U型卷取工藝試驗(yàn)研究

王 鵬

(山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司鋼鐵研究院，山東 日照 276805)

熱軋帶鋼在卷取過程中，卷取溫度全長(zhǎng)設(shè)定為同一目標(biāo)溫度值，稱之為等溫卷取。等溫卷取工藝下，鋼卷內(nèi)外圈由于熱輻射及與空氣對(duì)流換熱而導(dǎo)致溫度較低，同鋼卷的中間部分相比，滲碳體、AlN的析出少且不易粗大，從而使鋼卷頭尾部分的材料性能變差，影響最終產(chǎn)品通卷性能的均勻。

控制冷卻技術(shù)是提高熱軋組織性能的重要手段，而層流冷卻系統(tǒng)已成為熱軋帶鋼控制冷卻的重要工藝手段[1]。為了消除性能要求嚴(yán)格的鋼種鋼卷頭尾與中間部分性能差異，例如深沖超低碳IF鋼和高強(qiáng)系列鋼板，國內(nèi)很多鋼廠熱軋生產(chǎn)一般會(huì)使用U型卷取工藝(即提高頭尾的卷取溫度目標(biāo)值使卷取溫度分布呈現(xiàn)U型，如圖1所示)，來改善冷熱軋鋼卷的頭尾性能。

為了驗(yàn)證熱軋U型卷取工藝的實(shí)際作用效果，我們選取四爐低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼DC01進(jìn)行工藝對(duì)比試驗(yàn)，其化學(xué)成分如表1所示。為保證生產(chǎn)工藝的一致性，四爐DC01從煉鋼到冷軋均為集中生產(chǎn)，熱軋和冷軋成品規(guī)格和工藝制度保持一致。

圖1 U型卷取工藝控制示意圖

牌 號(hào)CSiMnPSAlsDC01≤0.03≤0.03≤0.03≤0.02≤0.02≤0.06

1 熱軋組織與性能情況

1.1 熱軋工藝情況

試驗(yàn)鋼熱軋生產(chǎn)分別執(zhí)行等溫卷取和U型卷取工藝進(jìn)行對(duì)比，其中等溫卷取工藝全長(zhǎng)卷取溫度設(shè)定為同一目標(biāo)值，而U型卷取工藝以帶鋼中部溫度為基準(zhǔn)，中部采用原始目標(biāo)卷取溫度，通過設(shè)定頭、尾部冷卻長(zhǎng)度和冷卻溫度實(shí)現(xiàn)全長(zhǎng)的U型控制。具體為等溫卷取工藝目標(biāo)卷取溫度設(shè)定為700 ℃，如圖2所示，U型卷取工藝中部目標(biāo)卷取溫度為700 ℃，頭部、尾部50 m目標(biāo)卷取溫度為730 ℃，如圖3所示。

圖2 等溫卷取實(shí)際溫度控制曲線

圖3 U型卷取實(shí)際溫度控制曲線

對(duì)熱軋卷的頭部、尾部取樣，對(duì)比不同層流冷卻工藝下的熱軋頭尾部組織和性能。

1.2 熱軋金相組織

由圖4和圖5的熱軋頭部、尾部試樣的顯微組織可見：

(1)由于鋼卷外圈散熱較快，卷芯熱傳導(dǎo)散熱較尾部慢，所以熱軋尾部晶粒較頭部更為細(xì)小。

(2)與等溫卷取相比，U型卷取工藝下熱軋卷頭部、尾部晶粒尺寸更粗大。

(3)與等溫卷取相比，U型卷取工藝下熱軋卷頭部、尾部晶粒尺寸相差更小，晶粒更加均勻。

(a)頭部 (b)尾部圖4 等溫卷取熱軋頭尾部200倍金相組織對(duì)比

(a)頭部 (b)尾部圖5 U型卷取熱軋頭尾部200倍金相組織對(duì)比

1.3 熱軋頭尾力學(xué)性能

對(duì)熱軋卷的頭部、尾部試樣做拉伸實(shí)驗(yàn)，測(cè)試熱軋屈服強(qiáng)度ReL、抗拉強(qiáng)度Rm和延伸率A50指標(biāo)，結(jié)果見表2。

