電飯煲內膽用超深沖冷軋鋼帶開發(fā)生產實踐

陳 普，侯元新，孟海燕，朱愛美

（山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東 萊蕪271100）

1 前 言

目前我國60%以上人口以大米為主食，傳統(tǒng)的膳食結構使得電飯煲基本成為必需品，電飯煲市場基數非常大，城鎮(zhèn)市場電飯煲普及率100%，農村市場普及率有望達到50%以上，使得電飯煲成為廚房小家電行業(yè)規(guī)模最大的品類。但一個優(yōu)質的電飯煲最重要的是它的內膽。泰鋼冷軋部結合冷軋系統(tǒng)的六輥HC可逆軋機、全氫光亮罩式退火爐和四輥平整機的裝備特征，系統(tǒng)研究對深沖性能有較高要求的電飯煲內膽用超深沖冷軋鋼帶核心技術，解決長期困擾企業(yè)冷軋鋼帶深沖性能差的問題，以提高產品質量及生產效率，提高產品深沖性能。

2 產品開發(fā)及工藝優(yōu)化

2.1 產品技術要求

產品的質量要求：物理性能，屈服強度≤230 MPa，抗拉強度 270～340 MPa，斷后伸長率≥45%，n值≥0.2，r值≥1.6，沖壓無開裂；尺寸偏差，厚度-0.02～0 mm，寬度0～+2 mm；板形不平度≤2 mm，鋼帶表面無肉眼可見黑斑、劃傷、擦傷、輥印、粘結、劃痕、硌印、結疤、裂紋、夾雜、氧化鐵皮、鐵銹和分層等缺陷。

2.2 酸洗表面質量控制

熱軋鋼帶采用6段酸洗和5級逆流串級漂洗的推拉式鹽酸酸洗機組酸洗，并對酸洗工藝進行了優(yōu)化。通過優(yōu)化酸洗鹽酸的濃度、溫度和漂洗水的理化指標，消除了酸洗鋼帶存在的欠酸洗、過酸洗和酸洗發(fā)黃等缺陷，提高了酸洗板表面質量。

2.2.1 提高酸洗濃度

提高鹽酸的溫度或濃度都可以提高酸洗速度，但提高濃度比提高溫度效果好。將6號酸槽鹽酸濃度由145～220 g/L提高到180～240 g/L，1號酸槽鹽酸濃度由45～130 g/L優(yōu)化為100～120 g/L。酸洗過程中，隨著酸液中FeCl2含量的增加，酸洗時間急劇減少到最小，此時FeCl2的濃度低于飽和濃度；以后酸洗時間又急劇增加，一直到FeCl2達到飽和，酸洗時間最長。為此將Fe2+含量由≤130 g/L調整為≤120 g/L。

2.2.2 優(yōu)化酸洗溫度

1 580 mm推拉式鹽酸酸洗機組共分6段，每段有單獨的外部加熱系統(tǒng)和酸循環(huán)系統(tǒng)，通過控制每個酸洗段的溫度，獲得最佳的酸洗效果。6～1號酸槽鹽酸溫度控制范圍：60～70℃、65～75℃、70～80℃、70～80℃、75～85℃、80～90℃。

2.2.3 控制漂洗水理化指標

通過提高漂洗水的溫度提高被沖洗鋼帶的自身溫度，使鋼帶在擠干水分之后更容易烘干，最后一級漂洗段漂洗水溫度由60～80℃提高到75～90℃。為了防止鋼帶酸洗后的氧化銹蝕，嚴格控制鋼帶表面的殘酸。經驗表明，從最后一個沖洗槽出來的帶鋼表面殘酸濃度≯50 mg/L。更換達不到要求的擠干輥，保證擠干輥氣缸壓力，嚴格控制漂洗水的氯離子含量，氯離子含量由≤100 mg/L調整為≤30 mg/L。

