序創(chuàng)造良好的條件，減少后續(xù)工序缺陷的產(chǎn)生。生產(chǎn)實(shí)踐表明，微邊浪控制時(shí)，雖然從理論上講有利于罩退時(shí)板面乳化液的揮發(fā)，提高鋼板表面清潔度，但極不利于平整機(jī)板形控制，在這種情況下平整機(jī)出現(xiàn)肋浪無(wú)法調(diào)整的幾率非常高。微中浪控制時(shí)，平整機(jī)板形缺陷相對(duì)較少，因此軋機(jī)主要采用了微中浪控制的策略。

平整機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的主要難題是肋浪的控制，生產(chǎn)實(shí)踐表明關(guān)鍵點(diǎn)有二：一是，輥型的優(yōu)化控制；二是，卷取張力的優(yōu)化控制。平整機(jī)出口卷取張力過(guò)大時(shí)，鋼板被拉直，出口真實(shí)板形被掩蓋，不利于操作工的及時(shí)調(diào)整和控制，容易出現(xiàn)板形缺陷。平整機(jī)生產(chǎn)時(shí)板形良好，但重卷開(kāi)卷檢查時(shí)又發(fā)現(xiàn)浪形嚴(yán)重，就是這種原因所致。平整機(jī)卷取張力過(guò)小，鋼板容易出現(xiàn)抖動(dòng)，也不利于板形的控制，實(shí)際選擇的卷取張力范圍一般為35～40N/mm2。平整機(jī)輥型的優(yōu)化非常關(guān)鍵，對(duì)于改善軋機(jī)板形、減少并消除薄規(guī)格肋浪非常關(guān)鍵。如果平整機(jī)輥型不合適，對(duì)薄規(guī)格產(chǎn)品而言，不僅不能起到改善修復(fù)軋機(jī)板形的作用，還會(huì)產(chǎn)生新的肋浪無(wú)法消除。平整機(jī)產(chǎn)生肋浪時(shí)，無(wú)論是降低平整力、平整速度、優(yōu)化卷取張力還是二次平整等，都不能很好的消除，甚至根本無(wú)法起車(chē)生產(chǎn)。

輥型決定板形，確切地說(shuō)是軋鋼時(shí)輥縫的實(shí)際形狀決定了板形。平整過(guò)程中出現(xiàn)肋浪，說(shuō)明在平整過(guò)程中鋼板肋部（板幅1/4處）變形量過(guò)大，需要降低對(duì)應(yīng)部位的輥凸度才能消除肋浪。平整機(jī)一般有拋物線曲線輥型和正弦曲線輥型兩種類型。拋物線輥型的輥型曲線表達(dá)式為：y=Δ，式中，ΔR—軋輥輥身中部與邊部的半徑差，L—輥身長(zhǎng)度。正弦曲線輥型的輥型曲線表達(dá)式為：y=cos-cosα，式中，ΔR—軋輥輥身中部與邊部的半徑差，L—輥身長(zhǎng)度，當(dāng)角度α選定之后，輥型曲線就是正弦曲線正半周上的部分曲線。為消除肋浪，一種做法是人為的在原正常輥型基礎(chǔ)上降低局部輥型凸度，確定產(chǎn)品寬度后，在軋輥對(duì)應(yīng)位置局部降低輥凸度。這樣調(diào)整后有一定效果，但對(duì)產(chǎn)品寬度適應(yīng)性不強(qiáng)，且因過(guò)渡部位無(wú)法與原曲線完全實(shí)現(xiàn)圓滑過(guò)度，對(duì)板形還是存在一定影響。生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，采用正弦曲線輥型時(shí)，選擇不同角度α?xí)r輥型曲線是不完全一樣的。

圖1給出了拋物線輥型與正弦曲線輥型的對(duì)比，拋物線輥型與α=1°時(shí)的正弦輥型基本重合，是一致的；α=72°為常用的正弦輥型曲線，由圖1可以看出α=72°時(shí)的正弦輥型凸度比拋物線輥型對(duì)應(yīng)部位凸度更小，更適合于肋浪的控制。實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)，α=72°時(shí)的正弦輥型仍然不能滿足板形控制要求，需要進(jìn)一步減小肋部輥凸度。圖2分別給出了α=1°，72°，120°，150°，175°的正弦輥型曲線，可以看出，隨著α角度的增加，輥凸度變化率增加，且輥凸度絕對(duì)值降低，曲線變化圓滑，非常適合肋浪的控制。一般以120°為臨界，肋浪比較嚴(yán)重時(shí)選擇α角度在120～180°之間的輥型曲線，根據(jù)板形實(shí)際情況選擇。實(shí)際生產(chǎn)表明，α=150°時(shí)即可對(duì)肋浪實(shí)現(xiàn)較好的控制，且對(duì)板寬適應(yīng)性很強(qiáng)。與α=72°時(shí)曲線比較，α=150°時(shí)輥凸度降低值如下表1所示，最高降低約0.0225mm。一般支撐輥采用微凸度輥型，凸度0.04～0.08mm，工作輥凸度0.10～0.15mm。