表2 熱軋卷頭尾拉伸性能結(jié)果

從表2中熱軋卷頭尾部試樣的性能結(jié)果可見：

(1)在兩種工藝下，熱軋卷頭部和尾部屈服強(qiáng)度差異變化較大。其中等溫卷取工藝下，尾部屈服強(qiáng)度比頭部屈服強(qiáng)度平均高20 MPa，原因?yàn)槲膊可彷^頭部快，溫度低，晶粒更細(xì)小，屈服強(qiáng)度增加，這與金相組織相對(duì)應(yīng)；U型卷取工藝下，熱軋卷頭部和尾部的屈服強(qiáng)度差異明顯減小。

(2)在兩種工藝下，熱軋卷頭部和尾部的抗拉強(qiáng)度、延伸率指標(biāo)差異不大。

2 冷軋組織與性能情況

2.1 酸洗表面質(zhì)量

熱軋基板在酸洗工序頭尾出現(xiàn)橫折印問題，缺陷長(zhǎng)度與頭尾U型長(zhǎng)度基本對(duì)應(yīng)。經(jīng)分析U型卷取工藝提高了熱軋頭尾部卷取溫度，在帶頭帶尾實(shí)際溫度控制會(huì)出現(xiàn)超過設(shè)定值的情況下，導(dǎo)致頭尾屈服強(qiáng)度降低，屈服平臺(tái)長(zhǎng)度加長(zhǎng)，上下屈服點(diǎn)應(yīng)力差增大，便可能加重橫折印缺陷的產(chǎn)生(見圖6)。

圖6 酸洗橫折印缺陷

由于存在屈服平臺(tái)，橫折印缺陷在低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼中很常見，一般產(chǎn)生于冷軋開卷矯直后，存在輕微手感，經(jīng)冷軋機(jī)的連續(xù)軋制變形后基本可消除。

2.2 冷軋金相組織

由圖7和圖8的冷軋頭部、中部、尾部試樣的顯微組織可見：

(1)帶鋼經(jīng)退火再結(jié)晶后，整體的金相組織晶粒度均在8.5～9.5級(jí)之間，冷軋卷頭部和尾部的晶粒大小差異較熱軋卷減小。

(2)等溫卷取的鋼卷經(jīng)冷軋退火后，卷中部與頭尾部的晶粒相差較大，其中中部晶粒相對(duì)粗大，等軸晶粒分布更多，因此中部組織明顯更為均勻。

(3)U型卷取的鋼卷經(jīng)冷軋退火后，卷中部與頭尾部的晶粒相差不大，頭尾部晶粒一般較中部晶粒仍稍微細(xì)小些，但通卷組織更為均勻。

(a)頭部

(a)中部

(a)尾部圖7 等溫卷取冷軋頭中尾500倍金相組織對(duì)比

2.3 冷軋力學(xué)性能

冷軋連續(xù)退火生產(chǎn)的產(chǎn)品同一個(gè)鋼卷上性能的波動(dòng)，主要是由于熱軋冷卻不均，以致碳氮化合物不均勻析出以及平整量變動(dòng)而造成的[2]。對(duì)退火后的冷軋卷頭部、中部、尾部取樣分析，整體來看，兩種工藝下的冷軋卷頭部、中部、尾部的屈服強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度值相差10 MPa左右，延伸率相差5%以內(nèi)；如表3所示，對(duì)于冷軋卷的頭尾部與中部的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度差異，U型卷取工藝下該性能差明顯低于等溫卷取工藝下的冷軋卷，即U型卷取比等溫卷取的冷軋卷通卷性能更加均勻。

(a)頭部

(a)中部

(a)尾部圖8 U型卷取冷軋頭中尾500倍金相組織對(duì)比

表3 冷軋卷強(qiáng)度性能結(jié)果(單位：MPa)

3 結(jié)論

(1)U型卷取工藝使得熱軋卷頭尾部的屈服強(qiáng)度差異減小，可提高冷軋卷通卷的性能均勻性，對(duì)屈服強(qiáng)度的影響要高于對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響。

(2)U型卷取工藝可能會(huì)加重酸洗工序熱軋?jiān)项^尾部橫折印缺陷的產(chǎn)生，主要為低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼，通過工藝調(diào)整可減輕該缺陷。

(3)U型卷取工藝效果良好，可以推廣應(yīng)用到超低碳鋼、低合金高強(qiáng)鋼、雙相鋼等性能要求較高的鋼種。