3 5 0 MP a含B結(jié)構(gòu)級(jí)鍍鋅板工藝研究

供稿|王力達(dá)，孫璐，梅淑文，王淑華 / WANG Li-da, SUN Lu, MEI Shu-wen, WANG Shu-hua

結(jié)構(gòu)級(jí)鍍鋅產(chǎn)品具有耐腐蝕性強(qiáng)、表面質(zhì)量好、利于深加工、經(jīng)濟(jì)適用等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于建筑、家電、機(jī)械、汽車等行業(yè)。結(jié)構(gòu)級(jí)鍍鋅板現(xiàn)已成為唐鋼的主要特色產(chǎn)品，其質(zhì)量得到廣大用戶普遍認(rèn)可，隨著結(jié)構(gòu)級(jí)鍍鋅板市場不斷向海外擴(kuò)展，使其向高端應(yīng)用領(lǐng)域不斷挺進(jìn)，對(duì)產(chǎn)品的要求也越來越高。

本文針對(duì)客戶提出350 MPa含B結(jié)構(gòu)級(jí)鍍鋅板的技術(shù)要求，在原有結(jié)構(gòu)級(jí)鍍鋅產(chǎn)品生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行改進(jìn)和微調(diào)，成功開發(fā)出該產(chǎn)品，并得到用戶認(rèn)可。

技術(shù)要求

此次開發(fā)研制的350 MPa含B結(jié)構(gòu)級(jí)鍍鋅產(chǎn)品主要國內(nèi)加工后出口海外，因此對(duì)產(chǎn)品性能和表面質(zhì)量要求較高，為保證產(chǎn)品后續(xù)加工要求，延伸率要求高于同級(jí)別產(chǎn)品，經(jīng)與客戶多次交流，制定牌號(hào)為C350，技術(shù)要求見表1。

熱軋鋼帶化學(xué)成分及工藝優(yōu)化

熱軋鋼帶的性能和組織形態(tài)良好，不僅直接影響熱基鍍鋅產(chǎn)品的性能，而且保證冷基鍍鋅產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定。針對(duì)含B結(jié)構(gòu)級(jí)鍍鋅產(chǎn)品的技術(shù)要求，本文選擇現(xiàn)有同級(jí)別牌號(hào)S350X的熱軋鋼帶，進(jìn)行硼的微合金化，生產(chǎn)含B結(jié)構(gòu)級(jí)鍍鋅產(chǎn)品熱軋鋼帶原料，設(shè)計(jì)牌號(hào)為S350XB，

表2為同月份S350X與20爐S350XB兩種鋼實(shí)際化學(xué)成分和相同熱軋工藝下的力學(xué)性能均值對(duì)比?？梢钥闯?，含B鋼較無B鋼抗拉強(qiáng)度相近，而屈服強(qiáng)度值平均下降39 MPa。

表1 C350技術(shù)要求

表2 S350X與S350XB化學(xué)成分及性能對(duì)比

熱軋鋼帶金相組織及析出物分析

通過觀察兩種鋼熱軋鋼帶金相組織(見圖1)，利用截線法測得S350X的晶粒尺寸約為6.7 μm，S350XB的晶粒尺寸約為8.9 μm。根據(jù)Hall-Petch關(guān)系：σy=σi+kd-1/2(式中σi、k為系數(shù))，晶粒尺寸與屈服強(qiáng)度成反比，可以判斷含B鋼晶粒相對(duì)粗大導(dǎo)致其屈服強(qiáng)度降低[1.2]。

圖1 相同熱軋工藝下S350X與S350XB金相組織. (a) S350X；(b) S350XB

圖2 鋼中BN析出物粒子. (a) 析出物粒子；(b) 能譜圖

利用透射電鏡觀察鋼中析出物大小及形態(tài)(見圖2)，鋼中由于B元素的加入，優(yōu)先與N形成粗大的BN強(qiáng)化相，阻止AlN的形成，削弱了AlN對(duì)晶界的釘扎作用，從而使鐵素體晶粒粗大化，降低其屈服強(qiáng)度。

熱軋工藝及化學(xué)成分優(yōu)化

由分析可以得出含B鋼屈服強(qiáng)度值相對(duì)較低的原因，雖然其熱軋鋼帶性能已滿足要求，但后續(xù)平整、酸洗、鍍鋅工序會(huì)使其性能降低30~40 MPa，最終熱基鍍鋅產(chǎn)品屈服強(qiáng)度值將接近性能要求下限。為保證鍍鋅成品的性能，本文采用優(yōu)化熱軋工藝參數(shù)，調(diào)整終軋溫度和卷取溫度[3]，達(dá)到改變組織形態(tài)，細(xì)化基體晶粒，提高含硼鋼熱軋鋼帶屈服強(qiáng)度值。

表2、圖3為熱軋工藝參數(shù)優(yōu)化及性能對(duì)比和工藝優(yōu)化后S350XB金相組織。

經(jīng)熱軋工藝優(yōu)化后S350XB熱軋鋼帶屈服強(qiáng)度平均提升24 MPa，其晶粒尺寸測量平均為7.1 μm，較改進(jìn)前晶粒得到細(xì)化。但為保證最終產(chǎn)品性能達(dá)到最佳狀態(tài)，結(jié)合自身的生產(chǎn)能力，將S350XB中Mn含量提高0.2%，經(jīng)多批次在線生產(chǎn)性能統(tǒng)計(jì)，其熱軋鋼帶屈服強(qiáng)度平均值提升到422 MPa，保證最終熱基鍍鋅C350產(chǎn)品性能的穩(wěn)定。

