一次軋程高硬度酒精罐用鍍鉻板的開發(fā)

任振遠(yuǎn)， 呂苗苗

（唐山不銹鋼有限責(zé)任公司， 河北 唐山 063000）

鍍鉻鐵，也稱為無錫鋼，指沒有鍍鉻層的表面處理鋼板，即在鋼板表面進(jìn)行電解鉻酸鹽處理，使鋼板表面沉積一層金屬鉻以及鉻的水合氧化物。鍍鉻鐵產(chǎn)品具有低成本、附著力強(qiáng)、耐高溫性好、抗硫性強(qiáng)等特點(diǎn)， 被廣泛地應(yīng)用于皇冠蓋、四旋蓋、三片罐的頂?shù)咨w和淺沖罐等包裝行業(yè)[1]。

某廠在產(chǎn)品開發(fā)初期，采用兩次冷軋軋程生產(chǎn)高硬度DR8 酒精罐產(chǎn)品，相對于采用一次冷軋軋程工藝生產(chǎn)而言，由于增加一道冷軋工序、一道退火工序，造成生產(chǎn)成本升高，產(chǎn)線效率降低。本文通過研究熱軋材質(zhì)、冷軋、退火、平整工藝對DR8 性能的影響，幫助客戶使用一次冷軋軋程生產(chǎn)DR8 酒精罐產(chǎn)品，達(dá)到降低成本，提高生產(chǎn)效率的目的。

1 二次冷軋軋程生產(chǎn)工藝介紹

1.1 熱軋材質(zhì)

客戶此前采用TDR-2.5S 熱軋產(chǎn)品，原料實(shí)際成分如表1 所示。

表1 TDR-2.5S 化學(xué)成分 %

1.2 二次冷軋軋程生產(chǎn)工藝

客戶采用二次冷軋軋程工藝生產(chǎn)高硬度DR8酒精罐產(chǎn)品，生產(chǎn)工藝：熱卷—冷軋—脫脂—退火—冷軋—脫脂—退火—平整—拉矯—鍍鉻。主要工藝參數(shù)如表2 所示。

表2 冷軋生產(chǎn)工藝參數(shù)

1.3 產(chǎn)品性能

客戶采用二次冷軋軋程工藝生產(chǎn)高硬度DR8酒精罐產(chǎn)品，成品性能如表3 所示。

表3 成品性能

客戶采用二次冷軋軋程工藝生產(chǎn)高硬度DR8酒精罐產(chǎn)品，成品性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 一次冷軋軋程生產(chǎn)工藝試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)內(nèi)容及方法

為提高產(chǎn)品強(qiáng)度，幫助客戶試驗(yàn)采用一次冷軋軋程工藝生產(chǎn)。從原料選擇方面，建議客戶試用C、Mn 含量更高的熱軋成分體系，通過增加合金元素含量，利用合金強(qiáng)化作用，提高產(chǎn)品強(qiáng)度。同時(shí)選擇適宜的冷軋壓下率、退火溫度、平整壓下率等關(guān)鍵工藝參數(shù)，試驗(yàn)采用一次冷軋軋程工藝生產(chǎn)。生產(chǎn)工藝方案如表4 所示。

表4 一次冷軋軋程生產(chǎn)工藝方案

2.2 熱軋材質(zhì)選擇

2.2.1 試驗(yàn)卷成分設(shè)計(jì)

推介客戶采用高級別TDR-5S 熱軋牌號(hào)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)鋼卷成分如表5 所示。

表5 TDR5S 化學(xué)成分 %

成分設(shè)計(jì)采用高Als、高N 設(shè)計(jì)，m（Als）∶m（N）=20∶1，析出的AlN 阻礙晶粒長大，達(dá)到細(xì)化晶粒作用。

因晶界可以阻止位錯(cuò)滑移，晶界的總面積越大，即晶粒直徑越小越細(xì)化強(qiáng)度越高。晶粒平均直徑d（m）和屈服強(qiáng)度σy（Pa）的關(guān)系式，用霍爾-佩奇公式表示：

式中：ky是晶界阻力；d是多晶體的晶粒直徑；σi為組織位錯(cuò)滑移的摩擦力。

通過運(yùn)用細(xì)晶強(qiáng)化機(jī)理，采用一次冷軋一次退火，代替二次軋制、兩次退火，達(dá)到優(yōu)異的性能。

2.2.2 試驗(yàn)卷熱軋工藝設(shè)計(jì)

采用全流程的細(xì)化晶?？刂品桨?，通過熱軋靠近Ar3（Ar3+0～+50 ℃以內(nèi)）溫度終軋，控制“水冷→空冷→水冷”三段式層流冷卻路徑控制，第一段水冷快速到鐵素體轉(zhuǎn)變C 曲線的鼻尖處（A1 點(diǎn)）附近，通過中間較慢的空冷，提高鐵素體轉(zhuǎn)變比例，同時(shí)鐵素體相變誘導(dǎo)AlN 快速析出，AlN 析出可抑制冷軋罩式退火時(shí)的晶粒長大，細(xì)化晶粒，第二段水冷快速到貝氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)間，避開珠光體轉(zhuǎn)變區(qū)間，形成鐵素體+貝氏體的組織，鐵素體+貝氏體有較高的均勻延伸和加工硬化指數(shù)，有利于冷軋實(shí)現(xiàn)較高的冷軋壓下率，貝氏體在冷軋罩式退火后形成細(xì)小索氏體組織。熱軋工藝有利于冷軋罩式退火細(xì)化晶粒，從而提高屈服強(qiáng)度，改善二次冷軋加工性能。進(jìn)而通過較低的而兩次冷軋平整壓下量實(shí)現(xiàn)高屈服強(qiáng)度和高延伸，保證產(chǎn)品抗折彎度合格。

