HP295性能優化工藝實踐

摘要：HP295是一種常用的焊接氣瓶用鋼，在家用煤氣存儲中應用廣泛。為了解決HP295使用過程中變形不均、沖壓開裂的問題，圍繞溫度制度、負荷分配、冷卻模式、層流側噴角度等方面采取針對性的優化措施，使HP295性能綜合指標顯著提高，產品加工性能也對應提高，較好地滿足了用戶的使用要求。

關鍵詞：熱軋帶鋼；層流冷卻模式；性能優化；HP295；煤氣存儲 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG335 文章編號：1009-2374（2015）30-0030-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.015

1 概述

焊接氣瓶鋼板是指厚度為2.5～6.0mm的優質碳素結構銅和低合金結構熱軋鋼板，焊接氣瓶要求具有一定的塑性和強度，加工時先進行一次冷沖壓成型，然后利用焊接成型。液化石油氣瓶產品規格為50kg、30kg、15kg、10kg、5kg和2kg級，在鋼瓶的總生產量中，家庭型15kg級鋼瓶的生產量占98%～99%，15kg級鋼瓶年產1500～1600萬只，30kg級鋼瓶年產20萬只。HP295是一種常用的氣瓶用鋼，主要用于家用煤氣的存儲，隨著我國石油天然氣工業的發展，該產品得到了比較廣泛的使用。濟鋼焊瓶鋼產品自開發之后，一段時間出現產品質量波動大的問題，用戶使用過程中出現變形不均、沖壓開裂的現象，為此針對產量最大的焊瓶鋼——HP295采取了一系列工藝措施，提高焊瓶鋼屈強比、延伸率等主要性能指標，滿足了用戶的使用要求。

2 性能優化措施制定

性能存在的問題主要為屈強比和延伸余量小、屈服強度偏高，因此將性能提升的方向確定為降低屈強比、提高延伸率。

2.1 溫度優化

2.1.1 加熱溫度優化。板坯經過加熱、冷卻過程，其中的奧氏體經過再結晶過程，因而組織晶粒尺寸更小，并且分布更為均勻。加熱溫度和加熱時間工藝參數制定時，既要考慮到節約能源，防止由于過熱或加熱時間過長導致出現異常組織，又要保證加熱充分、組織均勻。綜合考慮組織和成本因素，將出鋼溫度由1220℃調整為1180℃。冷料加熱最小時間由140min調整為100min。

2.1.2 終軋溫度優化。終軋溫度也是帶鋼軋制的一個重要工藝參數。終軋溫度越高，帶鋼內部組織再結晶越充分，分布也更均勻；終軋溫度越低，再結晶的部分將增加，同時缺陷組織增多，強度有所降低。在滿足強度要求的前提下，終軋溫度適當提高時可提高帶鋼的擊韌性，對降低屈強比也有利。綜合考慮上述因素，將終軋溫度由860℃調整為870℃。

2.2 負荷分配優化

精軋負荷分配主要是確定各道次的壓下量，在滿足個機架軋制力滿足軋機能力的前提下，保證軋制穩定和性能要求。因帶鋼存在溫降，前面機架溫度高、變形抗力小，后面機架溫度低、變形抗力大，一般負荷分配制定時遵循前大后小的原則。一般情況下，變形量越大，組織發生再結晶越充分，組織尺寸越小。為了保證焊瓶鋼軋制的穩定性，為了保證精軋壓下率、改善屈強比，將中間坯厚度增加1mm，同時對壓下負荷分配系數進行了調整，F0～F6負荷分配系數調整為53、45、38、32、20、16、12。

2.3 層流冷卻模式優化

屈強比是焊瓶鋼一個重要的加工性能指標，國標要求不大于0.8，屈強比數值越小，越有利于加工變形。HP295各個指標中，屈強比是最難控制的指標，且屈強比余量很小，因此將屈強比作為性能優化的首要原則。研究實驗表明，通過兩段冷卻能顯著降低屈強比，因此焊瓶鋼層流冷卻均采用兩段冷卻。

由式（1）和式（2）可以看出，晶粒尺寸對屈服強度的影響要高于對抗拉強度的影響，從這個角度分析，如果要降低HP295的屈強比，可以通過粗化晶粒尺寸來實現，在宏觀上即是要降低屈服強度，把晶粒度控制在合適的范圍內，因此，兩段冷卻模式進一步優化的原則為：在滿足屈服和抗拉要求的條件下，適當增大鐵素體晶粒度尺寸。具體實施時，就是減小前段冷卻強度，使鐵素體在較高溫度下經過充分空冷，然后再進行第二次水冷，增大鐵素體晶粒尺寸。通過逐步調整優化，將前段冷卻模式由第2組開6優化為第2組開3、第3組開3。

2.4 層流側噴優化

帶鋼層流冷卻過程是決定產品性能的重要環節，帶鋼表面殘留水對帶鋼性能的均勻性影響較大，故需要對層流側噴進行優化，帶鋼殘余冷卻水。層流側噴的目的是吹掃掉帶鋼上表面的層流水，使帶鋼沿寬度方向上的冷卻速度盡量均勻。側噴的力度取決于帶鋼表面的水受到的沿帶鋼寬度方向沖擊力的大小，在層流側噴壓力不變的條件下，提高側噴效果的措施就是設置合理的側噴參數，使噴出的水都打到帶鋼上，并且能均勻覆蓋整個帶鋼寬度。層流側噴優化的關鍵為噴嘴在豎直面噴射角，參考文獻[5]中的側噴幾何關系對側噴參數進行了優化。經過測量，上噴嘴高度為220mm、下噴嘴高度為160mm，根據式（1）給出的關系式計算得出：上、下噴嘴角度分別在75°和80°左右時，上噴嘴負責吹掃與遠處帶鋼區域，下噴嘴負責吹掃與近處帶鋼區域，側噴吹掃效果最好。

3 措施實施效果

措施實施后，性能優化前后比較發現：優化前屈服為392MPa，優化后屈服為360MPa；優化前抗拉為501MPa，優化后抗拉為480MPa；優化前屈強比為0.78，優化后屈強比為0.75；優化前延伸率為31%，優化后延伸率為36%。總體來看，性能優化前屈服余量較大、屈強比較高、延伸率低，性能優化后屈服和屈強比降低明顯，延伸率明顯提高，抗拉略有降低，數值基本在上下限中間，整體性能改善。性能優化后的產品用戶加工使用過程順利，沒出現變形不均或開裂現象，加工性能良好。

4 結語

采取溫度制度、負荷分配、冷卻模式、層流側噴角度等方面措施后，使焊瓶鋼性能綜合指標顯著提高，屈服和屈強比降低明顯，延伸率明顯提高，抗拉略有降低，優化后的產品加工性能良好，沒出現變形不均或開裂現象，表明所采取的工藝優化措施可顯著提高焊瓶鋼產品質量。

參考文獻

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[2] 樣旭，關菊，百勁東.鞍鋼ASP焊接氣瓶用熱連軋鋼帶研制[A].中國鋼鐵年會論文集[C].2003.

[3] 李鑫.冷卻路徑HP295焊瓶鋼屈強比的影響[D].東北大學，2006.

[4] 肖豐強，梁英.HP295焊瓶鋼生產實踐[J].中國冶金，2008，18（10）.

[5] 單修迎，郭連濟，郭立平，等.濟鋼1700層流冷卻關鍵參數優化[J].山東冶金，2013，35（4）.

（責任編輯：周 瓊）