表2 S350XB熱軋工藝參數(shù)優(yōu)化前后性能對(duì)比

圖3 熱軋工藝優(yōu)化后S350XB金相組織

鍍鋅工藝研究

熱基熱鍍鋅產(chǎn)品性能主要依靠其熱軋鋼帶性能的遺傳，冷基鍍鋅產(chǎn)品經(jīng)過冷軋、鍍鋅，組織發(fā)生再結(jié)晶，鍍鋅退火溫度控制是保證產(chǎn)品性能的關(guān)鍵。選擇優(yōu)化后的含B熱軋鋼帶S350XB，經(jīng)冷軋后，采用熱模擬實(shí)驗(yàn)與在線生產(chǎn)微調(diào)相結(jié)合方式，制定合理的冷基C350鍍鋅退火工藝參數(shù)。

熱模擬實(shí)驗(yàn)

選取優(yōu)化后S 3 5 0 X B的冷硬板(壓下率為62.5%)，在Gleeble-3800實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行熱模擬實(shí)驗(yàn)，熱模擬退火溫度分別為640 ℃、660 ℃、680 ℃、700 ℃、720 ℃，加熱到相應(yīng)溫度保溫3 min后采用吹風(fēng)冷卻，冷卻速度約8 ℃/s，溫度冷卻到460 ℃后空冷至常溫。圖4為熱模擬鍍鋅退火工藝示意圖，熱模擬實(shí)驗(yàn)后試樣制取標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，進(jìn)行力學(xué)拉伸實(shí)驗(yàn)，其結(jié)果見圖5。

圖4 熱模擬鍍鋅退火工藝示意

圖5 熱模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由熱模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，初步制定在線試生產(chǎn)C350產(chǎn)品鍍鋅退火溫度為670~710 ℃，其生產(chǎn)結(jié)果見圖6，可以看出，在退火溫度700 ℃時(shí)，熱模擬實(shí)驗(yàn)與在線生產(chǎn)，C350產(chǎn)品屈服強(qiáng)度均出現(xiàn)大幅度下降現(xiàn)象，這與以往同級(jí)別產(chǎn)品性能隨退火溫度變化規(guī)律不同，并且導(dǎo)致產(chǎn)品性能不合格。

金相組織及XRD分析

取熱模擬溫度680 ℃與700 ℃試樣進(jìn)行金相組織橫向截面對(duì)比(圖7)，其組織未發(fā)生明顯變化。

對(duì)熱模擬試樣進(jìn)行XRD分析(圖8)，可以看出熱模擬溫度640 ℃、660 ℃、680 ℃時(shí)XRD曲線與700 ℃、720 ℃時(shí)明顯不同，說明BN強(qiáng)化相發(fā)生改變。依此可以判斷為導(dǎo)致在700 ℃溫度其屈服強(qiáng)度值發(fā)生大幅度下降的原因。

圖6 在線生產(chǎn)C350產(chǎn)品性能

圖7 熱模擬試樣橫向截面金相組織. (a) 680 ℃；(b) 700 ℃

圖8 XRD分析曲線圖

根據(jù)實(shí)驗(yàn)和多次在線生產(chǎn)結(jié)果分析，制定冷基結(jié)構(gòu)級(jí)鍍鋅C350產(chǎn)品退火溫度設(shè)定為680±5℃最佳。

結(jié)論

(1) 微合金元素B的加入，優(yōu)先與N形成BN粗大粒子，削弱了AlN對(duì)晶界的釘扎作用，使含B熱軋鋼帶基體晶粒粗大，導(dǎo)致其屈服強(qiáng)度降低。

(2) 通過優(yōu)化化學(xué)成分和熱軋工藝，細(xì)化晶粒組織，可提高含B鋼屈服強(qiáng)度，保證最終熱基鍍鋅產(chǎn)品性能。

(3) 冷基C350產(chǎn)品在鍍鋅退火700 ℃時(shí)，由于BN相的改變，出現(xiàn)屈服強(qiáng)度大幅度降低現(xiàn)象，導(dǎo)致性能不合格，在實(shí)際生產(chǎn)中尤為注意。本文以指導(dǎo)生產(chǎn)為目的，具體BN強(qiáng)化相的改變還需進(jìn)一步研究。

(4) 經(jīng)多次在線生產(chǎn)，確定冷基C350產(chǎn)品生產(chǎn)鍍鋅退火溫度為680±5 ℃最佳。

[1] Takahashi N, Shibata M. Boron-bearing steels for continuous annealing to produce deep drawing and high strength steel sheets//TMS-AIME. Conf Proc on Technology of continuous Annealed cold-Rolled Sheet Steel. Warrendale, PA: TMS-AIME, 1984

[2] 范鼎東, 張建平, 肖麗俊, 等. 硼微合金化對(duì)SPHC鋼組織、析出物以及屈服強(qiáng)度的影響. 鋼鐵, 2006, 41(9): 60

[3] 徐匡迪, 劉清友. 薄板坯流程連鑄連軋過程中的細(xì)晶化現(xiàn)象分析.鋼鐵, 2005, 40(12): 1