冷卻工藝提高SS400B產(chǎn)品力學(xué)性能的實(shí)踐研究

魏明賀

(吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院冶金學(xué)院,中國吉林 132021)

冷卻工藝提高SS400B產(chǎn)品力學(xué)性能的實(shí)踐研究

魏明賀

(吉林電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院冶金學(xué)院,中國吉林 132021)

SS400B鋼日本牌號,是一種含硼微合金的鋼材,主要用于出口。通鋼采用薄板坯連鑄連軋工藝成功開發(fā)該牌號鋼材,但在生產(chǎn)6 mm以上規(guī)格過程中,產(chǎn)品性能總不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求,經(jīng)分析是冷卻和卷取工藝的影響。通過分析冷卻制度和卷取溫度等工藝參數(shù)對產(chǎn)品性能的影響,提出了改進(jìn)方案,實(shí)現(xiàn)改善6 mm以上規(guī)格產(chǎn)品性能的目的。

冷卻工藝;提高;SS400B;力學(xué)性能;研究

1 引言

SS400B是一種日本牌號的含硼微合金化鋼,主要用于出口,國家為鼓勵(lì)開發(fā)含硼鋼,在出口政策上給予一定的支持,因此具有廣闊的出口應(yīng)用前景,是目前通鋼生產(chǎn)的熱軋板卷出口材所占比例最大的鋼種。2015年10月以來,6 mm以上厚度的用戶對產(chǎn)品提出了更高的性能要求,具體要求是:屈服強(qiáng)度要求高于250 MPa,抗拉強(qiáng)度高于450 MPa,延伸率高于20%。板卷抗拉強(qiáng)度要求明顯高于其他規(guī)格產(chǎn)品[4]。在開發(fā)過程之初,6 mm以上規(guī)格產(chǎn)品整體強(qiáng)度偏高,但塑性偏低,為突破此技術(shù)瓶頸,對冷卻工藝進(jìn)行了多次試驗(yàn),通過對比不同冷卻工藝的產(chǎn)品性能,確定了一套符合通鋼實(shí)際的SS400B卷取冷卻工藝。

2 生產(chǎn)工藝

2.1 生產(chǎn)工藝流程

高爐鐵水→魚雷罐車運(yùn)輸→脫硫預(yù)處理工藝→120噸轉(zhuǎn)爐吹煉→LF爐精煉→薄板坯連鑄機(jī)→輥底式均熱[5]→7架次熱連軋機(jī)連軋→層流冷卻工藝→地下臥式卷取→庫房。

2.2 冶煉工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)訂單產(chǎn)品性能要求,SS400B鋼硼的含量要大于或等于0.0009%,實(shí)際生產(chǎn)中要求控制在0.001%左右[1]。參考SS400鋼的冶煉成分參數(shù),錳含量要求控制在0.26%～0.28%,因此SS400B的錳含量要在SS400的基礎(chǔ)上,提高錳的含量,減少由于低熔點(diǎn)FeS的產(chǎn)生而引起的裂紋,并且能夠促使塑性夾雜物MnS的產(chǎn)生,可降低鑄坯裂紋敏感指數(shù)[1]。

表1 SS400B化學(xué)成分(wt,%)

2.3 軋制工藝

通鋼生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明,SS400B帶鋼在軋制過程中,粗軋單道次變形量達(dá)到35%時(shí)就會發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶,粗軋第2道次變形量達(dá)到40%時(shí)也會發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶[2]。而在后面的精軋過程中,為了出現(xiàn)板形質(zhì)量良好的成品,必須逐道降低壓下率。

在生產(chǎn)厚規(guī)格帶鋼時(shí),由于帶鋼攜帶的熱焓較薄規(guī)格帶鋼高,帶鋼表層與內(nèi)部之間存在溫度差,即使在層流冷卻設(shè)備全開的情況下,仍然存在冷卻過程中及冷卻后溫度回升提高的現(xiàn)象,我們稱這種現(xiàn)象為“返溫”。[2]這種現(xiàn)象的存在使實(shí)際卷取溫度高于設(shè)定值,因此,適當(dāng)降低終軋軋制速度,增加冷卻時(shí)間,有利于控制卷取溫度達(dá)到設(shè)定值。

