黃緒傳

(寶鋼股份研究院梅鋼技術(shù)中心，江蘇 南京 210039)

SPHC低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼因其良好的沖壓成型性而被廣泛用作冷軋基料，用于制造加工易成型和強度要求不高的部件，市場需求量極大[1]。隨著冷軋設(shè)備加工能力的不斷提升，具有高附加值的超薄冷軋板可以采用直接大壓下量軋至目標(biāo)厚度的方式獲得，壓下率達(dá)90%以上，這對冷軋基料熱軋板的冷加工性能提出了更高的要求。由于壓下率的增大，在實際生產(chǎn)中SPHC熱軋板在進行冷軋時極易出現(xiàn)邊部開裂甚至斷帶等質(zhì)量問題?，F(xiàn)有研究文獻表明熱軋板冷軋邊裂缺陷產(chǎn)生的原因主要有冷軋基板邊部缺陷、冷軋基板邊部組織不良和冷軋過程控制等問題，解決此類問題的方向主要集中在改善冷軋基板的邊部組織、邊部切邊及冷軋工藝優(yōu)化等[2-3]。某鋼廠生產(chǎn)的用作冷軋基板的SPHC熱軋板在下游用戶處冷軋時出現(xiàn)大量的邊裂缺陷，分析發(fā)現(xiàn)同批次的熱軋板邊部存在明顯的混晶、粗晶和纖維狀組織。本文通過試驗探索變形溫度對SPHC鋼組織的影響規(guī)律，以期能為SPHC熱軋板的組織改善提供工藝優(yōu)化依據(jù)。

1 試驗研究

1.1 試驗材料及試樣

試驗材料為含微量硼的SPHC鋼，取自熱軋中間坯，試驗材料的主要化學(xué)成分見表1。

表1 試驗鋼化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

將試驗用試樣加工成Φ5 mm×10 mm圓柱樣，試樣兩端面應(yīng)平行，并與軸線垂直。為保證試驗結(jié)果的精確性，試樣尺寸加工精度需控制在±0.02 mm，兩端面與軸向的夾角需控制在90°±0.01°，另外，試樣兩端面的光潔度需控制在▽7以上，以盡可能地減小試樣端面與壓縮砧頭之間的摩擦力。具體試樣尺寸見圖1。

圖1 試驗用試樣

1.2 試驗方案

試驗在美國TA公司DIL805A/D靜動態(tài)熱膨脹儀上進行，采用了如圖2所示的三道次變形工藝路線，共進行了6個工藝參數(shù)的試驗，各試驗均將試樣加熱至1200 ℃奧氏體化。在950 ℃進行第一道次變形，通過調(diào)整道次間的冷卻速度，控制第二道次和第三道次的變形溫度，各對應(yīng)道次的變形速度和變形量均相同。第三道次變形結(jié)束后均采用25 ℃/s將試樣控制冷卻至600 ℃，保溫15 min后空冷，保留試驗后試樣，以備金相組織分析。試驗其它具體工藝參數(shù)見表2和圖2。

1.3 試驗結(jié)果

將試驗后試樣沿壓縮面直徑切開，分析切面金相組織，分析結(jié)果見圖3。圖3(a)～圖3(f)分別為不同變形工藝試驗后試樣金相分析結(jié)果。

表2 試驗具體工藝參數(shù)

圖2 試驗工藝路線

(a)870 ℃ (b)850 ℃

(c)830 ℃ (d)810 ℃

(e)790 ℃ (f)770 ℃ 圖3 不同變形溫度下的金相組織

圖3所示的金相組織顯示，在試驗涉及的變形溫度范圍內(nèi)，末道次變形溫度為850 ℃及以上的兩個工藝下試驗鋼獲得均勻的組織，末道次變形溫度為830 ℃的工藝下試驗鋼獲得粗晶組織，末道次變形溫度為810 ℃及以下的三個工藝下試驗鋼獲得混晶和變形組織。

1.4 結(jié)果分析與討論

上述試驗結(jié)果顯示，當(dāng)末道次變形溫度在850 ℃及以上時，試驗鋼均獲得均勻的鐵素體組織；當(dāng)末道次變形溫度在830 ℃及以下時，試驗均獲得粗晶、混晶甚至變形組織。這是由于850 ℃及以上溫度處于實驗鋼奧氏體相變臨界溫度Ar3以上，830 ℃及以下溫度處于實驗鋼的兩相區(qū)[4]。當(dāng)終軋溫度處于Ar3以上溫度時，實驗鋼的變形均發(fā)生在奧氏體單相區(qū)，在隨后的冷卻過程中過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻牡容S狀鐵素體組織；當(dāng)終軋溫度處于Ar3以下的兩相區(qū)時，已有的鐵素體經(jīng)壓縮變形后如完成再結(jié)晶，則與變形后析出的鐵素體形成混晶，如變形后的鐵素體未完成再結(jié)晶，則與變形后析出的鐵素體呈現(xiàn)等軸與扁狀的復(fù)合特征[5]。

