泰鋼超薄冷軋低碳鋼帶生產(chǎn)與實(shí)踐

王永勝，翟乃波，張偉國，何 敏

（山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 萊蕪271100）

1 前言

超薄冷軋低碳鋼帶屬于高附加值產(chǎn)品，隨著國內(nèi)通訊信息產(chǎn)業(yè)與食品、家電等各行業(yè)的飛速發(fā)展，市場對各種超薄低碳冷軋鋼帶的需求量急驟上升。雖然我國冷軋薄板產(chǎn)量也快速增長，但品種和規(guī)格仍不能滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，且東南亞發(fā)展中國家需求缺口更是突出，特別是0.15～0.25 mm超薄冷軋低碳鋼帶，由于受到技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量的制約，需求量更大。泰鋼根據(jù)超薄冷軋低碳鋼帶技術(shù)要求，對煉鋼化學(xué)成分進(jìn)行控制，對熱軋工藝、退火工藝進(jìn)行優(yōu)化，對冷軋機(jī)AGC、四輥平整機(jī)APC控制系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，保證了產(chǎn)品的板形質(zhì)量、表面質(zhì)量、厚度精度及物理性能的均勻性，成功開發(fā)出了超薄冷軋低碳鋼帶。

2 產(chǎn)品要求

產(chǎn)品規(guī)格（0.15～0.25）mm×（712～860）mm。厚度偏差±0.003 mm，寬度偏差（0～+1）mm，切邊無毛刺；表面光潔，無黑斑、黃斑、劃傷、銹蝕、夾雜、孔洞、壓痕等缺陷；板形平直，屈服強(qiáng)度（180～260）MPa，抗拉強(qiáng)度≥300 MPa，斷后伸長率≥18%，沖壓無開裂。

3 產(chǎn)品開發(fā)工藝優(yōu)化

3.1 煉鋼化學(xué)成分及夾雜物控制

3.1.1 化學(xué)成分控制

控制化學(xué)成分，達(dá)到低碳、低硫，適當(dāng)降低Si、Mn含量，具體成分控制范圍見表1。

表1 化學(xué)成分控制范圍 %

3.1.2 夾雜物含量控制

1）提高鋼水純凈度：①合理控制成分。成分按中上限控制，尤其是鋼中［C］含量控制不易過低，否則容易造成鋼水過氧化，夾雜物種類及數(shù)量呈數(shù)量級增加。②改善吹氬質(zhì)量。根據(jù)冷軋料鋼水的特點(diǎn)，在吹氬過程中采取分階段控制吹氬強(qiáng)度，促進(jìn)夾雜物碰撞、積聚、長大及上??；通過延長吹氬時間，促進(jìn)尺寸微小夾雜物上浮至鋼-渣界面，被爐渣捕捉去除。

2）鋼水可澆性：根據(jù)鋼種成分要求，硅含量控制較低，在轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)時必須保證［Al］s≥0.02%，此時鋼中的脫氧產(chǎn)物全部為固體Al2O3（熔點(diǎn)高2 050℃），可澆性差，易堵水口，不利于生產(chǎn)組織。而且固體Al2O3可塑性差，影響鋼材性能和表面質(zhì)量。［Al］s含量控制在0.03%～0.05%，并保證爐與爐之間［Al］s含量控制比較穩(wěn)定，鋼水可澆性顯著提高。

3.1.3 實(shí)施效果

圖1為實(shí)施前后鋼中夾雜物對比圖。圖1a和圖1b是實(shí)施前夾雜物分布圖，鋼中含有1.0級B類、1.5級D類、3.0級A類夾雜物；圖1c是實(shí)施后夾雜物分布圖，鋼中只含有0.5級D類夾雜物。由圖1可見，鋼中夾雜物的含量明顯減少。

3.2 熱軋工藝設(shè)計及控制

3.2.1 試驗(yàn)方案

熱軋試驗(yàn)主要控制終軋溫度和卷取溫度，以高溫終軋和高溫卷取為控制思路。試驗(yàn)鋼的終軋溫度在880～930℃，卷取溫度在580～620℃，進(jìn)行交叉試驗(yàn)。具體試驗(yàn)方案見表2。