2.2 粘結(jié)缺陷的控制

粘結(jié)缺陷也是0.3～0.5mm規(guī)格DC03級(jí)別產(chǎn)品的主要缺陷之一。粘結(jié)缺陷的控制主要采取了以下措施：一是，嚴(yán)格控制好熱軋輥期，避免寬窄規(guī)格交替軋制，消除局部高點(diǎn)，熱軋局部高點(diǎn)一旦形成，在薄規(guī)格產(chǎn)品上將會(huì)表現(xiàn)為嚴(yán)重的局部隆起，對(duì)應(yīng)部位同時(shí)并發(fā)浪形、粘結(jié)缺陷，無(wú)法消除。二是，控制好軋機(jī)板形，前面已經(jīng)詳細(xì)介紹，在此不再贅述。三是，結(jié)合產(chǎn)品性能要求，優(yōu)化退火工藝，一般熱點(diǎn)溫度控制在650～660℃，冷點(diǎn)溫度控制在620～630℃，組垛時(shí)一爐最多裝2卷薄規(guī)格產(chǎn)品，且放在堆垛最上方。四是，加強(qiáng)平整機(jī)工藝控制，入口必須走“S”輥穿帶，控制好開(kāi)卷角度；增加開(kāi)卷張力，保證平穩(wěn)開(kāi)卷；在優(yōu)化輥型的基礎(chǔ)上高速平整。通過(guò)以上措施，可以明顯降低0.3～0.5mm規(guī)格DC03級(jí)別產(chǎn)品的粘結(jié)缺陷改判率。

2.3 沖壓性能的改善

通過(guò)對(duì)沖壓開(kāi)裂樣品進(jìn)行金相分析表明，出現(xiàn)沖壓開(kāi)裂的主要原因之一是混晶的產(chǎn)生，因?yàn)槲⒂^晶粒組織不均勻，導(dǎo)致材料加工性能變差。一方面要強(qiáng)化熱軋層流冷卻的控制，實(shí)行680℃以上高溫卷取，保證熱軋?jiān)系慕M織均勻，另一方面盡量提高軋制壓下率，實(shí)踐表明，壓下率至少應(yīng)在86%以上才能達(dá)到比較好的效果。優(yōu)化化學(xué)成分，提高材料力學(xué)性能指標(biāo)，也是改善沖壓性能的關(guān)鍵。生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，DC03級(jí)別產(chǎn)品的C含量由0.02%降低到0.01%以內(nèi)時(shí)，平均屈服強(qiáng)度可由200MPa降低至180～190MPa，延伸率可以提高2～3%，抗拉強(qiáng)度、n值、R值變化不顯著。通過(guò)以上措施，用戶使用效果得到明顯改善。

3 結(jié)語(yǔ)

為適應(yīng)市場(chǎng)需求，薄規(guī)格深沖產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)已成為各廠家競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)重點(diǎn)。因裝備水平的差異，各企業(yè)開(kāi)發(fā)工藝路線和生產(chǎn)難度也不一樣。無(wú)脫脂線、無(wú)拉矯機(jī)、采用罩式退火工藝的廠家，開(kāi)發(fā)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)粘結(jié)、肋浪等影響產(chǎn)品質(zhì)量的難點(diǎn)問(wèn)題。通過(guò)優(yōu)化成分、冷熱軋工藝，深入分析輥型對(duì)板形的影響，是可以實(shí)現(xiàn)薄規(guī)格深沖產(chǎn)品批量穩(wěn)定生產(chǎn)的。通過(guò)本文中采取的系列工藝措施，將0.3～0.5mm規(guī)格DC03級(jí)別產(chǎn)品的一次合格率由最初的不到40%提升至90%左右，用戶使用效果良好，實(shí)現(xiàn)了批量穩(wěn)定生產(chǎn)，取得了較好的效果。

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[責(zé)任編輯：王偉平]