2.2.4 提高熱風干燥溫度和吹邊效果

提高加熱蒸汽的壓力為≥0.4 MPa，熱風干燥器吹風溫度提高到了120℃以上，并且在熱風干燥裝置之前，利用酸洗鋼帶吹邊裝置專利技術，將積存在鋼帶兩邊的殘液向鋼帶的外側吹刷，使鋼帶邊部易于干燥，消除了酸洗鋼帶邊部帶水的問題。

2.3 軋制表面質量控制

乳化液的清潔度對冷軋鋼帶表面質量有重要影響，如果乳化液不清潔，將會在冷軋鋼帶板面形成黑斑、黃斑、乳化液斑等缺陷。通過控制六輥HC軋機乳化液的濃度、pH值、電導率、雜油含量，提高乳化液吹掃效果；規(guī)范操作程序，控制乳化液噴濺。從而杜絕了黑斑、黃斑等缺陷，提高了冷軋鋼帶的表面質量。

2.3.1 乳化液濃度控制

濃度是乳化液最基本的理化指標。乳化液的濃度過低，起不到潤滑作用，軋輥磨損嚴重，鐵粉量劇增，乳化液發(fā)灰變黑，鋼帶表面殘留物增加；乳化液濃度過高，油耗增加，并且不利于軋輥及鋼帶的冷卻，不利于軋后乳化液的揮發(fā)。針對乳化液濃度波動影響產品質量的問題，利用乳化液配液裝置專利技術，穩(wěn)定了乳化液的濃度。

2.3.2 pH值與電導率控制

乳化液在使用過程中，pH值會發(fā)生變化。pH值＜5時，乳化液不穩(wěn)定，可能產生變質酸??；pH值＞7時，乳化液的顆粒度變小，會導致冷軋時潤滑困難，影響軋制速度。因此，乳化液的pH值控制在5～7。當乳化液的pH值突然下降，而電導率上升時，說明酸洗鋼帶表面殘留的氯化亞鐵進入了乳化液中?？刂拼胧┦敲堪鄼z測酸洗漂洗水中氯離子含量，發(fā)現漂洗水的氯離子超標時及時排放并補充新水，并對磨損的擠干輥進行更換，將漂洗水中氯離子含量控制在30 mg/L以下。當乳化液的pH值突然上升，電導率也突然上升時，可能是含堿物質進入了乳化液。當乳化液的電導率超過100 μS/cm時，及時加油、加水進行調整。

2.3.3 雜油含量控制

皂化值直接反映乳化液中活性油的含量，皂化值低，說明活性油含量少，雜油含量高。雜油主要是從機架內泄漏的液壓油、軸承油及其他潤滑油。由于雜油不可皂化，使乳化液中活性油的成分降低，不利于軋制時的潤滑，并且破壞乳化液的穩(wěn)定性，導致油耗增加。利用一種箱內浮動式螺栓調節(jié)撇油器專利技術，有效撇除了乳化液中的雜油，乳化液中鐵皂值控制在了0.5%以下，提高了乳化液的清潔度。

2.3.4 軋后板面乳化液殘留控制

在產品生產初期，冷軋板面殘留大量的乳化液，在高速軋制時尤其突出。鋼帶表面殘留的乳化液在經過退火處理后，由于不能完全揮發(fā)掉，在高溫下與鋼帶發(fā)生氧化反應，形成黑斑、黃斑、積炭等缺陷，成為影響產品質量的一大難題。通過觀察和分析，造成軋后乳化液殘留的主要因素是乳化液吹掃效果差、操作程序不規(guī)范、乳化液噴濺等。

1）提高乳化液吹掃壓力為≥0.65 MPa，增加側吹噴嘴，提高側吹效果，減少鋼帶兩側板形不良區(qū)乳化液殘留。調整噴嘴的吹掃角度與鋼帶表面的夾角為45°，以吹盡板面殘留乳化液。

