超快冷生產(chǎn)熱軋窄帶鋼SPA-H的開發(fā)

供稿|李梅華，陳業(yè)雄，顧立業(yè) / LI Mei-hua, CHEN Ye-xiong, GU li-ye

超快冷生產(chǎn)熱軋窄帶鋼SPA-H的開發(fā)

Research of Hot Narrow Strip SPA-H with UFC

供稿|李梅華，陳業(yè)雄，顧立業(yè) / LI Mei-hua, CHEN Ye-xiong, GU li-ye

作者單位：唐山國豐鋼鐵有限公司，河北 唐山 063300

內(nèi)容導讀

窄帶鋼 SPA-H在熱軋過程中使用超快冷工藝，冷卻速度160~200 ℃/s。 通過改變終軋溫度和超快冷冷卻方式對比實驗，得出最優(yōu)工藝為終軋溫度目標900 ℃，終冷溫度目標710 ℃，超快冷前段冷卻1/2水量，冷彎樣品無開裂，符合客戶使用要求。實踐證明，用超快冷工藝成功開發(fā)了符合客戶使用要求的沖壓用熱軋窄帶鋼SPA-H。

耐候鋼即耐大氣腐蝕鋼，其特點是在鋼中加入少量Cu、P、Cr、Ni、N等合金元素，使其在大氣中具有良好耐腐蝕性能，是一種低合金高強度鋼。耐候鋼的耐大氣腐蝕性能為普碳鋼的2~8倍，耐候鋼除具有良好的耐候性外，還具有優(yōu)良的成形、焊接等使用性能。

宣鋼熱軋SPA-H窄帶集裝箱鋼主要用作生產(chǎn)集裝箱，因窄帶鋼軋制規(guī)格為145~292 mm×1.8~5.0 mm，不用裁剪即可使用，較中寬帶使用方便，有成本優(yōu)勢，深受用戶歡迎。

超快速冷卻(Ultra Fast Cooling)，簡稱UFC，是近年來國際上發(fā)展起來的一項用于控制帶鋼冷卻的新技術，配合其他一些先進鋼鐵材料的軋制新技術。超快冷卻系統(tǒng)具有以下特點：(1)冷卻速度足夠大，有超常規(guī)冷卻能力；(2)冷卻水與鋼板的熱交換更加充分有效；(3)冷卻水噴灑形式能滿足快速熱交換要求；(4)有新型的冷卻設備。為進一步擴展國豐鋼鐵公司熱軋產(chǎn)品規(guī)格的范圍，提高企業(yè)競爭力，在620 mm生產(chǎn)線設計安裝了超快速冷卻系統(tǒng)，窄帶鋼生產(chǎn)中使用超快速冷卻技術在國內(nèi)尚屬首例。

超快速冷卻系統(tǒng)介紹

工藝流程

鐵水預處理→頂?shù)讖痛缔D爐→LF爐精煉→鋼坯連鑄→加熱爐→粗軋五道(1立1平1立2平1立2平)→精軋9道(1立9平)→超快冷→鏈板運輸→卷取。

化學成份設計

為了保證產(chǎn)品的力學、工藝以及使用性能，對SPA-H化學成份進行嚴格控制，如表1。

超快冷卻設備簡介

如圖1所示，超快速冷卻系統(tǒng)在整體結構上仍然采用兩側對稱布置，從兩個方向同時對帶鋼進行冷卻，有效長度約9 m。噴嘴布置安裝在冷卻本體的側擋板上實現(xiàn)對帶鋼的冷卻，噴嘴的結構為扇形噴嘴，每個噴嘴單元上有18個噴嘴。呈兩列布置，且噴嘴之間錯開一定的角度?？梢员ＷC兩側噴嘴具有相同的冷卻能力，保證帶鋼冷卻均勻。超快速冷卻系統(tǒng)的結構采用分組式設計，共分為六組，在高度方向上保證最大寬度帶鋼的冷卻能力。

表1　SPA-H化學成分(質(zhì)量分數(shù)) %

超快速冷卻段的冷卻單元在每組中間分別設置有擋塊，每個冷卻單元均由一組閥組來控制；每組閥組包括1個DN50的手動蝶閥和1個DN50的氣動雙層薄膜閥。噴嘴的有效冷卻寬度為60 mm。每段兩側噴嘴為一個控制冷卻單元，共有12個單元。

軋制溫度試驗

軋制工藝控制

查看鐵碳相圖，SPA-H屬于亞共析鋼。根據(jù)成品性能的要求，制定合理的終軋溫度、終冷溫度及冷卻方式。軋后冷卻要使帶鋼溫度從Ar3以上的終軋溫度冷卻到Ar1以下一個合適的卷取溫度，然后成卷保溫，而卷取溫度一般選擇在700 ℃ 以下。對于連軋機組，通過調(diào)整速度以及層流冷卻的噴水情況，來調(diào)節(jié)帶鋼的冷卻速度，最終達到目標控制溫度，得到合適的內(nèi)部組織。試生產(chǎn)初步確定SPA-H終軋溫度采用830~870 ℃ ，終冷溫度680~750 ℃。為保證帶鋼全長性能的一致，冷卻方式采用通長冷卻方式。

