U型卷取工藝試驗研究

王 鵬

(山東鋼鐵集團日照有限公司鋼鐵研究院，山東 日照 276805)

熱軋帶鋼在卷取過程中，卷取溫度全長設定為同一目標溫度值，稱之為等溫卷取。等溫卷取工藝下，鋼卷內外圈由于熱輻射及與空氣對流換熱而導致溫度較低，同鋼卷的中間部分相比，滲碳體、AlN的析出少且不易粗大，從而使鋼卷頭尾部分的材料性能變差，影響最終產品通卷性能的均勻。

控制冷卻技術是提高熱軋組織性能的重要手段，而層流冷卻系統已成為熱軋帶鋼控制冷卻的重要工藝手段[1]。為了消除性能要求嚴格的鋼種鋼卷頭尾與中間部分性能差異，例如深沖超低碳IF鋼和高強系列鋼板，國內很多鋼廠熱軋生產一般會使用U型卷取工藝(即提高頭尾的卷取溫度目標值使卷取溫度分布呈現U型，如圖1所示)，來改善冷熱軋鋼卷的頭尾性能。

為了驗證熱軋U型卷取工藝的實際作用效果，我們選取四爐低碳鋁鎮靜鋼DC01進行工藝對比試驗，其化學成分如表1所示。為保證生產工藝的一致性，四爐DC01從煉鋼到冷軋均為集中生產，熱軋和冷軋成品規格和工藝制度保持一致。

圖1 U型卷取工藝控制示意圖

牌 號CSiMnPSAlsDC01≤0.03≤0.03≤0.03≤0.02≤0.02≤0.06

1 熱軋組織與性能情況

1.1 熱軋工藝情況

試驗鋼熱軋生產分別執行等溫卷取和U型卷取工藝進行對比，其中等溫卷取工藝全長卷取溫度設定為同一目標值，而U型卷取工藝以帶鋼中部溫度為基準，中部采用原始目標卷取溫度，通過設定頭、尾部冷卻長度和冷卻溫度實現全長的U型控制。具體為等溫卷取工藝目標卷取溫度設定為700 ℃，如圖2所示，U型卷取工藝中部目標卷取溫度為700 ℃，頭部、尾部50 m目標卷取溫度為730 ℃，如圖3所示。

圖2 等溫卷取實際溫度控制曲線

圖3 U型卷取實際溫度控制曲線

對熱軋卷的頭部、尾部取樣，對比不同層流冷卻工藝下的熱軋頭尾部組織和性能。

1.2 熱軋金相組織

由圖4和圖5的熱軋頭部、尾部試樣的顯微組織可見：

(1)由于鋼卷外圈散熱較快，卷芯熱傳導散熱較尾部慢，所以熱軋尾部晶粒較頭部更為細小。

(2)與等溫卷取相比，U型卷取工藝下熱軋卷頭部、尾部晶粒尺寸更粗大。

(3)與等溫卷取相比，U型卷取工藝下熱軋卷頭部、尾部晶粒尺寸相差更小，晶粒更加均勻。

(a)頭部 (b)尾部圖4 等溫卷取熱軋頭尾部200倍金相組織對比

(a)頭部 (b)尾部圖5 U型卷取熱軋頭尾部200倍金相組織對比

1.3 熱軋頭尾力學性能

對熱軋卷的頭部、尾部試樣做拉伸實驗，測試熱軋屈服強度ReL、抗拉強度Rm和延伸率A50指標，結果見表2。

表2 熱軋卷頭尾拉伸性能結果

從表2中熱軋卷頭尾部試樣的性能結果可見：

(1)在兩種工藝下，熱軋卷頭部和尾部屈服強度差異變化較大。其中等溫卷取工藝下，尾部屈服強度比頭部屈服強度平均高20 MPa，原因為尾部散熱較頭部快，溫度低，晶粒更細小，屈服強度增加，這與金相組織相對應；U型卷取工藝下，熱軋卷頭部和尾部的屈服強度差異明顯減小。

(2)在兩種工藝下，熱軋卷頭部和尾部的抗拉強度、延伸率指標差異不大。

2 冷軋組織與性能情況

2.1 酸洗表面質量

熱軋基板在酸洗工序頭尾出現橫折印問題，缺陷長度與頭尾U型長度基本對應。經分析U型卷取工藝提高了熱軋頭尾部卷取溫度，在帶頭帶尾實際溫度控制會出現超過設定值的情況下，導致頭尾屈服強度降低，屈服平臺長度加長，上下屈服點應力差增大，便可能加重橫折印缺陷的產生(見圖6)。

圖6 酸洗橫折印缺陷

由于存在屈服平臺，橫折印缺陷在低碳鋁鎮靜鋼中很常見，一般產生于冷軋開卷矯直后，存在輕微手感，經冷軋機的連續軋制變形后基本可消除。

2.2 冷軋金相組織

由圖7和圖8的冷軋頭部、中部、尾部試樣的顯微組織可見：

(1)帶鋼經退火再結晶后，整體的金相組織晶粒度均在8.5～9.5級之間，冷軋卷頭部和尾部的晶粒大小差異較熱軋卷減小。

(2)等溫卷取的鋼卷經冷軋退火后，卷中部與頭尾部的晶粒相差較大，其中中部晶粒相對粗大，等軸晶粒分布更多，因此中部組織明顯更為均勻。

(3)U型卷取的鋼卷經冷軋退火后，卷中部與頭尾部的晶粒相差不大，頭尾部晶粒一般較中部晶粒仍稍微細小些，但通卷組織更為均勻。

(a)頭部

(a)中部

(a)尾部圖7 等溫卷取冷軋頭中尾500倍金相組織對比

2.3 冷軋力學性能

冷軋連續退火生產的產品同一個鋼卷上性能的波動，主要是由于熱軋冷卻不均，以致碳氮化合物不均勻析出以及平整量變動而造成的[2]。對退火后的冷軋卷頭部、中部、尾部取樣分析，整體來看，兩種工藝下的冷軋卷頭部、中部、尾部的屈服強度與抗拉強度值相差10 MPa左右，延伸率相差5%以內；如表3所示，對于冷軋卷的頭尾部與中部的屈服強度和抗拉強度差異，U型卷取工藝下該性能差明顯低于等溫卷取工藝下的冷軋卷，即U型卷取比等溫卷取的冷軋卷通卷性能更加均勻。

(a)頭部

(a)中部

(a)尾部圖8 U型卷取冷軋頭中尾500倍金相組織對比

表3 冷軋卷強度性能結果(單位：MPa)

3 結論

(1)U型卷取工藝使得熱軋卷頭尾部的屈服強度差異減小，可提高冷軋卷通卷的性能均勻性，對屈服強度的影響要高于對抗拉強度的影響。

(2)U型卷取工藝可能會加重酸洗工序熱軋原料頭尾部橫折印缺陷的產生，主要為低碳鋁鎮靜鋼，通過工藝調整可減輕該缺陷。

(3)U型卷取工藝效果良好，可以推廣應用到超低碳鋼、低合金高強鋼、雙相鋼等性能要求較高的鋼種。