3.2.2 終軋溫度及卷取溫度對熱軋板力學(xué)性能的影響

根據(jù)試驗(yàn)鋼板力學(xué)性能檢測結(jié)果可知，對于試驗(yàn)鋼來說，屈服強(qiáng)度在250～280 MPa，抗拉強(qiáng)度在340～370 MPa，伸長率均在44%以上。在終軋溫度基本一致的情況下，隨著卷取溫度的升高，試驗(yàn)鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都逐漸降低（見圖2）。

圖1 實(shí)施前后鋼中夾雜物對比

表2 關(guān)鍵工藝參數(shù)

圖2 溫度對強(qiáng)度的影響

圖2b為終軋溫度對試驗(yàn)鋼強(qiáng)度影響規(guī)律，由圖可知，隨著終軋溫度的變化，試驗(yàn)鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度變化不太明顯，屈服強(qiáng)度在250 MPa，抗拉強(qiáng)度為340～360 MPa。

綜上所述，隨著終軋溫度的升高，鐵素體晶粒變大，滲碳體析出量略有增加但是增量并不明顯。在終軋溫度超過900℃、卷取溫度超過640℃后出現(xiàn)較大塊滲碳體，即滲碳體出現(xiàn)集中析出現(xiàn)象。隨著卷取溫度的提高，滲碳體的析出量增加，當(dāng)卷取溫度超過710℃，在鋼中出現(xiàn)包圍鐵素體晶粒的滲碳體析出，即產(chǎn)生網(wǎng)狀滲碳體，嚴(yán)重影響鋼板的沖壓性能。

因此，熱軋低碳鋼帶合適的終軋溫度為880～900℃，卷取溫度為580～620℃。

3.3 酸洗工藝優(yōu)化

造成酸洗鋼卷發(fā)黑、發(fā)黃的主要原因是酸洗溶液濃度、溫度偏低，采取了以下控制措施：將4號酸罐鹽酸濃度由145～220 g/L提高到180～240 g/L；1號酸罐鹽酸濃度由45～130 g/L提高到100～120 g/L。通過每月對加熱酸洗溶液的石墨加熱器進(jìn)行疏通，對達(dá)不到加熱要求的石墨加熱器進(jìn)行更換，按工藝規(guī)程要求控制各個酸槽的溫度，酸洗鋼帶的表面達(dá)到了銀白色的效果。

針對酸洗鋼帶原吹掃裝置由于上吹風(fēng)管與鋼帶距離較遠(yuǎn)，且不能升降，吹掃效果差，造成鋼帶因板面帶水發(fā)黃，鋼帶在穿帶時易在吹掃裝置處堆鋼的問題，在壓縮空氣上吹風(fēng)管兩端的框架上各安裝一個氣缸，氣缸的下端與上吹風(fēng)管相連，上、下壓縮空氣吹風(fēng)管的一端通過金屬軟管與壓縮空氣主管道相連，另一端封堵。氣缸通過壓縮空氣膠管與電磁閥相連，壓縮空氣從氣源三聯(lián)件進(jìn)入電磁閥，電磁閥與氣動蝶閥相連，氣動蝶閥的出氣口與上、下吹風(fēng)管連接。電磁閥與機(jī)組PLC控制柜相連。帶頭到達(dá)吹掃裝置前電磁閥打開氣動蝶閥，同時氣缸壓下上吹風(fēng)管開始吹掃；帶尾離開時氣動蝶閥關(guān)閉，同時氣缸抬起上吹風(fēng)管停止吹掃。通過以上措施，解決了酸洗鋼帶堆鋼及板面帶水發(fā)黃的問題。

3.4 軋制工藝優(yōu)化

3.4.1 軋制表面清潔度控制

1）改進(jìn)氣刀進(jìn)氣方式。針對乳化液氣刀吹掃壓力不穩(wěn)定，導(dǎo)致乳化液吹掃不干凈的問題，改進(jìn)軋機(jī)的氣刀進(jìn)氣方式。原設(shè)計的氣刀噴射梁通過一側(cè)進(jìn)氣，造成氣刀壓力不穩(wěn)定，乳化液吹掃效果差。對現(xiàn)有的氣刀噴射梁的進(jìn)氣口進(jìn)行改造，增加一個進(jìn)氣口，通過均勻的進(jìn)氣源，有效地保證了吹掃壓力的穩(wěn)定；并且每次換輥時對氣刀噴嘴進(jìn)行了清理和角度調(diào)整（與板面成45°角），達(dá)到了最佳吹掃效果。

