超快冷生產(chǎn)熱軋窄帶鋼GF08Al的研發(fā)

供稿|陳業(yè)雄，顧立業(yè)，何立新 / CHEN Ye-xiong, GU Li-ye, HE Li-xin

超快速冷卻(Ultra Fast Cooling)，簡稱UFC，是近年來國際上新興的一項用于控制帶鋼冷卻的新技術(shù)，同時也是配合其他一些先進鋼鐵材料的軋制新技術(shù)。超快冷卻系統(tǒng)具有以下優(yōu)點： 1)具有超常規(guī)冷卻能力，冷卻速度足夠快。2)冷卻水噴灑形式能滿足快速熱交換要求。3)冷卻水與鋼板的熱交換更加充分有效。4)具備新型的冷卻設備。為進一步擴展唐山國豐鋼鐵有限公司熱軋產(chǎn)品規(guī)格的范圍，提高企業(yè)競爭力，在620 mm生產(chǎn)線設計安裝了超快冷系統(tǒng)，成為國內(nèi)首次在窄帶鋼生產(chǎn)中使用超快冷技術(shù)的鋼鐵企業(yè)。

超快冷卻設備

超快速冷卻系統(tǒng)在整體結(jié)構(gòu)上采用兩側(cè)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(cè)擋板上以實現(xiàn)對帶鋼的冷卻。噴嘴的結(jié)構(gòu)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。這也不僅可以保證兩側(cè)噴嘴具有相同的冷卻能力，而且保證了帶鋼的冷卻均勻。超快速冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)采用分組式設計，共為六組，在高度方向上保證最大寬度帶鋼的冷卻能力。

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(cè)噴嘴為一個控制冷卻單元，共有12個單元。

熱軋工業(yè)生產(chǎn)中的超快冷卻

工藝流程

鐵水預處理→頂?shù)讖痛缔D(zhuǎn)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。

化學成分設計

為了保證產(chǎn)品的力學、工藝以及使用性能，按國家標準對GF08Al化學成分進行嚴格控制，詳見表1。

熱軋、冷卻工藝

在熱軋生產(chǎn)工藝中，加熱我們采取鑄坯進爐溫度700℃、出爐溫度1210℃。粗軋采取鑄坯出加熱爐后，開軋溫度1140℃，粗軋5道次，中間坯38 mm，總壓下率為81.3%。精軋采取中間進入9機架熱連軋機組，熱軋厚度為2.5 mm。

傳統(tǒng)工藝，GF08Al低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼的熱軋工藝采取“三高一低”的原則，即高加熱溫度、高開軋溫度、高終軋溫度、低卷取溫度，這是為了防止AlN第二相粒子在熱軋過程中或熱軋之后析出，在熱軋后使用600℃以下進行卷取，實際生產(chǎn)中采用的卷取溫度一般為560~620℃[1]。層流冷卻速度一般在20~40℃/s，在這種熱軋工藝下，Al和N在冷軋過程中固溶在基體中，在罩式退火過程中析出，有利于{1 1 1}織構(gòu)的形成，利于沖壓成形。

此次生產(chǎn)GF08Al超快冷采用前段集中冷卻，冷卻速度160℃/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)詳見表2。

表1 GF08Al化學成分表%

表2 生產(chǎn)冷卻工藝參數(shù)表

檢測熱軋板力學性能對比，投用超快冷的帶鋼抗拉強度356~360 MPa，屈服強度312~320 MPa，伸長率48%~50%，詳見表3。

表3 力學性能表

同時通過金相組織圖，可以看到熱軋板組織均為鐵素體+珠光體+少量沿晶界的三次滲碳體。投用超快冷沿晶界析出的滲碳體較少，當快冷終冷溫度在727℃以下時，帶鋼在運輸鏈板空冷時，生成三次滲體的幾率要小。

