試析軋鋼工藝對鋼板性能的影響

張亮亮

（萊蕪鋼鐵集團銀山型鋼有限公司板帶廠，山東 濟南 271104）

在軋鋼生產(chǎn)中，影響鋼板力學(xué)與化學(xué)性能的主要因素包括加熱溫度、開軋溫度、終軋溫度、冷卻速度及卷取溫度等，在這些影響因素的共同作用下，鋼板的力學(xué)性能、化學(xué)性能以及規(guī)格形態(tài)極易發(fā)生改變，進而影響成品鋼質(zhì)量。因此，鋼鐵企業(yè)應(yīng)及時分析總結(jié)影響鋼板性能的主要因素，并制訂切實可行的優(yōu)化方案，最大限度地降低鋼板質(zhì)量缺陷出現(xiàn)的概率。

1 加熱溫度對鋼板力學(xué)性能的影響及解決方法

以B1500HS高強度鋼板為例，當(dāng)鋼板進入到精軋工序以后，精軋加熱溫度對鋼板內(nèi)部的晶粒組織將產(chǎn)生嚴(yán)重影響，這些晶粒組織也稱之為奧氏體組織，在加熱過程中，一旦奧氏體組織的結(jié)構(gòu)狀態(tài)發(fā)生改變，鋼板本身的物理力學(xué)性能也將隨之改變。例如，在對B1500HS高強度鋼板進行加熱處理后，將鋼板分別保溫0 min、4 min、8 min和12 min，然后利用電子萬能試驗機對鋼板進行單向拉伸實驗，從實驗結(jié)果可以看出，B1500HS高強度鋼板在不同的保溫時間段，所表現(xiàn)出來的抗拉強度值也明顯不同，隨著保溫時間的增加，鋼板的抗拉強度呈現(xiàn)出先升后降的趨勢。加熱溫度為830℃時，保溫時間為12 min的情況下，抗拉強度為1 425.02 Mpa。加熱溫度為870℃時，保溫時間為8 min的情況下，抗拉強度為1 615.02 MPa。加熱溫度為910℃時，保溫時間為4 min的情況下，抗拉強度為1 655.02 MPa。加熱溫度為950℃時，保溫時間為4 min的情況下，抗拉強度為1 625.07 MPa。由此可以看出，要想獲得最佳的抗拉強度，應(yīng)合理控制鋼板的加熱時間，以減少加熱溫度對鋼板力學(xué)性能的不良影響[1]。

2 開軋溫度對鋼板力學(xué)性能的影響及解決方法

開軋溫度主要是指軋鋼生產(chǎn)第一道工序的軋制溫度，一般情況下，開軋溫度要低于加熱溫度，據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，二者的差值介于50～100℃之間。以含磷高強IF鋼為例，在不同開軋溫度下，對鋼板內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)造成的不良影響進行實驗分析，鋼板在經(jīng)過退火工序后，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)也發(fā)生了改變，當(dāng)開軋溫度為800℃和850℃時，α纖維組織密度較高，最大值停留在20°附近。開軋溫度為700℃時，α纖維組織密度最大值停留在30°附近，其組織形態(tài)均為立方體，這種結(jié)構(gòu)形態(tài)對鋼板的深沖性能極為不利。但是，當(dāng)開軋溫度為750℃時，α纖維組織密度最大值停留在55°附近，在這一區(qū)域，α纖維組織密度幾近消失。而從γ纖維組織結(jié)構(gòu)密度看，開軋溫度為850℃時，密度較低，開軋溫度在750℃與800℃時，γ纖維組織結(jié)構(gòu)密度較高，而開軋溫度700℃時，結(jié)構(gòu)密度則略低于850℃開軋溫度時的密度。由此可以看出，鋼板α纖維組織密度與開軋溫度之間存在著正比關(guān)系，即開軋溫度降低，α纖維組織密度也隨之降低。而γ纖維組織結(jié)構(gòu)密度則與開軋溫度之間存在著反比關(guān)系，即開軋溫度降低，γ纖維組織結(jié)構(gòu)密度則隨之升高。因此，為了獲得深沖性能較好的鋼板，開軋溫度一般控制在750℃左右。

3 終軋溫度對鋼板性能的影響及解決方法

終軋溫度主要是指熱軋板在離開最后一道精軋工序時的溫度，現(xiàn)場實驗數(shù)據(jù)表明，終軋溫度對熱軋鋼板的顯微組織以及力學(xué)性能都將產(chǎn)生不利影響。以12Mn鋼為例，當(dāng)終軋溫度從900℃降到780℃時，σb由470 MPa提升到510 MPa，σs由320 MPa提升到390 MPa，在這種情況下，鋼板的延伸率也隨之降低。18LT熱軋鏈條鋼本身的強度與終軋溫度之間也存在反比關(guān)系，如表1所示。

