熱軋U型冷卻工藝對(duì)冷軋帶鋼性能均勻性的影響

供稿|胡華東，李洪翠，雷凱，張磊 / HU Hua-dong, LI Hong-cui, LEI Kai, ZHANG Lei

作者單位：山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司，山東 日照 276800

內(nèi)容導(dǎo)讀全長性能均勻性是影響鋼卷使用性能的重要因素，帶鋼熱軋卷取后晶粒繼續(xù)長大，卷取溫度越高，冷卻后最終產(chǎn)品晶粒越粗大；卷取溫度越低，冷卻后最終產(chǎn)品晶粒越細(xì)小。鋼卷頭、中、尾部位不同的冷卻條件導(dǎo)致頭、中、尾晶粒度存在差異，表現(xiàn)為鋼卷頭、尾晶粒細(xì)小強(qiáng)度高，鋼卷中部晶粒粗大強(qiáng)度低。通過投入熱軋U型冷卻工藝，可以顯著改善鋼卷全長性能一致性，降低因頭、尾強(qiáng)度波動(dòng)太大導(dǎo)致的酸軋重焊率高、頭尾板形不良等問題，提高冷軋產(chǎn)品生產(chǎn)和使用過程的穩(wěn)定性。

2017年，我國汽車產(chǎn)量和銷量分別為2901.54萬輛和2887.89萬輛，同比增長3.19%和3.04%；其中乘用車產(chǎn)銷2480.67萬輛和2471.83萬輛；商用車產(chǎn)銷420.87萬輛和416.06萬輛。我國雖然在產(chǎn)量和規(guī)模上已成為世界汽車大國，但是在汽車的設(shè)計(jì)制造、材料技術(shù)和使用功能等方面與發(fā)達(dá)國家相比仍存在著顯著差距。我國汽車業(yè)的迅速發(fā)展面臨著設(shè)計(jì)與制造新一代美觀時(shí)尚、安全舒適、節(jié)能環(huán)保的輕量化汽車的技術(shù)挑戰(zhàn)，尤其是對(duì)于汽車占比最大的鋼材，對(duì)高性能穩(wěn)定性產(chǎn)品的開發(fā)與生產(chǎn)控制提出了更加嚴(yán)格的技術(shù)要求。

提高產(chǎn)品的品質(zhì)穩(wěn)定性，縮小與世界一流鋼廠產(chǎn)品使用性能之間的差距是各大鋼廠重點(diǎn)關(guān)注的問題，對(duì)于提升公司市場形象、建設(shè)汽車板和高端家電板生產(chǎn)基地具有重大意義?；谥攸c(diǎn)品種品質(zhì)穩(wěn)定的一貫制制造技術(shù)，將解決市場對(duì)冷軋低碳鋼、超低碳IF鋼、高強(qiáng)鋼等性能穩(wěn)定性要求高的難題。通過本項(xiàng)目的開展，可減少與世界一流鋼廠產(chǎn)品在性能穩(wěn)定性上的差距，提高用戶對(duì)公司產(chǎn)品的信心，同時(shí)可為其他企業(yè)在過程控制方面提供參考。

熱軋等溫卷取和U型卷取性能分析

卷取是帶鋼熱軋生產(chǎn)線的最后一道工序，經(jīng)熱軋軋制并卷取后，鋼卷的內(nèi)外圈相對(duì)中間部位帶鋼而言，更容易接觸外部，加速了自然冷卻。也就是說鋼卷的頭部或尾部和中部相比，滲碳體變得不易析出，不僅析出的少，而且很細(xì)小，造成熱卷的頭、中、尾的材質(zhì)不均勻，從而使冷軋退火后鋼卷的頭尾性能變差且加工性能惡化，直接帶來的影響是產(chǎn)品合格率下降和用戶產(chǎn)品的報(bào)廢率上升。實(shí)驗(yàn)表明，針對(duì)低碳鋼而言，帶鋼卷取后在鋼卷存儲(chǔ)期間，鐵素體晶粒將繼續(xù)生長，直至冷卻到500℃晶粒才停止長大，冷軋不能消除熱軋變形時(shí)得到的粗大晶粒、過細(xì)晶粒及晶粒不均，因此都將在冷軋產(chǎn)品上有所體現(xiàn)，這進(jìn)一步證實(shí)了熱軋帶鋼組織性能的不均勻性將會(huì)遺傳到冷軋帶鋼上[1]。針對(duì)雙相鋼而言，熱軋后的產(chǎn)品組織特征具有遺傳性，在冷軋退火時(shí)經(jīng)歷回復(fù)、再結(jié)晶后得以保留[2]。

