不同連續(xù)退火機組DC06鋼種同質化的工藝改進

供稿|張倩，劉曉峰，崔勇

無間隙原子鋼(Interstitial-free steel，簡稱IF鋼)因其優(yōu)異的深沖性能而成為繼沸騰鋼、鋁鎮(zhèn)靜鋼后的第三代汽車沖壓用鋼，成功解決了汽車難沖件的成形問題[1]。目前，在國內一些主要鋼廠，IF鋼的最終退火方式為連續(xù)退火。與罩式爐相比，連續(xù)退火具備產品表面質量好、板形好、性能均勻、缺陷少、生產效率高、節(jié)省勞動力、成材率高等優(yōu)點，從而取代了罩式退火技術，實現了冷軋帶鋼的快速、經濟和大規(guī)模生產[2]。本鋼集團引進冷軋連續(xù)退火線大幅提高了本鋼汽車板的市場占有率，尤其是2#連續(xù)退火機組設計寬度為2150 mm，填補了國內2050 mm以上寬度冷軋產品的空白。但是冷軋連續(xù)退火線生產產品性能存在差異，本文通過分析影響因素進而調整連續(xù)退火工藝參數實現了產品性能的同質。

產品現狀及問題

冷軋IF鋼作為本鋼汽車板主要的供貨鋼種，尤其DC06鋼種主要大量用于門內板、行李箱蓋板、油底殼等極難沖件，這就對鋼的性能提出更高的要求。冷軋IF鋼的性能與鋼的化學成分、熱軋工藝、冷軋工藝及退火工藝有關，而退火工藝是影響IF鋼生產的關鍵工序[3]。

本鋼DC06鋼生產以1#和2#連續(xù)退火機組為主，成分要求及工序流程均一致，主要成分見表1。兩條連續(xù)退火線的工藝完全相同，具體工藝參數見表2。

表1 DC06化學成分(質量分數，%)

表2 DC06工藝參數

兩條連續(xù)退火線生產的DC06性能存在的一定的差異。以2020年某月寬度≤1700 mm的DC06鋼性能數據為例，見表3。

從表3可以看出，2#連續(xù)退火線生產的DC06鋼的屈服強度較1#連續(xù)退火線的低8.4 MPa，抗拉強度低5.1 MPa。由于1#連續(xù)退火投產時間較早且生產較為成熟，因此以1#連續(xù)退火線產品性能為標桿，對2#連續(xù)退火線的工藝進行調整以實現產品性能一致性。

表3 兩條連續(xù)退火線DC06鋼性能對比

影響因素分析

IF鋼性能主要受退火后晶粒尺寸、晶粒形貌及位錯密度影響。由于IF鋼含碳量極低，在退火過程中只涉及鐵素體的再結晶及晶粒長大，故緩冷段、快冷段、過時效段及終冷段工藝對晶粒尺寸及形貌的影響可忽略，而退火后的平整過程對IF鋼的位錯密度有影響。因而對IF鋼性能起決定性影響的主要工藝參數為退火溫度、保溫時間及平整延伸率。

退火溫度和工藝速度

選取DC06鋼(寬度≤1700 mm)，限定其他工藝參數，觀察屈服強度/抗拉強度與退火溫度及工藝速度的關系，如圖1和圖2所示。

從圖1和圖2可以看出，屈服強度和抗拉強度與退火溫度呈反比，與工藝速度呈正比，且抗拉強度相較于屈服強度對溫度和速度的敏感度更高些。退火溫度每提高10 °C，屈服平均降低1.8 MPa，抗拉強度降低2.9 MPa；工藝速度每提高20 m/min，屈服強度提高1.2 MPa，抗拉強度提高1.5 MPa。

圖1 DC06鋼性能與退火溫度的關系：(a)屈服強度；(b)抗拉強度

圖2 DC06鋼性能與工藝速度的關系：(a)屈服強度；(b)抗拉強度

由于兩條連續(xù)退火線投產時間及產線設備的供應商不同，退火爐的實際能力也不同。本鋼1#連續(xù)退火線退火爐供貨商為日本JFE，2#連續(xù)退火線退火爐供應商為比利時DREVER，各段道次數及長度具體見表4。

表4 1#、2#連續(xù)退火線退火爐各段道次數及長度對比

從表4可以發(fā)現，2#連續(xù)退火線加熱和保溫段的長度較1#連續(xù)退火線長近230 m，在相同工藝速度下，帶鋼在2#連續(xù)退火線加熱和保溫段的時間大于1#連續(xù)退火線。以0.8 mm的板厚度為例，在速度同為200 m/min的條件下，根據公式(1)可知，2#連續(xù)退火線經過加熱和保溫段的時間較1#連續(xù)退火線多69 s。

式中，t為帶鋼經過加熱和保溫段時間，s；s為加熱和保溫段長度，m；v為工藝速度，m/min。

由于兩條連續(xù)退火線的DC06鋼種退火溫度一致，2#連續(xù)退火線的再結晶和晶粒長大的時間較1#連續(xù)退火線長，再結晶過程會更加充分，晶粒度相對更小，因此屈服強度和抗拉強度相對也會相對較低。因而提高其屈服強度和抗拉強度可考慮降低退火溫度和提升工藝速度。

