優(yōu)化SPHC鋼種冷軋基板力學(xué)性能的生產(chǎn)實(shí)踐

陳燕，王德厚，李慶

（山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東萊蕪　271100）

優(yōu)化SPHC鋼種冷軋基板力學(xué)性能的生產(chǎn)實(shí)踐

陳燕，王德厚，李慶

（山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東萊蕪271100）

針對SPHC鋼種冷軋基板屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比偏高的問題，分析認(rèn)為是基板晶粒度級(jí)別較高所致。通過采取優(yōu)化加熱溫度和在爐時(shí)間、控制精軋終軋溫度、軋后層流冷卻采用后段冷卻方式等工藝優(yōu)化措施，屈服強(qiáng)度由310 MPa降至270 MPa，屈強(qiáng)比由0.81降至0.77，晶粒度由10.5～11.0級(jí)降至8.5～10.0級(jí)，鋼帶性能穩(wěn)定。

SPHC鋼；冷軋基板；屈服強(qiáng)度；屈強(qiáng)比；控軋控冷；弛豫

泰鋼950熱軋生產(chǎn)的冷軋基板，與同行業(yè)相比強(qiáng)度和屈強(qiáng)比偏高。SPHC鋼種的屈服強(qiáng)度為310 MPa左右，屈強(qiáng)比0.81。為改善冷軋料的性能，對SPHC鋼種冷軋基板屈強(qiáng)比偏高等的原因進(jìn)行分析并采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，取得了較好的效果。

1　屈強(qiáng)比偏高的原因分析

根據(jù)與先進(jìn)企業(yè)對標(biāo)，常規(guī)化學(xué)成分C、Si、Mn、P、S五大元素含量相差不大，比較顯著的是950熱軋基板晶粒度級(jí)別較高，平均晶粒度10.5～11級(jí)，比對標(biāo)企業(yè)9.0～9.5級(jí)高1.5個(gè)級(jí)別。晶粒的細(xì)化會(huì)顯著提高鋼帶的屈服強(qiáng)度，根據(jù)Hall-Petch公式計(jì)算，晶粒度從11級(jí)降低到9.5級(jí)，屈服強(qiáng)度降低約40 MPa。晶粒度也是影響屈強(qiáng)比的重要因素，下式為晶粒度對屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的影響:

式中:WMn、WSi、WNs分別為Mn、Si和固溶N的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；fP為珠光體的面積分?jǐn)?shù)；d為鐵素體尺寸。由于（1）式最后一項(xiàng)的系數(shù)比（2）式的大，因此晶粒細(xì)化對Rel的貢獻(xiàn)比對Rm的貢獻(xiàn)要大，即晶粒越細(xì)，屈強(qiáng)比越高。根據(jù)以上分析，在不考慮其他因素的情況下，只要將晶粒度級(jí)別降低到9.5級(jí)及以下，就能實(shí)現(xiàn)Rel≤300 MPa達(dá)到90%、屈強(qiáng)比≤0.8的目標(biāo)。

2　生產(chǎn)工藝優(yōu)化

2.1優(yōu)化加熱溫度和在爐時(shí)間

為保障軋線高溫軋制和促進(jìn)原始晶粒長大，加熱爐采取高溫加熱的方式并保障一定的在爐時(shí)間。要求加熱爐加熱段和均熱段爐膛溫度（1 280± 20）℃，板坯在爐時(shí)間保守設(shè)定≥90 min，粗軋開軋溫度≥1 120℃。

2.2控制精軋終軋溫度

精軋終軋溫度對晶粒度的影響較為顯著，一般要求在Ar3溫度以上軋制。根據(jù)軋制理論，在奧氏體未再結(jié)晶區(qū)軋制不會(huì)發(fā)生奧氏體再結(jié)晶，奧氏體晶粒變形后形成變形帶，形變累積在晶粒內(nèi)部形成亞晶、位錯(cuò)等存在形成相變儲(chǔ)能，相變時(shí)促進(jìn)鐵素體形核得到細(xì)小的晶粒。所以，減少或避免未再結(jié)晶區(qū)軋制是精軋階段控制的關(guān)鍵。根據(jù)未再結(jié)晶區(qū)臨界溫度經(jīng)驗(yàn)公式［1］:

結(jié)合SPHC鋼種的化學(xué)成分，計(jì)算出的鋼種的未再結(jié)晶區(qū)臨界溫度約在900℃，考慮軋線的實(shí)際能力，將終軋溫度目標(biāo)定為（900±20）℃。

同樣條件下，中間坯越厚進(jìn)入精軋的時(shí)間越短溫降越小，有利于提高精軋終軋溫度。在精軋?jiān)O(shè)備能力許可的條件下，盡可能提高中間坯厚度。精軋機(jī)組沒有加速度功能，穿帶速度對終軋溫度的影響較大。穿帶速度越快，精軋終軋溫度越高，但同時(shí)受其他因素影響穿帶穩(wěn)定性越差，事故概率增加。