2）對乳化液噴射與吹掃操作順序進行調整，在本道次鋼帶尾部降速停止前，提前關閉乳化液，并延時30 s關閉吹掃裝置；下一道次軋制前，提前打開壓縮空氣進行吹掃，軋制結束后延時30 s關閉吹掃裝置。減少乳化液殘留。

3）軋機在高速生產過程中，除了因離心力作用使軋輥輥面的乳化液被甩飛濺外，中間輥及工作輥的輥間同時會涌出大量的乳化液，導致鋼帶板面乳化液殘留。通過在軋機入口、出口牌坊間增加防乳化液噴濺擋板，將噴濺的乳化液分流到軋機兩側，減少了鋼帶表面的噴濺量。

采取上述改進措施后，乳化液的各項理化指標滿足了電飯煲內膽用超深沖冷軋鋼帶生產工藝要求，達到了冷軋鋼帶表面光潔的效果。

2.4 冷軋板形質量控制

六輥HC可逆冷軋機具有中間輥彎輥橫移、工作輥正負彎輥及軋輥傾斜等板形調節(jié)技術，但產品在生產初期肋浪缺陷突出，而且肋浪缺陷形成的原因較復雜。

2.4.1 肋浪缺陷形成原因

對肋浪缺陷形成的原因從人、機、料、法、環(huán)等方面進行了查找分析，主要原因：1）因軋機乳化液噴嘴數量少，軋制時鋼帶潤滑冷卻效果不良，軋制溫度過高（90℃以上），在冷卻不良部位出現肋浪缺陷。2）因中間輥倒角尺寸小，無法滿足工作輥彎輥要求，彎輥量超過100%，影響板形調整。3）對軋機左右卷取機中心線測量可知，1#卷取機偏差0.65 mm，2#卷取機偏差0.8 mm，超過標準要求，導致卷形不齊，板形難以控制，形成肋浪缺陷。

2.4.2 肋浪缺陷控制措施

1）增加乳化液噴嘴數量，在工作輥上下噴射梁兩邊部260 mm處各增加5個乳化液噴嘴共計20個，同時取消噴射梁內的隔板，均勻流量，提高了冷軋鋼帶肋部冷卻效果，減少了肋浪缺陷。

2）根據倒角弧度和寬度要求，在中間輥上磨削弧度為5°、寬度為90 mm的倒角。解決了因倒角不準確造成的肋浪缺陷。

3）對軋機左右卷取機的中心線進行找正，使左右卷取機中心線偏移控制在0.6 mm以內，保證左右卷取機在中心線上，保證了卷取質量，從而提高了板形質量。

2.5 冷軋總壓下率的確定

隨著冷軋壓下率的增加，再結晶溫度明顯降低。這主要是由于隨冷軋壓下率的增加，位錯密度增加，而鋼板80%～90%再結晶儲能是以位錯的形式儲存于變形鋼板中。形變儲能越高，組織向低能量轉變的傾向越大，即在再結晶退火過程中再結晶驅動力越大，可以使再結晶過程提前，降低了再結晶開始和結束的溫度。同時，形變儲能的增加也使形核率和長大速度相應增大，并且隨著冷軋壓下率的增加也相對延長了晶粒長大過程。但當壓下率增加到一定程度之后，再結晶溫度趨于穩(wěn)定。在實際生產中為保證最終成品具有良好的深沖能力，對深沖鋼采用75%左右的總壓下率進行軋制。

2.6 退火工藝分析

超深沖冷軋鋼帶成形能力相對較好，是由于較粗大的晶粒有利于提高其成形性能，而這主要取決于退火工藝。退火工藝參數的不穩(wěn)定和退火不充分是成品產品深沖性能不佳和不穩(wěn)定的一個重要影響因素。熱軋鋼帶經較大壓下率冷軋后位錯密度急劇升高，鋼板強度可達600 MPa，而冷軋產生的加工硬化只有通過再結晶退火才能消除，最終獲得理想的深沖性能。