冷軋、退火工業(yè)生產(chǎn)中的超快冷卻

工藝流程

酸洗—軋制—松卷—光亮退火—平整—發(fā)貨—沖壓成型。

冷軋、退火工藝

熱軋原板經(jīng)酸洗后由2.5 mm經(jīng)五連軋軋至0.5 mm，總壓下率為80%。在壓下過程中，脆裂的滲碳體將互相分開，碎塊之間出現(xiàn)空隙，這將顯著降低鋼的密度。當碎塊之間空隙比較大時，發(fā)現(xiàn)軟的基體可以擠入其中，通過退火時的再結(jié)晶可以在一定程度上將上述空隙或裂紋填合，有利于鋼整體綜合性能的提高。

一般來說，組織中的滲碳體數(shù)量越多，帶鋼抗拉強度越高。滲碳體數(shù)量越少、晶粒尺寸越小越均勻，帶鋼的塑性越好，伸長率越高。從退火后冷軋板的組織分析可知，大的晶粒尺寸和較均勻的組織可以獲得較高的n值。退火溫度越高，晶粒尺寸越大越均勻，組織中的滲碳體數(shù)量越少。因此隨著退火溫度的升高，強度降低，塑性提高，n值有所提高[2]。

再結(jié)晶包括形成畸變很小的新晶核和晶核長大兩個基本過程，在結(jié)晶后鋼的力學性能基本上改變到形變以前的水平。而在實際生產(chǎn)中，為了加速再結(jié)晶、提高生產(chǎn)效率，將再結(jié)晶退火溫度設定在600~700℃之間。此時鐵素體發(fā)生再結(jié)晶，而珠光體則發(fā)生相的重結(jié)晶，為了再結(jié)晶充分進行，根據(jù)設備狀態(tài)此次生產(chǎn)將再結(jié)晶溫度660~690℃，罩式退火爐退火約60~70 h，退火溫度曲線示意圖如圖1，平整延伸率設定2~3%。

圖1 退火溫度曲線示意圖

通過各項指標對比，詳見表4，我們可以清楚地看到此工藝下的冷軋板性能，主要表現(xiàn)為：

表4 冷軋板性能

1) 一般認為CQ級熱軋板的屈服強度為140~275 MPa，抗拉強度為270~380 MPa，伸長率33%，此次生產(chǎn)的冷軋板各項指標均達到較高的水平。

2) 從成型性能上看，帶鋼投用超快冷生產(chǎn)GF08Al冷軋板n值>0.20，r值>1.40，完全滿足DC01的指標，可以滿足一般沖壓深度要求。

冷軋板經(jīng)退火后，通過金相組織圖可以清晰地看到，冷軋板組織為變形態(tài)鐵素體+個別珠光體+沿晶界分布的滲碳體，見圖2。

帶鋼在快速冷卻過程中，相變溫度下降，鐵素體生核速度增加，抑制晶粒的長大，儲存了大量的形核能，為退火過程中回復、再結(jié)晶提供了更強的動力，使晶粒均勻，滲碳體數(shù)量少，塑性好，成型性能好[3]。將此工藝下的冷軋板成品用于沖壓油箱蓋，沖壓深度約80 mm，表面質(zhì)量良好，沖壓成品率合格率98.8%，詳見圖3。

圖2 冷軋板退火后金相組織

圖3 沖壓郵箱蓋

結(jié)語

1) 生產(chǎn)實踐表明，超快冷卻速度160 ℃/s，冷軋壓下率80%，退火溫度660~690℃的工藝參數(shù)是合理的。

2) GF08AI冷軋板屈強比0.62，伸長率(A80)35~37%，n值0.22，r值>1.50，最大沖壓深度80 mm，能滿足下游客戶一般沖壓使用要求，沖壓合格率達98.8%。

3) 超快冷生產(chǎn)沖壓用熱軋窄帶鋼GF08Al的成功開發(fā)，為公司的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化做出了貢獻，也是國內(nèi)首創(chuàng)。

[1] 潘欣，華維，林瑞民，等. 罩式退火過程中溫度場對08A1冷軋鋼帶再結(jié)晶影響的分析. 四川冶金，2011(3): 38-41.

[2] 何立新，王強，曾新國，等. S08AI冷軋板退火態(tài)組織和織構(gòu)特征. 軋鋼，2010(3): 16-19.

[3] 王有銘，李曼云，韋光編，等. 鋼材的控制軋制和控制冷卻. 北京：冶金工業(yè)出版社，1995.