冷軋產(chǎn)品通常采用等溫卷取的方式，全長在同一個(gè)目標(biāo)溫度范圍內(nèi)波動(dòng)。U型卷取為頭尾溫度高于中部溫度20～70℃，通常規(guī)定頭尾的溫度控制范圍和控制長度。U型卷取可以是解決頭、中、尾性能差異的問題。采用U型卷取工藝后，由于熱軋帶鋼組織和性能的遺傳性，冷軋帶鋼全長性能一致性得到提高。本文以低碳鋼DX51D+Z和高強(qiáng)鋼CR420/780DP為例，通過熱軋工序等溫卷取和U型卷取工藝對(duì)冷軋產(chǎn)品顯微組織和力學(xué)性能的影響，分析說明U型冷卻可以顯著改善冷軋產(chǎn)品全長性能一致性。

低碳鋼性能分析

試驗(yàn)鋼DX51D+Z為同一爐鋼，具體成分如表1所示。試驗(yàn)鋼工業(yè)試制工藝流程：高爐鐵水→轉(zhuǎn)爐冶煉→吹氬(鋼包)→連鑄→精整→鑄坯下送→板坯加熱→粗軋→精軋→層流冷卻→卷取→鋼卷下送→酸洗+冷連軋→連續(xù)退火→熱鍍鋅→光整→(精整)→涂油→包裝。

表1 DX51D+Z鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

試驗(yàn)鋼DX51D+Z板坯在加熱爐內(nèi)加熱到1240℃出爐，終軋溫度低于890℃；采取前段冷卻模式冷卻，卷取溫度設(shè)定為≤700℃；低碳鋼冷軋壓下率一般較高，根據(jù)成品厚度不同，冷軋壓下率為≥70%；連續(xù)退火均熱溫度≤810℃，光整延伸率≤1.6%，全長工藝穩(wěn)定，滿足標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定要求。

等溫卷取條件下冷軋板的組織性能

圖1是等溫卷取條件下對(duì)應(yīng)冷軋板的顯微組織。從圖1可以看出，在等溫卷取條件下，頭尾晶粒度略高于中部，頭尾晶粒細(xì)小，中部略微粗大。表2是DX51D+Z鋼冷軋產(chǎn)品不同部位的性能指標(biāo)。從表2可以看出，頭、尾屈服強(qiáng)度高于中部屈服強(qiáng)度，尾部高于頭部，全長屈服強(qiáng)度波動(dòng)極值為39 MPa。

U型卷取條件下冷軋板的組織性能

圖2是U型卷取條件下對(duì)應(yīng)冷軋板的顯微組織，表3是DX51D+Z鋼冷軋產(chǎn)品不同部位的性能指標(biāo)。從圖2可以看出，在U型卷取條件下，頭、中、尾晶粒度比較均勻。從表3可以看出，屈服強(qiáng)度趨勢(shì)與等溫卷取類似，頭、尾屈服強(qiáng)度高于中部屈服強(qiáng)度，尾部高于頭部，全長屈服強(qiáng)度波動(dòng)極值為15 MPa，較等溫卷取有顯著改善，說明U型卷取可以顯著改善低碳鋼頭、中、尾性能波動(dòng)，提高全長性能一致性。

高強(qiáng)鋼性能分析

試驗(yàn)鋼CR420/780DP為同一爐鋼，具體成分如表4所示。試驗(yàn)鋼工業(yè)試制工藝流程：高爐鐵水→轉(zhuǎn)爐冶煉→吹氬(鋼包)→連鑄→精整→鑄坯下送→板坯加熱→粗軋→精軋→層流冷卻→卷取→鋼卷下送→酸洗+冷連軋→連續(xù)退火→光整→(精整)→涂油→包裝。