由于罩式退火爐內不同位置的鋼卷和同一鋼卷的不同部位溫度都不相同，存在溫度最高點熱點和最低點冷點，極易出現同一鋼卷冷熱點溫差過大導致力學性能不均的現象，退火過程應嚴格保證保溫和冷卻時間。

2.6.1 退火升溫速率

較低的升溫速度可以保證罩式退火爐中鋼卷溫度的均勻性，在一定程度上可以提高產品的深沖性能。在退火升溫過程中，升溫至470℃設置2 h的保溫平臺，溫度＞470℃后升溫速率按照40～45℃/h設定，以保證產品良好的深沖性能。

2.6.2 保溫溫度

退火溫度偏高，退火再結晶晶粒粗大；退火溫度偏低，退火再結晶不完全，晶粒偏細。晶粒過大，則塑性降低，在沖壓成形時易在變形較大的部位出現破裂，而且在制件表面還容易產生粗糙的桔皮；晶粒過細，則鋼板強度高，塑性降低，回彈現象增加，且沖壓變形時易加工硬化，沖壓性能差。

1）保溫溫度對試樣硬度的影響。當溫度高于560℃時，深沖鋼的硬度值開始明顯下降，此階段鋼板已發(fā)生回復和再結晶；在560～690℃之內，硬度值顯著下降，這表明在該溫度范圍內再結晶過程進行激烈，并隨著溫度的升高再結晶晶粒大量形核并長大，隨著溫度的繼續(xù)升高，硬度值下降緩慢，此時鋼板內的冷加工組織已消除，晶粒已完全再結晶。

2）保溫溫度對金相組織的影響。當溫度加熱到500℃時，鋼的組織仍為冷加工纖維狀原始組織；當溫度升高到560℃時，原始組織中開始出現少量的再結晶晶粒，隨著溫度的升高，再結晶晶粒的形核速率加快并同時伴隨晶粒長大；當溫度達到620℃時，鋼板組織內已有大量的再結晶晶粒，但此時晶粒細小，晶粒度10級，并且不均勻：當溫度為690～720℃時，原始組織內的晶粒已全部發(fā)生再結晶，晶粒度8級。

2.6.3 保溫時間

1）保溫時間對試樣硬度的影響。鋼卷在690～720℃的保溫再結晶退火過程中，隨著保溫時間的增加，鋼的顯微硬度值仍較低并且變化不大。這說明以低速連續(xù)升溫到690～720℃的過程中，鋼帶內的晶粒已經全部發(fā)生再結晶：當保溫時間達到17～19 h時，鋼板硬度已降至最低，此時保溫時間再延長，其硬度基本不變。由此可見，在深沖鋼退火過程中，退火溫度是關鍵因素，當鋼板內晶粒充分再結晶后，保溫時間的影響很小。

2）保溫時間對金相組織的影響。連續(xù)升溫到690～720℃時，鋼板內晶粒已全部發(fā)生再結晶，晶粒細小。隨著保溫時間的延長，晶粒逐漸長大，保溫17～19 h，晶粒已充分長大，晶粒度6～8級。

2.6.4 悶罩時間

根據冷軋鋼帶粘結產生機理，確定控制冷卻速度，即增加一段帶罩冷卻時間，悶罩2 h換罩，從而控制冷卻速度，減少冷卻過程中鋼卷冷點溫度與熱點溫度之差。通過重卷機組卸張，減少鋼卷層與層之間的壓力，從而避免了粘結缺陷的產生。

2.7 平整工藝

2.7.1 平整延伸率對材料性能的影響

材料的屈服強度及斷后伸長率隨著平整延伸率的升高而逐漸升高。影響屈服強度變化的主要因素除材料晶粒尺寸大小及第二相分布密度外，晶粒中的位錯密度也會對材料的屈服強度及伸長率產生影響。材料經過平整后，晶粒內部必然會產生部分新的位錯，位錯密度隨著平整延伸率的增加而增大，從而導致材料的屈服強度也隨著平整延伸率的增加而增大。