2）提高乳化液的冷卻效果。通過安裝6臺大流量的立式乳化液泵，提高了乳化液凈油泵的流量（由3 600 L/min提高到6 000 L/min）；對乳化液主管道進(jìn)行了改造，將DN200 mm管道改為DN250 mm管道，提高了乳化液的流量。乳化液噴射梁由DN50 mm管道改為DN80 mm的管道，工作輥噴射梁改為五段進(jìn)液，乳化液噴嘴改為4903新型噴嘴，提高了乳化液的壓力及流量（壓力由改造前的0.4 MPa提高到0.6 MPa），從而提高了乳化液的冷卻效果和產(chǎn)品板面清潔度。

3.4.2 六輥可逆冷軋機(jī)AGC工藝控制系統(tǒng)改造

為了提高產(chǎn)品厚差精度和軋機(jī)電氣控制系統(tǒng)的控制穩(wěn)定性和控制水平，與現(xiàn)有其他生產(chǎn)線保持控制設(shè)備的一致性，對軋機(jī)AGC工藝控制系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)進(jìn)行升級改造。由工控機(jī)控制升級為S7-400西門子PLC和FM458模塊控制，并與原有操作、檢測控制器件以及電氣控制系統(tǒng)正常對接。

通過改造，實(shí)現(xiàn)了對鋼帶厚度的高精度控制（厚度偏差控制在了±0.005 mm），為一次大壓下率軋制0.18～0.25 mm高品質(zhì)食品飲料罐用超薄冷軋鋼帶提供了保障。實(shí)現(xiàn)了平滑升降速、一鍵升速和自動停車，可直接從0 m/min升高到550 m/min。

3.4.3 軋機(jī)牌坊精度調(diào)整

采用先進(jìn)的激光跟蹤測量技術(shù)，對950軋機(jī)開卷機(jī)、左/右卷取機(jī)中心線垂直度，機(jī)架裝配精度及出、入口轉(zhuǎn)向輥進(jìn)行了在線檢測和調(diào)整，水平度達(dá)到了0.05～0.10 mm/1 000 mm，與機(jī)組中心線垂直度控制在0.10～0.15 mm/1 000 mm，解決了鋼卷跑偏、塔形、溢出邊等缺陷。

3.5 退火工藝設(shè)計及控制

3.5.1 恒時熱處理對金相組織的影響

在冷硬板的1/4處進(jìn)行金相取樣，對金相試樣進(jìn)行恒時試驗(yàn)，選取440、480、520、560 、600、640 ℃6個溫度，保溫時間是4 h。經(jīng)逐級研磨拋光腐蝕后置于GX51金相顯微鏡下觀察，試樣的金相組織如圖3所示。

圖3 熱處理金相組織

圖3顯示了冷硬板經(jīng)440～640℃，梯度為40℃的退火熱處理的金相組織。從圖3分析可知，試樣在440℃和480℃時并未發(fā)生再結(jié)晶。當(dāng)溫度達(dá)到480～520℃時，金相組織中開始出現(xiàn)新的無畸變的晶粒，SPCC鋼板開始發(fā)生再結(jié)晶。隨著溫度的升高等軸晶在金相圖譜中所占的比例越來越大，晶粒的尺寸也逐漸變大，同時發(fā)現(xiàn)沿著SPCC鋼板軋制方向的晶粒優(yōu)先長大。晶粒逐漸呈現(xiàn)“餅形”，進(jìn)而有利于提升SPCC冷軋板的沖壓性能。當(dāng)溫度升高到560℃時，發(fā)現(xiàn)晶粒大小不一，此時是大晶粒吞并小晶粒的長大過程。到600℃晶粒長大的過程基本結(jié)束，此時晶粒大小較為均勻，形成的晶粒較為穩(wěn)定，當(dāng)溫度升高到640℃時，晶粒與600℃時無明顯變化。