圖1　超快冷設備示意圖

加熱溫度的選擇一般在液相線以下100~200 ℃。依熱連軋普碳鋼在正常生產(chǎn)情況下全線溫降的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，確定SPA-H加熱溫度為1250 ℃±20 ℃，開軋溫度1080~1180 ℃。

SPA-H超快冷冷卻速度160~200 ℃/s，超快冷終冷溫度700~720 ℃，經(jīng)鏈板運輸約25 s后卷取，空冷5~6 ℃/s，卷取溫度為550~600 ℃，卷取后自然冷卻。具體生產(chǎn)工藝參數(shù)見表2。

根據(jù)試驗方案軋制時，超快冷精冷段全部投用，終軋溫度初期使用870 ℃，性能富余量較大后，依次使用900 ℃、930 ℃，根據(jù)軋制速度，最終穩(wěn)定在900 ℃。

力學性能對比

不同軋制溫度力學性能檢測見表3，趨勢圖見圖2。

對比可知，終軋溫度升高，抗拉強度和屈服強度降低。終軋溫度升高10 ℃，抗拉強度和屈服強度分別降低約為15 MPa和18 MPa，伸長率升高約2%。終冷溫度升高10 ℃，抗拉強度和屈服強度降低約7 MPa，伸長率升高約0.6%。

表2　生產(chǎn)冷卻工藝參數(shù)

表3　力學性能對比

圖2　力學性能比

金相組織對比

分別對870 ℃、900 ℃和930 ℃樣品檢驗金相組織，隨著終軋溫度的降低，晶粒更細小。終軋溫度降低有利于細化晶粒(如圖3~圖5)。

不同冷卻方式試驗

試驗完成后，根據(jù)力學性能結合軋制速度，制定最優(yōu)的生產(chǎn)工藝：終軋溫度設定900 ℃，終冷溫度710 ℃，超快冷粗冷段投用。同等終軋溫度下力學性能對比見表4。

圖3　平均晶粒度11級

由上對比可知，前段冷卻比后段冷卻平均抗拉強度高63 MPa，屈服強度高86 MPa，伸長率降低5%，數(shù)據(jù)僅反映前段冷卻比后段冷卻增加抗強度和屈服強度更明顯。但是同時伸長率也受影響，最低批次僅為24%。因此應適當控制前段冷卻水量。

圖4　平均晶粒度10.5級

圖5　平均晶粒度9.5級

表4　不同冷卻方式力學性能對比

時效對比分析

力學性能對比

任意取兩卷帶鋼(一卷終軋溫度870 ℃，終冷溫度710 ℃；另一卷終軋溫度930 ℃，終冷溫度730 ℃)，冷卻至室溫，尾部7圈，每圈各取一個樣品做力學性能檢驗，基本無差異，見圖6。

冷彎檢驗

分別對第3圈和第7圈樣品做90°冷彎、180°冷檢驗。90°冷彎完好，180°有發(fā)絲裂紋，見圖7、圖8，能滿足客戶加工方管或C型鋼的使用要求。

結語

(1) 試驗對比可知，終軋溫度升高，抗拉強度和屈服強度降低。終軋溫度升高10 ℃，抗拉強度和屈服強度分別降低約為15 MPa和18 MPa，伸長率升高約2%。終冷溫度升高10 ℃，抗拉強度和屈服強度降低約7 MPa，伸長率升高約0.6%。

圖6　長度方向性能對比

(2) 試驗對比可知，前段冷卻比后段冷卻平均抗拉強度高63 MPa，屈服強度高86 MPa，伸長率降低5%，數(shù)據(jù)僅反映前段冷卻比后段冷卻增加抗強度和屈服強度更明顯。但是同時伸長率也受影響，最低批次僅為24%，因此應適當控制前段冷卻水量。

圖7　90°冷彎. (a) 第3圈；(b) 第7圈

圖8　180°冷彎. (a) 第3圈；(b) 第7圈

(3) 綜合試驗結果，建議終軋溫度目標900 ℃，終冷溫度目標710 ℃，超快冷前段冷卻1/2水量。

(4) 超快冷生產(chǎn)沖壓用熱軋窄帶鋼SPA-H的成功開發(fā)，為公司的產(chǎn)品結構優(yōu)化做出了貢獻，也是國內(nèi)首創(chuàng)。

作者簡介：李梅華(1972—)，女，助理工程師，1997年畢業(yè)于河北理工大學，現(xiàn)在唐山國豐鋼鐵有限公司鋼軋技術處從事新產(chǎn)品開發(fā)和質(zhì)量管理工作。

DOI:10.3969/j.issn.1000－6826.2015.04.03