表1 不同終軋溫度下18LT熱軋鏈條鋼的強度值

通過對12Mn鋼和18LT熱軋鏈條鋼力學(xué)性能的分析可以看出，如果終軋溫度逐步升高，對這兩個鋼種的強度影響程度也將越來越小，這時，也能夠有效改善鋼板的沖壓成形性能，對提高成品鋼板質(zhì)量起到積極的作用。因此，技術(shù)人員在實際生產(chǎn)當(dāng)中，完全可以采用提高終軋溫度，或者對軋制鋼進行正火、淬火、回火與再結(jié)晶退火等處理方式，避免終軋溫度對鋼板性能產(chǎn)生的不利影響。

4 軋后冷卻速度對鋼板性能的影響及解決方法

現(xiàn)場實驗數(shù)據(jù)表明，熱軋鋼板經(jīng)過最后一道軋制工序后，鋼板本身冷卻速度的快慢與鋼板性能存在密切關(guān)系，以含碳量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為0.15%、含錳量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為0.8%的低碳錳鋼板為例，鋼板的強度與韌性都會隨著軋后冷卻速度的變化而發(fā)生改變。當(dāng)冷卻速度在10℃/s以下，或者在40℃/s以上時，抗拉強度σb、屈服強度σs均與冷卻速度呈正比關(guān)系，即冷卻速度增加，強度值也隨之增加。當(dāng)軋后冷卻速度介于10～40℃/s之間時，鋼板強度與冷卻速度的變化不存在關(guān)聯(lián)性。以12Cr2Mo1VR鋼為例，當(dāng)軋后冷卻速度介于20～30℃/s之間時，鋼板中的不均勻碳化物經(jīng)過正火加熱形成的奧氏體將重新融入到鋼板的奧氏體組織中，在這一冷卻速度區(qū)間，碳的擴散相比對高冷速時要充分得多，因此，Cr、Mo、V的碳化物形成速度較為平緩，進而延緩了貝氏體的轉(zhuǎn)變速度。在這種情況下，鋼板的力學(xué)性能較為優(yōu)越。而當(dāng)冷卻速度介于5～15℃/s之間時，鋼板中的碳擴散速度處于不均衡態(tài)勢，在這種情況下，鋼板內(nèi)部組織的析出物將隨著冷卻速度的加快而出現(xiàn)長大的現(xiàn)象，繼而對鋼板的沖擊韌性產(chǎn)生不良影響。為了規(guī)避軋后冷卻速度對鋼板力學(xué)性能產(chǎn)生的不利影響，技術(shù)人員可以將鋼板經(jīng)過正火處理后，以25～45℃/s的速度對其進行加速冷卻，然后再利用710～740℃的溫度對鋼板進行回火處理，這對改善成品鋼的力學(xué)性能都會起到關(guān)鍵性作用[2]。

5 卷取溫度對鋼板性能的影響及解決方法

卷取溫度主要是指熱軋鋼板到達卷取機時的溫度，通過現(xiàn)場實驗發(fā)現(xiàn)，卷取溫度對鋼板內(nèi)部的奧氏體組織結(jié)構(gòu)也會產(chǎn)生不利影響。以09MnNb鋼為例，當(dāng)軋后冷卻速度介于21～28℃/s之間時，卷取溫度越高，鋼板的強度越低，當(dāng)卷取溫度分別為690℃和560℃，冷卻速度分別為24℃/s和25℃/s時，鋼板的強度變化幅度較大，沖擊功ak值的提升速度也較為明顯。當(dāng)冷卻速度介于9～13℃/s之間時，隨著卷取溫度的升高，鋼板強度則隨之下降。在空冷狀態(tài)下，冷卻速度為3℃/s時，隨著卷取溫度的升高，鋼板強度曲線也呈現(xiàn)出下降趨勢。卷取溫度達到850℃時，σs的值僅為400 MPa。在對卷取溫度這一影響因素進行分析時發(fā)現(xiàn)，卷取溫度的變化對鋼板內(nèi)部的金相組織影響最大，當(dāng)卷取溫度為690℃，冷卻速度為24℃/s時，鋼板內(nèi)部的鐵素體晶粒粗大，形狀呈多邊形，而珠光體則呈現(xiàn)塊狀分布。當(dāng)卷取溫度為560℃，冷卻速度為25℃/s時，鋼板內(nèi)部則為粗狀的貝氏體組織結(jié)構(gòu)。為了改善這一狀況，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)及時對軋后冷卻與卷取工藝參數(shù)進行調(diào)整與有效控制，進而在改善成品鋼質(zhì)量的同時，能夠保證鋼板的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。

6 結(jié)語

通過軋鋼工藝對鋼板性能影響因素的分析可以看出，影響鋼板力學(xué)性能與內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的因素多與每一道生產(chǎn)工序溫度參數(shù)有關(guān)。因此，鋼鐵企業(yè)應(yīng)當(dāng)對加熱溫度、開軋溫度、終軋溫度、冷卻速度、卷取溫度進行合理控制，使溫度范圍既能夠滿足軋鋼生產(chǎn)工藝需求，同時，也能夠最大限度地降低對鋼板性能的影響概率，進而使鋼板性能得到有效改善。