平整延伸率

平整的目的和作用是為了消除退火帶鋼的屈服平臺，獲得良好的帶鋼機械性能，改善板形并使帶鋼表面具有一定的粗糙度。

對于IF鋼來說，平整延伸率對屈服強度影響較大，平整延伸率與屈服強度成正比關系[4]，這是由于IF鋼中無C/N間隙原子，平整過程使位錯密度增加，造成了加工硬化的效果，使屈服強度不斷增加。同時平整后，表層部分晶粒被拉長，且變得細小，塑性變形擴展受到晶界的阻礙作用越大，故有利于提高鋼的強度和硬度[5]。

圖3可以看出，屈服強度與平整延伸率呈正比。平整延伸率每提高0.1%，屈服強度平均提高4.6 MPa；抗拉強度受平整延伸率影響不明顯。為實現兩條連續(xù)退火線DC06性能的同質，在降溫提速的同時，也可通過調整平整延伸率的手段實現。

圖3 性能與平整延伸率關系：(a)屈服強度；(b)抗拉強度

優(yōu)化措施

為保證機組工藝操作的穩(wěn)定性，提高2#連續(xù)退火線的工藝速度來減少帶鋼的保溫時間的方案暫不考慮。選擇厚度0.8 mm(1#樣本)和1.4 mm(2#樣本)兩個厚度規(guī)格(分別為同一熔煉號)的DC06鋼種進行對比。通過前期的分析結果，參照1#連續(xù)退火線，對2#連續(xù)退火線的退火溫度及平整延伸率進行了調整，具體方案及性能情況見表5和表6。

表5 1#樣本(0.8 mm)工藝調整實驗方案及結果(與1#連續(xù)退火線0.8 mm產品對照)

表6 2#樣本(1.4 mm)工藝調整實驗方案及結果(與1#連續(xù)退火1.4 mm對照)

調整方案均依次按順序進行，并根據前一個的實驗結果反饋進行調整。方案1和方案2是對退火溫度進行降溫15 ℃和25 °C的實驗，屈服強度和抗拉強度均有降低，降溫25 °C后的抗拉強度更接近1#連續(xù)退火線的水平，降溫實驗停止。在方案2的基礎上對平整延伸率進行調整，分別增加0.1%和0.2%，發(fā)現方案3的屈服強度更接近1#連續(xù)退火線的水平。通過拉伸實驗數據對比，2#連續(xù)退火DC06鋼種退火溫度(825±10) °C，平整延伸率0.7%時性能與1#連續(xù)退火線的比較接近。

分析與討論

將參照樣本(1#連續(xù)退火線)與2#連續(xù)退火線工藝調整后的兩個樣本分別采用金相切割機水冷切割、夾持，用180#、320#、600#和800#砂紙研磨，3.5 μm拋光劑粗拋，再以0.5 μm細拋光,后采用體積分數4%的硝酸酒精腐蝕4 s后，利用ZEISSAxioPlan2顯微鏡進行金相觀察(圖4)。

圖4 DC06鋼種經不同處理工藝后的金相對比：(a)1#連續(xù)退火線0.8 mm樣本(850 °C退火，平整延伸率0.6%)；(b)1#連續(xù)退火線1.4 mm樣本(850 °C退火，平整延伸率0.6%)；(c)2#連續(xù)退火線0.8 mm樣本(825 °C退火，平整延伸率0.7%)；(d)2#連續(xù)退火線1.4 mm樣本(825 °C退火，平整延伸率0.7%)

通過金相對比，4個試樣的晶粒度均為10，100%鐵素體組織，晶粒形貌較接近，再結合拉伸實驗數據：2#連續(xù)退火線退火溫度降低25 °C、平整延伸率提高0.1%后，1#連續(xù)退火線和2#連續(xù)退火線生產的DC06鋼種可實現性能同質。

結束語

(1)本鋼2#連續(xù)退火線退火段工藝裝備與1#連續(xù)退火線不同，在相同原料及工藝要求下，性能存在差異。因而產品的退火溫度必須考慮設備結構進行調整，達到不同產線生產出相同性能產品的目的。

(2)IF鋼的屈服強度與抗拉強度與退火溫度成反比，與工藝速度呈正比，抗拉強度相對屈服強度對退火溫度及工藝速度的敏感度較高；屈服強度與平整延伸率成正比，平整延伸率對抗拉強度的影響可忽略不計。

(3)針對DC06鋼種，退火溫度每提高10 °C，屈服平均降低1.8 MPa，抗拉強度降低2.9 MPa；工藝速度每提高20 m/min，屈服強度提高1.2 MPa，抗拉強度提高1.5 MPa；平整延伸率每提高0.1%，屈服強度平均提高4.6 MPa。

(4)在保證機組穩(wěn)定運行的前提下，為實現DC06性能同質，2#連續(xù)退火線在原有工藝速度的基礎上，需降溫25 °C、提高平整延伸率0.1%，這既能節(jié)約能耗、降低成本，同時也為下一步同質同價奠定基礎。