鍍鋅油桶鋼的開發(fā)與鍍鋅工藝控制

馬孝娟

（新疆八一鋼鐵股份有限公司制造管理部）

1 前言

熱鍍鋅鋼板由于鋅在鋅層表面形成耐腐蝕性良好的薄膜不僅保護(hù)了鋅層，而且對(duì)基板也起到了保護(hù)作用，因此鍍鋅板被廣泛地應(yīng)用于建筑業(yè)、容器制造及包裝業(yè)等行業(yè)。熱鍍鋅板作為制作油桶的原料，由于制桶工藝涉及到卷圓、桶身翻邊漲筋、W筋波紋滾壓成型等變形加工的工藝，制桶過(guò)程中材料存在一般加工用的變形。因此要求鍍鋅板既能夠?qū)︿摼碛蟹雷o(hù)作用也要滿足制桶加工變形等的要求。八鋼公司具備完整的開發(fā)鍍鋅油桶鋼的生產(chǎn)鏈，通過(guò)原料成分設(shè)計(jì)，工藝參數(shù)調(diào)整控制，并且為保證產(chǎn)品性能對(duì)鍍鋅的連續(xù)退火和拉矯工藝作為關(guān)鍵工藝進(jìn)行了控制，開發(fā)并試制了制油桶用熱鍍鋅鋼板。

2 鍍鋅產(chǎn)品工藝流程及原料化學(xué)成分設(shè)計(jì)

八鋼采用寶鋼標(biāo)準(zhǔn)Q/BQB420-2018中的牌號(hào)[1]，因此采用S220GD+Z來(lái)試制油桶用鍍鋅板。

鍍鋅產(chǎn)品工藝流程：鐵水脫硫處理—120t轉(zhuǎn)爐—LF精煉—板坯連鑄—加熱—1750mm軋制—層流冷卻—冷軋酸洗軋機(jī)—熱鍍鋅—分卷—包裝。整個(gè)流程要經(jīng)過(guò)煉鋼、熱軋、冷軋、熱鍍鋅屬于熱鍍鋅鋼板，經(jīng)過(guò)合理的設(shè)計(jì)可用于制桶[2]。

冷軋一般加工用鋼采用冷軋低碳鋼成分，其中碳(C)含量及其在鋼中的存在形式?jīng)Q定著鋼的強(qiáng)度和其它性能[3]，高的C含量會(huì)造成冷軋后產(chǎn)品的滲碳體級(jí)別升高，使強(qiáng)度增加，塑性下降。其中屈服強(qiáng)度是影響材料沖壓性能的一個(gè)重要力學(xué)性能指標(biāo)，屈服強(qiáng)度表征材料拉伸時(shí)塑性變形起始時(shí)的抗力大小，屈服強(qiáng)度小則永久變形開始時(shí)抗力越小，材料越容易加工。伸長(zhǎng)率是材料的塑性指標(biāo)，伸長(zhǎng)率高表明材料延展性更好，因此在標(biāo)準(zhǔn)要求力學(xué)性能基礎(chǔ)上對(duì)屈服強(qiáng)度進(jìn)行了更進(jìn)一步規(guī)定：220～320MPa（標(biāo)準(zhǔn)≥220MPa）。

鋼中的氮來(lái)自爐料，同時(shí)，在冶煉時(shí)鋼液也從爐氣中吸收氮。氮對(duì)低碳鋼的性能不利，它將惡化鋼板的彎曲、深沖性能，還會(huì)因變形不均勻而在沖壓件表面出現(xiàn)皺紋，解決方法是往鋼中加入足夠數(shù)量的鋁，采用適當(dāng)?shù)墓に囀逛X和氮結(jié)合成AlN，可以減弱甚至消除氮引起的應(yīng)變時(shí)效現(xiàn)象。因此采用低碳鋼的化學(xué)成分，并且控制N含量?；瘜W(xué)成分要求見(jiàn)表1。

表1 S220GD+Z鋼的化學(xué)成分 %

3 煉鋼、軋鋼關(guān)鍵工藝控制

3.1 煉鋼工藝

對(duì)于加工用途鋼種煉鋼采取擋渣、LF精煉、控制拉速等措施控制鋼中非金屬夾雜物的含量。

轉(zhuǎn)爐控制好終點(diǎn)[C]含量，根據(jù)碳含量加入脫氧劑，維護(hù)好出鋼口，出鋼時(shí)間≥3.5分鐘。出鋼擋渣，控制鋼包渣層厚度，要求出鋼回磷不大于0.003%。