熱軋生產(chǎn)工藝的終軋溫度是以板寬中部測溫點測定的溫度作為目標(biāo)溫度進行控制的，但由于熱軋過程熱卷邊部溫降過快，極易造成板卷寬度方向中部區(qū)域處于奧氏體區(qū)變形、邊部進入兩相區(qū)變形的狀況，致使熱卷邊部出現(xiàn)粗晶、混晶或變形組織。這些粗晶、混晶經(jīng)冷變形形成粗大的纖維組織，降低了材料的塑性，同時由于組織變形的不同步，隨著冷變形量的增大，不斷增加的內(nèi)應(yīng)力促使材料裂紋的產(chǎn)生[6-7]；熱軋變形組織經(jīng)冷變形后硬度更大，致冷加工能力進一步下降，當(dāng)冷變形超出材料塑性變形極限時即開裂。

2 現(xiàn)場工藝優(yōu)化及效果

2.1 優(yōu)化方案

根據(jù)試驗研究結(jié)果及現(xiàn)場生產(chǎn)線實際，對生產(chǎn)線的工藝進行了有針對性地調(diào)整，調(diào)整的方向就是提高精軋入口溫度，從而達(dá)到提升終軋溫度的目的。主要采用的措施有：一是在確保表面質(zhì)量的前提下減少粗軋及精軋除鱗道次，將除鱗組數(shù)減至6組；二是不投用精軋機架間冷卻水，減少精軋過程板卷邊部的熱量損失。經(jīng)對工藝優(yōu)化后三個月內(nèi)的2.0 mm厚度規(guī)格的SPHC板卷現(xiàn)場實測終軋溫度統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，工藝優(yōu)化后實際終軋溫度均值比調(diào)整前上升了10-12 ℃。

2.2 優(yōu)化效果

取工藝優(yōu)化后鋼卷寬度方向1/4處、邊部進行金相組織檢測，檢測結(jié)果顯示鋼卷1/4位置金相組織與工藝優(yōu)化前無明顯差異，鋼卷邊部20 mm內(nèi)金相組織的變化明顯。圖4為工藝優(yōu)化前后寬度方向1/4處金相組織，圖5為工藝優(yōu)化前后原始邊金相組織，圖6為工藝優(yōu)化前后距邊部20 mm處金相組織。

(a)優(yōu)化前 (b)優(yōu)化后 圖4 1/4處金相組織

(a)優(yōu)化前 (b)優(yōu)化后 圖5 原始邊金相組織

(a)優(yōu)化前 (b)優(yōu)化后 圖6 距邊部20mm處金相組織

從圖5和圖6可以看出，優(yōu)化前寬度方向原始邊部有纖維狀組織，優(yōu)化后變?yōu)榇只炀ЫM織；在距邊部20 mm處，優(yōu)化前存在粗混晶組織，優(yōu)化后僅存粗晶組織，考慮到邊部切邊量后，工藝優(yōu)化后邊部粗混晶組織基本可以去除。自工藝優(yōu)化后下游用戶冷軋邊裂問題改善明顯，未發(fā)生邊裂缺陷質(zhì)量異議。

3 結(jié)論

(1)變形溫度對SPHC鋼最終組織形態(tài)影響明顯，末道次變形溫度在Ar3以上溫度時，獲得均勻的等軸狀組織；當(dāng)末道次變形溫度在Ar3溫度以下的兩相區(qū)時，形成粗晶、混晶或變形組織；

(2)現(xiàn)場生產(chǎn)鋼帶過程中寬度方向溫差不可避免，帶鋼邊部處于兩相區(qū)軋制是導(dǎo)致邊部組織不良的主要原因，減少帶鋼邊部熱損耗是改善邊部組織的關(guān)鍵；

(3)根據(jù)試驗研究結(jié)果，熱軋現(xiàn)場通過優(yōu)化粗軋和精軋除鱗工藝、不投用精軋機架間冷卻水的措施，適當(dāng)提高了終軋溫度，較好的改善帶鋼邊部組織，用戶冷軋邊裂缺陷概率下降顯著。