對試樣的晶粒度進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)保溫溫度從560℃增加到640℃，晶粒度從10.56下降到7.12，晶粒尺寸持續(xù)增大。由4 h恒時熱處理發(fā)現(xiàn)，600℃和640℃熱處理后材料的晶粒度等級符合沖壓用要求，為進(jìn)一步研究保溫時間對SPCC超薄鋼板金相組織力學(xué)性能的影響，選取600℃作為進(jìn)一步的探究。

3.5.2 恒溫?zé)崽幚斫鹣嘟M織

對金相試樣進(jìn)行恒溫試驗(yàn)，選取溫度為600℃，熱處理時間為0、10、30、60、120、240、420 min，試樣的金相組織如圖4所示。從金相組織中可以觀察到，隨著保溫時間的延長，金相組織逐漸變得更加規(guī)整。

對試樣的晶粒度進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)保溫時間從0 min增加到420 min后，試樣的晶粒度從9.63下降到8.57，晶粒尺寸稍微增加。

3.6 平整工藝優(yōu)化

3.6.1 APC控制系統(tǒng)升級改造

950 mm四輥平整機(jī)組自動化控制系統(tǒng)以西門子可編程控制器S7-400、高性能運(yùn)動控制器FM458為主控制器，新APC控制系統(tǒng)具有恒壓力控制、恒伸長率控制、軋輥傾斜控制、壓力傾斜控制、彎輥選擇及彎輥力控制等控制功能。各基礎(chǔ)自動化主控制器與HMI操作計算機(jī)、工程師站計算機(jī)以工業(yè)以太網(wǎng)互連；升級軟件系統(tǒng)，增加軟件控制功能，構(gòu)成整體的平整機(jī)自動化控制系統(tǒng)。

圖4 600℃恒溫?zé)崽幚斫鹣嘟M織

通過對平整機(jī)APC控制系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，解決了平整機(jī)存在的運(yùn)行速度慢、工控機(jī)死機(jī)斷帶、產(chǎn)品沖壓開裂等問題。實(shí)現(xiàn)了伸長率的精確控制，保證了整個鋼卷厚度和物理性能的均勻性。

3.6.2 平整工藝參數(shù)優(yōu)化

對于厚度為0.15～0.25 mm的超薄冷軋鋼帶，平整軋制力控制在1 500～1 700 kN時消除了屈服平臺，保證了產(chǎn)品的物理性能。具體平整工藝參數(shù)見表3。

表3 平整工藝參數(shù) kN

4 產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量分析

根據(jù)上述工藝試驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定了工業(yè)化生產(chǎn)工藝參數(shù)，保證了生產(chǎn)的順行。產(chǎn)品物理性能檢驗(yàn)表明，屈服強(qiáng)度：180～260 MPa，抗拉強(qiáng)度≥300 MPa，斷后伸長率≥18%，沖壓無開裂。厚度偏差：±0.003 mm，寬度偏差（0～+1）mm，切邊無毛刺，板形平直，表面光潔，無黑斑、黃斑、劃傷、銹蝕、夾雜、孔洞、壓痕等缺陷。開發(fā)生產(chǎn)的超薄冷軋低碳鋼帶廣泛應(yīng)用于集成電路的杠架材料、彩管用鋼、可充電電池的正負(fù)極板基帶、通訊器材等領(lǐng)域，產(chǎn)品具有廣闊的市場前景。

5 結(jié)語

通過對煉鋼化學(xué)成分進(jìn)行控制，對熱軋工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，對六輥HC冷軋機(jī)AGC工藝控制系統(tǒng)、平整機(jī)APC控制系統(tǒng)進(jìn)行升級改造，對酸洗、軋制、退火及平整工藝進(jìn)行優(yōu)化，確定了一種在六輥HC可逆軋機(jī)、光亮罩式退火爐和四輥平整機(jī)生產(chǎn)超薄冷軋低碳鋼帶的工藝技術(shù)，解決了超薄冷軋低碳鋼帶存在的厚度偏差大、板形差、性能不穩(wěn)定、表面質(zhì)量差等方面的技術(shù)難題，滿足了客戶對超薄冷軋低碳鋼帶的質(zhì)量需求。