LF處理：提溫、調(diào)整成分、脫硫、脫氣、去夾雜。

連鑄采用全程氬氣保護(hù)澆注，采用無(wú)碳保護(hù)渣和無(wú)碳鋼包覆蓋劑；中包安裝擋墻，連鑄最大拉速≤1.6m/min。

3.2 熱軋工藝

對(duì)于生產(chǎn)冷軋低碳鋼薄板嚴(yán)格控制熱軋工藝非常關(guān)鍵。研究結(jié)果[4]表明，采用連退工藝生產(chǎn)的冷軋低碳鋼薄板在熱軋時(shí)采用中高溫卷取，采用低溫卷取的帶鋼抗拉強(qiáng)度明顯升高延伸下降。中高溫卷取目的是使熱軋卷的鐵素體晶粒長(zhǎng)大,碳化物聚集而粗大,氮化鋁進(jìn)一步析出和長(zhǎng)大。這樣的熱軋工藝和連退工藝相配合,有利于鐵素體晶粒的長(zhǎng)大，對(duì)沖壓用鋼力學(xué)性能有利，熱軋溫度要求見(jiàn)表2。

表2 熱軋溫度要求

熱軋供冷軋?jiān)辖鹣嘟M織為：鐵素體+珠光體，晶粒度8級(jí)（見(jiàn)圖1）。

圖1 熱軋?jiān)暇斫鹣嘟M織

3.3 冷軋工藝

冷軋工藝中影響最終性能的主要因素是冷軋壓下率。冷軋壓下率的提高不僅可以降低退火的再結(jié)晶溫度，還有利于產(chǎn)生有益的形變織構(gòu)[5]。對(duì)于低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼而言，在同一熱軋卷取溫度下，鋼板的平均塑性應(yīng)變比r值隨著冷軋壓下率的增加而提高，考慮到八鋼冷軋軋機(jī)能力，S220GD+Z試制的冷軋壓下率設(shè)定為60%～73%。

軋機(jī)是保證鍍鋅原料清潔的重要工序，鍍鋅原料板面的清潔程度主要取決于冷連軋機(jī)組乳化液的干凈程度，其次與空氣中的灰塵量也有一定關(guān)系。因此規(guī)定在冷軋5＃軋機(jī)出口吹掃壓力不得小于5kg，并且要按照規(guī)定在軋機(jī)出口測(cè)板面反射率。

4 鍍鋅工藝的關(guān)鍵控制要點(diǎn)

4.1 鍍鋅機(jī)組工藝流程

八鋼熱鍍鋅生產(chǎn)線可生產(chǎn)鍍鋅板：厚度0.25～1.6mm;寬度 720～1250mm;最大卷重 21t;鋼卷外徑最大1900mm;鋼卷內(nèi)徑508/610mm；鋅層重量：雙面鍍層(60～275g/m2兩面)；正常鋅花。

八鋼熱鍍鋅生產(chǎn)工藝流程：上卷—開卷—切頭、切尾—焊接—堿洗—堿液刷洗—電解清洗—刷洗—熱水漂洗—熱風(fēng)干燥—入口活套—連續(xù)退火—鍍鋅—?dú)獾洞祾摺兒箫L(fēng)冷—淬水—拉伸矯直—鈍化處理—出口活套—涂油—剪切—卷取—卸卷—稱重—包裝?？刂坪缅冧\產(chǎn)線中的連續(xù)退火和拉伸拉矯工序的工藝參數(shù)可以生產(chǎn)出滿足力學(xué)性能要求的熱鍍鋅產(chǎn)品。

4.2 連續(xù)退火工藝要求

冷軋過(guò)程中，由于晶體中原子產(chǎn)生刃型位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，因此晶格可沿一定的滑移面和滑移方向（即軋制方向）進(jìn)行雙滑移或多系滑移，從而表現(xiàn)除了鋼板在軋制力作用下的塑性形變[6]。這樣經(jīng)冷軋后，發(fā)生了晶粒延長(zhǎng)、扭曲或破碎（見(jiàn)圖2）。位錯(cuò)增加，形變抗力增大，經(jīng)過(guò)冷軋后薄板的抗拉強(qiáng)度可達(dá)800～900MPa，必須經(jīng)過(guò)再結(jié)晶退火以恢復(fù)材料的加工成形性能。

八鋼熱鍍鋅是通過(guò)連退機(jī)組進(jìn)行再結(jié)晶退火，對(duì)于已冷軋硬化的鋼板，在退火時(shí)加熱速度越快，即在不同溫度下停留的時(shí)間較短，則再結(jié)晶溫度越高，否則，再結(jié)晶溫度越低。制定了機(jī)組速度要求：0.6～1.0mm，30～60mpm；1.0～1.6mm，20～40mpm。連退溫度要求見(jiàn)表3。