2.4 冷卻和卷取工藝

在試制SS400B出口材的研究過程中,采用了三種不同的冷卻工藝,詳見表2。在研究開始階段,選用的是卷取溫度為600～620℃(工藝1),生產(chǎn)出的板卷強(qiáng)度較高,但延伸率卻偏低;試驗(yàn)提高了卷取溫度到640～660℃(工藝2),改變溫度在一定程度上提高了塑性,但使板卷強(qiáng)度下降;綜合了工藝1和工藝2后,為進(jìn)一步改善板卷性能,在確保卷形質(zhì)量良好和確保設(shè)備能力允許的條件下,將卷取溫度提升至660±10℃。

表2 SS400B冷卻工藝

針對SS400B強(qiáng)度過高的問題,生產(chǎn)中嘗試采用了均勻冷卻模式,在確保獲得理想卷形條件的前提下,進(jìn)一步弱化了帶鋼冷卻強(qiáng)度,經(jīng)實(shí)踐證明,生產(chǎn)工藝控制穩(wěn)定、效果良好。

3 產(chǎn)品力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果

3.1 不同冷卻工藝下的產(chǎn)品力學(xué)性能

采用工藝1、工藝2、工藝3冷卻工藝的SS400B成品屈服、抗拉強(qiáng)度和延伸率見圖1。

圖1 工藝1-工藝3卷取溫度下帶鋼力學(xué)性能

2.2 冷卻工藝對產(chǎn)品性能的影響

通過對工藝1、工藝2和工藝3的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率的對比,見圖2。如圖中所示,采用工藝3的帶鋼比工藝2條件下帶鋼的屈服強(qiáng)度平均降低28.44 MPa,抗拉強(qiáng)度平均降低32.60 MPa,延伸率平均提高0.42%;工藝3比工藝1的屈服強(qiáng)度平均降低33.05 MPa,抗拉強(qiáng)度平均降低40.42 MPa,延伸率平均提高3.00%。

圖2 工藝1、2、3不同卷取溫度下的成品平均性能對比

4 討論

4.1 冷卻工藝對成品性能的影響

對于SS400B這樣的C-Mn系鋼來說,在隨后的熱軋過程及層流冷卻過程中,氮化鋁來不及析出,如果卷取溫度較高,氮化鋁會在卷取過程中繼續(xù)析出,使氮元素由間隙固溶狀態(tài)轉(zhuǎn)化為化合態(tài),弱化氮的固溶強(qiáng)化作用,降低板卷的屈服強(qiáng)度[3]。但在氮化鋁的析出過程中,卷取溫度如果偏低,就會抑制氮化鋁的析出,使氮元素保持固溶狀態(tài)。

由于SS400B中含有一定量的硼,對于微合金化鋼來說,硼容易在高溫奧氏體狀態(tài)下與自由氮形成粗大的氮化硼顆粒,而氮化鋁顆粒的形成就會減少,會削弱氮化鋁對奧氏體晶粒的釘扎作用,能幫助熱軋板卷晶粒的成長。卷取溫度的升高可以更加促進(jìn)硼微合金化鋼對板卷屈服強(qiáng)度的弱化作用,顯著降低熱軋板卷屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度,延伸率也會有明顯的改變。

在試制SS400B采用的冷卻工藝中,采用均勻冷卻工藝比后段冷卻工藝降低了奧氏體向鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)變的動力,減慢了兩相轉(zhuǎn)變時(shí)間,給鐵素體晶核的成長提供了充足的時(shí)間,使鐵素體晶粒相對較大,這樣有助于減小板卷抗拉強(qiáng)度及提高板卷塑性。