結(jié)合實(shí)際情況，制定的中間坯厚度和精軋軋制速度的對應(yīng)關(guān)系見表1。

2.3控制軋后冷卻

γ→α相變發(fā)生在軋后冷卻階段，冷卻工藝的制定對鐵素體的形核數(shù)量和長大速度有關(guān)鍵影響。有研究表明［2］，熱變形后弛豫時(shí)間對鐵素體晶粒大小影響非常顯著。在高溫弛豫期間，發(fā)生回復(fù)及再結(jié)晶，釋放出形變儲(chǔ)存能，使系統(tǒng)由高能態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^低的能量狀態(tài)。奧氏體變形后在高溫區(qū)弛豫時(shí)間越長，釋放出的形變儲(chǔ)存能越多，相變驅(qū)動(dòng)力越小，從而降低鐵素體的形核率，則鐵素體晶粒尺寸會(huì)變大。此外，鐵在鐵素體區(qū)的自擴(kuò)散系數(shù)比在奧氏體區(qū)中高一個(gè)數(shù)量級(jí)［3］，即同一溫度下處于鐵素體狀態(tài)的晶粒的長大要容易的多。因此為促進(jìn)鐵素體晶粒長大，要盡可能使γ→α相變發(fā)生在高溫區(qū)域并給予鐵素體在高溫區(qū)成長的時(shí)間。軋后緩慢冷卻提高Ar3溫度，使相變發(fā)生在相對高溫區(qū)，利于鐵素體晶粒長大。

表1　不同中間坯厚度對應(yīng)的精軋速度

基于以上原理，層流冷卻采用后段冷卻方式，卷取溫度設(shè)定為（620±20）℃。

3　優(yōu)化效果

通過對生產(chǎn)工藝的優(yōu)化改進(jìn)，期間為保障終軋溫度對軋制速度進(jìn)行了微調(diào)，SPHC鋼種冷軋基板性能明顯優(yōu)化，表2為工藝穩(wěn)定后1個(gè)月內(nèi)實(shí)測的力學(xué)性能。

表2　SPHC鋼種冷軋基板工藝改進(jìn)后實(shí)測力學(xué)性能

從表2可以看出，生產(chǎn)工藝改進(jìn)后，SPHC鋼種冷軋基板屈服強(qiáng)度及屈強(qiáng)比明顯下降。金相觀察到基板的晶粒度8.5～10.0級(jí)，平均9級(jí)，達(dá)到了預(yù)期的效果。SPHC鋼種冷軋基板生產(chǎn)實(shí)踐表明，通過提高其加熱溫度和終軋溫度可以起到粗化晶粒的作用。隨著軋后弛豫時(shí)間的增加，鐵素體形核率降低，鐵素體晶粒尺寸逐漸增大。軋后緩慢冷卻提高了Ar3溫度，使相變發(fā)生在相對高溫區(qū)，有利于鐵素體晶粒的長大。但為進(jìn)一步提升性能，生產(chǎn)工藝仍需進(jìn)一步改進(jìn)。

［1］張明如，粱皖倫.低碳鋼奧氏體未再結(jié)晶臨界溫度Tnr的實(shí)驗(yàn)測量［J］.馬鋼科研，1999（1）:19-21.

［2］于慶波，孫瑩，劉相華，等.熱軋后停留時(shí)間對帶鋼屈強(qiáng)比影響的研究［J］.鋼鐵，2006，41（1）:66-69.

［3］王有銘，李曼云，韋光.鋼材的控軋軋制和控制冷卻［M］.北京:冶金工業(yè)出版社，1999.

Abstrraacctt::For the problem of higher yield strength and higher yield ratio of SPHC sheet steel for cold rolling，analyses showed that the grain fineness of the substrate is higher grade.By optimizing the heating temperature and time in the furnace，controlling final finish rolling temperature，adopting posterior segment cooling after rolling laminar cooling and taking other process optimization measures，the yield strength was reduced from 310 MPa to 270 MPa，the yield ratio was reduced from 0.81 to 0.77，the grain fineness was reduced from 10.5-11.0 to 8.5-10.0，and the properties of steel strip is stable.

Key worrddss::SPHC steel；sheet steel for cold rolling；yield strength；yield ratio；TMCP；relaxation

Production Practice of Optimizing the Mechanical Properties of SPHC Sheet Steel for Cold Rolling

CHEN Yan，WANG Dehou，LI Qing
（Shandong Taishan Iron and Steel Group Co.，Ltd.，Laiwu 271100，China）

TG335.5

B

1004-4620（2016）05-0003-02

2016-04-11

陳燕，女，1990年生，2014年畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)材料成型及控制工程專業(yè)。現(xiàn)為山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司軋鋼廠助理工程師，從事軋鋼工藝技術(shù)工作。