圖1 等溫卷取條件下對(duì)應(yīng)冷軋板的顯微組織

表2 DX51D+Z鋼等溫卷取的冷軋產(chǎn)品不同部位的性能指標(biāo)

試驗(yàn)鋼CR420/780DP板坯在加熱爐內(nèi)加熱到1260℃出爐，終軋溫度低于880℃，采取前段冷卻模式冷卻，卷取溫度設(shè)定為≤650℃。低碳鋼冷軋壓下率一般較低，冷軋壓下率根據(jù)成品厚度不同變化且≤60%；連續(xù)退火均熱溫度≥800℃，光整延伸率≤0.6%，全長工藝穩(wěn)定，滿足標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定要求。

等溫卷取條件下冷軋板的顯微組織和性能

從圖3可以看出，在等溫卷取條件下，頭尾平均晶粒尺寸略低于中部，頭尾晶粒細(xì)小，中部略微粗大，珠光體比例有一定差異，頭尾略大于中部。從表5可以看出頭、尾屈服強(qiáng)度高于中部屈服強(qiáng)度，尾部高于頭部，全長屈服強(qiáng)度波動(dòng)極值為70 MPa，抗拉強(qiáng)度波動(dòng)極值為47 MPa，雖然頭尾強(qiáng)度偏高部分較短，但嚴(yán)重影響焊接，且影響最終客戶使用。

圖2 U型卷取條件下對(duì)應(yīng)冷軋板的顯微組織

表3 DX51D+Z鋼U型卷取的冷軋產(chǎn)品不同部位的性能指標(biāo)

U型卷取條件下冷軋板的性能

從圖4可以看出，在U型卷取條件下，在U型卷

取條件下，頭、中、尾平均晶粒尺寸比較均勻，珠光體和鐵素體比例較為一致。從表6可以看出，頭、尾屈服強(qiáng)度高于中部屈服強(qiáng)度，尾部高于頭部，全長屈服強(qiáng)度波動(dòng)極值為28 MPa，抗拉強(qiáng)度波動(dòng)極值為22 MPa，較等溫卷取有顯著改善，說明U型卷取可以顯著改善雙相鋼HC420/780DP低碳鋼頭、中、尾性能波動(dòng)，提高全長性能一致性。

表4 HC420/780DP鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

圖3 等溫卷取條件下對(duì)應(yīng)冷軋板的顯微組織

表5 HC420/780DP鋼等溫卷取的冷軋產(chǎn)品不同部位的性能指標(biāo)

U型卷取其他優(yōu)點(diǎn)

雙相鋼熱軋下線后，為保證酸軋軋制穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)軋機(jī)軋制力劇烈波動(dòng)，必須在熱軋切頭、尾，這降低了成材率，提高了生產(chǎn)成本和物流成本。采用U型冷卻可以降低頭中尾性能波動(dòng)，解決了因強(qiáng)度差異過大導(dǎo)致焊機(jī)重焊率高的問題，提高了軋制穩(wěn)定性，改善了成品板形質(zhì)量。

結(jié)束語

(1) 通過投入熱軋U型冷卻工藝，可以顯著改善鋼卷全長性能一致性；通過優(yōu)化U型冷卻參數(shù)，可以使低碳鋼頭、中、尾屈服強(qiáng)度波動(dòng)極值控制在20 MPa以內(nèi)，雙相鋼可以控制在30 MPa以內(nèi)。

圖4 U型卷取條件下對(duì)應(yīng)冷軋板的顯微組織

表6 HC420/780DP鋼U型卷取的冷軋產(chǎn)品不同部位的性能指標(biāo)

(2) 熱軋U型冷卻工藝可以解決雙相鋼因頭、尾強(qiáng)度波動(dòng)太大導(dǎo)致的酸軋重焊率高、頭尾板形不良等問題，提高冷軋產(chǎn)品生產(chǎn)和使用過程的穩(wěn)定性。

(3) 熱軋U型冷卻工藝可以推廣到超低碳IF鋼、烘烤硬化鋼等鋼種，具備廣闊的應(yīng)用空間。