圖2 冷軋后組織

表3 S220GD+Z退火溫度

鋅鍋溫度的控制要平穩(wěn)，不可急速升溫和降溫，防止鋅粒缺陷的產(chǎn)生。

4.3 鍍鋅拉矯工藝控制

拉矯工藝對(duì)鋼板的成型性能也起到關(guān)鍵的作用，不僅能清除板面存在的浪形、瓢曲、輕度的鐮刀彎和改善表面的平直度，還能消除屈服平臺(tái)，改善材料的各向異性。理論和實(shí)踐都證明了有屈服平臺(tái)的帶鋼在沖壓加工時(shí)會(huì)出現(xiàn)滑移線，彎曲成圓時(shí)有橫向折彎，從而使加工件表面不良，因此拉矯對(duì)不同用途的帶鋼要采用不同的延伸率，以達(dá)到提高產(chǎn)品性能的目的。由于鍍鋅線無(wú)光整機(jī)，對(duì)于低碳沖壓用鋼而言，要求屈服極限很低且消除屈服平臺(tái)，拉矯延伸率控制在0.8%～1.2%。

5 試制的制油桶用熱鍍鋅鋼板性能檢測(cè)

5.1 力學(xué)性能

檢測(cè)試制S220GD+Z的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率三項(xiàng)力學(xué)性能值分布見(jiàn)圖3，屈服強(qiáng)度值分布在250-320MPa，抗拉強(qiáng)度值分布在320～380 MPa，延伸率值分布在25～38%，力學(xué)性符合標(biāo)準(zhǔn)要求（見(jiàn)表4），可滿足用戶制桶的加工需求。

圖3 S220GD+Z力學(xué)性能過(guò)程能力分析

表4 試制的S220GD+Z力學(xué)性能

5.2 金相組織

S220GD+Z鍍鋅產(chǎn)品金相組織為：鐵素體+珠光體+球粒狀滲碳體，晶粒度9級(jí)（見(jiàn)圖4）。組織中拉伸變形的晶粒已被再結(jié)晶的等軸鐵素體晶粒代替，此時(shí)珠光體趨于球?；?。隨著退火溫度升高，形成一些位向與變形晶粒不同，內(nèi)部缺陷較少的等軸小晶粒，這些小晶粒不斷向變形金屬中擴(kuò)展，冷變形的拉長(zhǎng)晶粒完全消失整個(gè)再結(jié)晶完成。

再結(jié)晶退火消除了冷軋變形造成的內(nèi)應(yīng)力，加工硬化現(xiàn)象被消除，這樣材料的強(qiáng)度和硬度顯著下降，塑性和韌性也會(huì)大大提高[4]。

圖4 鍍鋅成品金相組織

5.3 用戶試用情況

用戶的制桶工藝介紹：（1）桶身。鋼卷開卷下料—卷圓—通身電焊—通身縫焊—通身翻邊漲筋—縫焊試漏—W筋波紋滾壓成型;（2）桶蓋。桶頂蓋沖壓成型—預(yù)卷—注膠—桶頂沖注入孔及鉚合—桶頂沖透氣孔及鉚合。

桶身與桶蓋加工完后工序：脫脂磷化水洗—烘干—卷邊封口—試漏—試漏烘干—噴粉、噴漆—噴涂烘干—堆碼—出廠檢驗(yàn)—出廠。

用戶反饋，八鋼生產(chǎn)的S220GD+Z鍍鋅板在漲筋、沖孔等制桶過(guò)程中變形較大的加工工序中未出現(xiàn)開裂、鋅層剝落等缺陷，試制的S220GD+Z鍍鋅板滿足制桶用途。

通過(guò)用戶試用，制桶用鍍鋅產(chǎn)品S220GD+Z化學(xué)成分、工藝參數(shù)設(shè)計(jì)合理，制桶用S220GD+Z經(jīng)過(guò)開發(fā)與試制，已投入批量生產(chǎn)。

6 結(jié)束語(yǔ)

鍍鋅板由于鋅層的隔絕作用減緩了外界環(huán)境對(duì)桶的腐蝕，很大程度上延長(zhǎng)了桶的使用時(shí)間，鍍鋅板在制桶業(yè)中被廣泛使用。為生產(chǎn)滿足制桶用鍍鋅板，選擇低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼的化學(xué)成分為原料，采用適當(dāng)?shù)臒彳?、冷軋工藝參?shù)，通過(guò)鍍鋅線上的連退工藝設(shè)計(jì)，最終鍍鋅產(chǎn)品力學(xué)性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求，并滿足制桶加工用途。