4.2 冷卻工藝對高倍組織的影響

對三種冷卻工藝條件下的SS400B試樣進(jìn)行高倍組織檢驗(yàn),見圖3,經(jīng)對比可以看出,成品板卷晶粒尺寸隨卷取溫度的降低而減小:使用大溫差冷卻的工藝比使用小溫差冷卻的工藝生產(chǎn)的板卷晶粒要大2～3個(gè)等級。

相關(guān)研究和本文所述的SS400B生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)果表明,通過調(diào)整層流冷卻模式使帶鋼高溫停留時(shí)間延長,成品板卷鐵素體晶粒尺寸增加,屈強(qiáng)比降低[4]。

圖3 不同冷卻條件下SS400B高倍組織(×100)

4.3 冷卻工藝提高SS400B力學(xué)性能的作用分析

采用不同冷卻工藝得到的SS400B力學(xué)性能存在著明顯不同,在對SS400B生產(chǎn)工藝數(shù)據(jù)和性能結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析后,可以看出冷卻工藝對產(chǎn)品力學(xué)性能影響的作用:在不考慮厚度影響的條件下,冷卻溫度對屈服強(qiáng)度的作用約為-0.69 MPa/℃,對抗拉強(qiáng)度的作用約為-0.89 MPa/℃,對延伸率的作用約為+0.032%/℃。通過分析冷卻工藝對SS400B力學(xué)性能作用程度,可以為SS400B力學(xué)性能改善提供實(shí)踐依據(jù),同時(shí)還可以對含硼的C-Mn系鋼種的冷卻工藝改進(jìn)起到借鑒作用。

5 結(jié)語

(1)冷卻工藝對SS400B成品力學(xué)性能影響明顯,隨冷卻溫度差的增大,板卷晶粒尺寸增大2～3個(gè)等級,成品板卷屈服和抗拉強(qiáng)度明顯降低。

(2)按照試制研究的成分設(shè)計(jì),選擇650～670℃卷取溫度和大溫差冷卻工藝可以使SS400B獲得最佳力學(xué)性能,成品屈服強(qiáng)度約為326 MPa,抗拉強(qiáng)度約為487 MPa,延伸率約為20.6%,性能符合用戶要求并控制穩(wěn)定。

[1] 蔣勝軍.鋼中微量硼的測定方法研究及其對鋼淬透性的影響[D].浙江:浙江工業(yè)大學(xué),2015.

[2] 呂長寶.SS400厚規(guī)格帶鋼力學(xué)性能的控制[J].軋鋼, 2008(4):12-15.

[3] 肖麗俊,郭亞東,劉家琪,等.硼對低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼中Al N、MnS析出的影響[J].材料與冶金學(xué)報(bào),2006(1): 53-56.

[4] 周學(xué)浩,孫有平,張揚(yáng)揚(yáng),等.固溶時(shí)效對7055鋁合金組織和性能的影響[J].廣西科技大學(xué)學(xué)報(bào),2016(2): 81-86.

[5] 殷 楷,付建軍,李富峰.FTSC工藝生產(chǎn)熱軋板卷的質(zhì)量控制[J].天津冶金,2012(2):14-16.

Practice Study on Improving Mechanical Properties of SS400B Product by Cooling Process

WEI Minghe
(Jilin Technology College of Electronic Information,Jilin 132021,China)

SS400B steel grade of Japan,is a boron-bearing micro-alloyed steel,mainly for export.The sheet of this steel grade is successfully developed by thin slab continuous casting and rolling process in Tonggang.However,in the process of production of plate thickness 6 mm above,the product performance can not meet the standard requirements,and analysis is the influence of cooling and coiling process,through analyzing the influence of cooling system and coiling temperature on product performance and improving the performance of specification 6 mm steel sheet.

cooling process,SS400B,mechanical properties,research

TG142.1

A

1001-5108(2017)03-0043-03

魏明賀,副教授,主要從事金屬壓力加工方面的教學(xué)和科研工作。