2.2.3 熱軋成品性能

對試驗(yàn)卷進(jìn)行拉伸性能檢測，結(jié)果如表6 所示。

表6 熱卷力學(xué)性能

對試驗(yàn)鋼進(jìn)行金相組織分析，放大倍數(shù)為100倍，橫、縱向金相組織如圖1 所示。

金相組織為鐵素體+珠光體+貝氏體，鐵素體+貝氏體組織有較高的均勻延伸和加工硬化指數(shù)，有利于冷軋罩式退火細(xì)化晶粒，從而提高屈服強(qiáng)度，改善二次冷軋加工性能。

圖1 金相組織分析

2.3 冷軋工藝設(shè)計(jì)

r值是評價(jià)鍍鉻板沖壓性能好壞的重要參數(shù)之一，也是評價(jià)冷軋板制耳性能好壞的主要參數(shù)。r 值越高，說明制耳性能越好，沖壓性能越好，產(chǎn)品沖壓時(shí)不易開裂。查詢壓下率對沖壓制耳率的影響，如圖2 所示。

圖2 冷軋壓下率與產(chǎn)品r 值影響

皇冠蓋、旋開蓋、及沖壓變形率較小的淺沖罐，要求比較低的制耳率（Δr≤0.5），根據(jù)寶鋼對冷軋壓下率與產(chǎn)品塑性應(yīng)變比r值影響的研究[1]，如低碳鋼鍍鉻基板冷軋壓下率在85%～90%時(shí)，r值較高，制耳率較低。為保證鍍鉻板有良好的沖壓性能、制耳效果，因此推薦客戶冷軋壓下率控制在85%~90%左右，建議客戶使用2.75 mm 厚度TDR-5S 材質(zhì)熱卷，冷軋至0.285 mm 厚度，冷軋壓下率89.6%。

2.4 退火工藝設(shè)計(jì)

取TDR-5S 材質(zhì)0.285 mm 厚度冷軋板樣品，模擬退火溫度對鍍鉻成品性能的影響，如圖3 所示。

圖3 鍍鉻成品硬度隨退火溫度的趨勢圖

退火溫度在600 ℃以下時(shí)，硬度隨退火溫度的升高而降低，退火溫度達(dá)到600 ℃及以上時(shí)，硬度比較穩(wěn)定，因此推薦客戶采用610 ℃的退火溫度。

2.5 平整工藝設(shè)計(jì)

選取TDR-5S 材質(zhì)冷軋、退火后樣品，模擬不同二次冷軋壓下率對性能的影響，如下頁圖4 所示。

圖4 加工硬化曲線

客戶DR8 酒精罐產(chǎn)品屈服強(qiáng)度要求：（550±50）MPa，按照強(qiáng)度目標(biāo)范圍控制，推薦客戶采用18.59%～30.00%的平整壓下率，建議客戶第一道次平整厚度為0.23 mm，第二道次平整厚度為0.2 mm，綜合平整壓下率為29.80%。

3 結(jié)果與分析

3.1 力學(xué)性能

客戶采用一次冷軋軋程生產(chǎn)工藝方案進(jìn)行試驗(yàn)，取鍍鉻成品樣品，進(jìn)行縱向力學(xué)性能檢測，如表7 所示。

表7 成品力學(xué)性能檢測

通過批量工藝實(shí)驗(yàn)，成品力學(xué)性能滿足DR8 產(chǎn)品性能要求。

3.2 金相組織

取鍍鉻成品樣品進(jìn)行金相組織分析，放大倍數(shù)為500 倍，橫、縱向金相組織如圖5 所示。

金相組織為鐵素體+滲碳體，晶粒比較細(xì)小，滲碳體彌散分布于晶界內(nèi)。

圖5 金相組織分析

4 結(jié)論

1）采用C、Mn 含量更高的材質(zhì)生產(chǎn)DR8 酒精罐產(chǎn)品，運(yùn)用細(xì)晶強(qiáng)化機(jī)理，使熱板形成鐵素體+貝氏體的組織，有利于冷軋罩式退火細(xì)化晶粒，從而提高屈服強(qiáng)度，改善二次冷軋加工性能。

2）為保證DR8 產(chǎn)品有良好的沖壓性能、獲得良好的制耳效果，推薦客戶冷軋壓下率控制在85%~90%左右，采用610 ℃高溫退火工藝，保證AlN 充分析出，阻礙晶粒長大，提高產(chǎn)品強(qiáng)度，平整壓下率控制在18.59%～30%，可以實(shí)現(xiàn)使用一次冷軋軋程生產(chǎn)DR8 酒精罐產(chǎn)品。

3）使用一次冷軋軋程生產(chǎn)DR8 酒精罐產(chǎn)品，較客戶原工藝相比，較少一道冷軋工序、一道退火工序，生產(chǎn)效率提高一倍，成材率提高了1%，生產(chǎn)成本大幅度降低，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。