由于平整延伸率增高，晶粒內部的缺陷密度也逐漸增大，從而相對增大了拉伸試驗過程中的缺陷，這也是材料伸長率隨著平整延伸率的增加而降低的原因。但由于抗拉強度的取值為斷裂拉伸強度，＜1%的平整延伸率不會對材料的抗拉強度造成較大的影響。

為保證產品具有良好的板形及賦予材料必要的表面粗糙度，以保證深沖材料的沖壓性能，經過退火的材料必須經過平整處理。在保證平整延伸率能夠滿足鋼帶表面粗糙度及調節(jié)板形的前提下，盡量降低，控制在0.5%～0.6%，以降低鋼帶的屈服強度并提高材料的斷后伸長率。經大量的試驗生產，平整力控制在2 600～3 200 kN時，產品性能滿足要求。

2.7.2 平整板面粗糙度

冷軋鋼帶板面粗糙度直接影響材料的沖壓成形及金屬的流動特性，鋼帶通過在粗糙面的低谷中殘留部分加工油，可減少沖壓過程中的摩擦力，改善沖壓的潤滑性能，降低沖廢率。此外，帶有粗糙度的鋼帶有利于提高后序工藝中噴漆或涂漆的結合力。但表面粗糙度過高，在凹部儲存的油量增加的同時，向凸模供油的效果會變差，從而造成鋼板表面流動性變差。表面粗糙度控制在≤0.8 μm。

冷軋鋼帶表面的粗糙度是鋼帶在平整時，將平整機工作輥經拋丸毛化處理后經過軋制復印到鋼板表面形成的不同形貌。為了探索拋丸工作輥毛化鋼帶的粗糙度衰減規(guī)律，用粗糙度為0.8～1.2 μm的毛化輥進行鋼帶平整毛化試驗，用手持式粗糙度儀測量板面粗糙度。平整后板面粗糙度為＜0.8 μm時，符合用戶要求。

2.8 厚度精度控制

為了保證產品的厚度精度，主要采取了以下措施：1）每3卷對測厚儀小標定一次，每半月對測厚儀大標定一次，并且對產品取樣檢測9點厚度差，與測厚儀檢測值進行對比，如果偏差較大，對測厚儀進行檢查和維護。2）根據平整前產品厚度測量值調整軋制預留量和平整軋制力。3）軋輥上線前對錐度和凸度進行檢查，規(guī)定支撐輥的錐度控制在0.02 mm以內，凸度控制在0.01 mm以內，并保證裝配精度，杜絕因支撐輥磨削和裝配精度影響產品厚度精度。4）對軋機中間輥的倒角尺寸進行優(yōu)化，由以前的70 mm優(yōu)化到（90±5）mm，解決了鋼帶邊部減薄的問題。

3 產品實物質量分析

根據開發(fā)及優(yōu)化的生產工藝實現了電飯煲內膽用超深沖冷軋鋼帶的批量生產，產品質量檢驗表明，鋼帶的屈服強度為200 MPa，抗拉強度為301 MPa，斷后伸長率為 47%，180°彎曲試驗完好，n值為0.24，r值為 2.38，厚度偏差 -0.01～0 mm，寬度偏差0～+2 mm，不平度≤2 mm，表面質量達到一等品要求，各項指標達到了電飯煲內膽用超深沖冷軋鋼帶技術要求。

與常規(guī)冷軋鋼帶相比，產品具有良好的深沖性能，適用于制造各種類型的電飯煲內膽，目前已廣泛應用于美的、九陽、威王等知名電飯煲生產企業(yè)，滿足了客戶對電飯煲內膽用超深沖冷軋鋼帶質量要求，產品暢銷山東、江蘇、上海、河北、福建、天津等省市，贏得了良好的質量信譽，受到了廣大用戶的好評，產品具有廣闊的市場前景。