泰鋼超薄冷軋低碳鋼帶生產與實踐

王永勝，翟乃波，張偉國，何 敏

（山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東 萊蕪271100）

1 前言

超薄冷軋低碳鋼帶屬于高附加值產品，隨著國內通訊信息產業與食品、家電等各行業的飛速發展，市場對各種超薄低碳冷軋鋼帶的需求量急驟上升。雖然我國冷軋薄板產量也快速增長，但品種和規格仍不能滿足國民經濟發展的需要，且東南亞發展中國家需求缺口更是突出，特別是0.15～0.25 mm超薄冷軋低碳鋼帶，由于受到技術和產品質量的制約，需求量更大。泰鋼根據超薄冷軋低碳鋼帶技術要求，對煉鋼化學成分進行控制，對熱軋工藝、退火工藝進行優化，對冷軋機AGC、四輥平整機APC控制系統進行升級改造，保證了產品的板形質量、表面質量、厚度精度及物理性能的均勻性，成功開發出了超薄冷軋低碳鋼帶。

2 產品要求

產品規格（0.15～0.25）mm×（712～860）mm。厚度偏差±0.003 mm，寬度偏差（0～+1）mm，切邊無毛刺；表面光潔，無黑斑、黃斑、劃傷、銹蝕、夾雜、孔洞、壓痕等缺陷；板形平直，屈服強度（180～260）MPa，抗拉強度≥300 MPa，斷后伸長率≥18%，沖壓無開裂。

3 產品開發工藝優化

3.1 煉鋼化學成分及夾雜物控制

3.1.1 化學成分控制

控制化學成分，達到低碳、低硫，適當降低Si、Mn含量，具體成分控制范圍見表1。

表1 化學成分控制范圍 %

3.1.2 夾雜物含量控制

1）提高鋼水純凈度：①合理控制成分。成分按中上限控制，尤其是鋼中［C］含量控制不易過低，否則容易造成鋼水過氧化，夾雜物種類及數量呈數量級增加。②改善吹氬質量。根據冷軋料鋼水的特點，在吹氬過程中采取分階段控制吹氬強度，促進夾雜物碰撞、積聚、長大及上浮；通過延長吹氬時間，促進尺寸微小夾雜物上浮至鋼-渣界面，被爐渣捕捉去除。

2）鋼水可澆性：根據鋼種成分要求，硅含量控制較低，在轉爐生產時必須保證［Al］s≥0.02%，此時鋼中的脫氧產物全部為固體Al2O3（熔點高2 050℃），可澆性差，易堵水口，不利于生產組織。而且固體Al2O3可塑性差，影響鋼材性能和表面質量。［Al］s含量控制在0.03%～0.05%，并保證爐與爐之間［Al］s含量控制比較穩定，鋼水可澆性顯著提高。

3.1.3 實施效果

圖1為實施前后鋼中夾雜物對比圖。圖1a和圖1b是實施前夾雜物分布圖，鋼中含有1.0級B類、1.5級D類、3.0級A類夾雜物；圖1c是實施后夾雜物分布圖，鋼中只含有0.5級D類夾雜物。由圖1可見，鋼中夾雜物的含量明顯減少。

3.2 熱軋工藝設計及控制

3.2.1 試驗方案

熱軋試驗主要控制終軋溫度和卷取溫度，以高溫終軋和高溫卷取為控制思路。試驗鋼的終軋溫度在880～930℃，卷取溫度在580～620℃，進行交叉試驗。具體試驗方案見表2。

3.2.2 終軋溫度及卷取溫度對熱軋板力學性能的影響

根據試驗鋼板力學性能檢測結果可知，對于試驗鋼來說，屈服強度在250～280 MPa，抗拉強度在340～370 MPa，伸長率均在44%以上。在終軋溫度基本一致的情況下，隨著卷取溫度的升高，試驗鋼的屈服強度和抗拉強度都逐漸降低（見圖2）。

圖1 實施前后鋼中夾雜物對比

表2 關鍵工藝參數

圖2 溫度對強度的影響

圖2b為終軋溫度對試驗鋼強度影響規律，由圖可知，隨著終軋溫度的變化，試驗鋼的屈服強度和抗拉強度變化不太明顯，屈服強度在250 MPa，抗拉強度為340～360 MPa。

綜上所述，隨著終軋溫度的升高，鐵素體晶粒變大，滲碳體析出量略有增加但是增量并不明顯。在終軋溫度超過900℃、卷取溫度超過640℃后出現較大塊滲碳體，即滲碳體出現集中析出現象。隨著卷取溫度的提高，滲碳體的析出量增加，當卷取溫度超過710℃，在鋼中出現包圍鐵素體晶粒的滲碳體析出，即產生網狀滲碳體，嚴重影響鋼板的沖壓性能。

因此，熱軋低碳鋼帶合適的終軋溫度為880～900℃，卷取溫度為580～620℃。

3.3 酸洗工藝優化

造成酸洗鋼卷發黑、發黃的主要原因是酸洗溶液濃度、溫度偏低，采取了以下控制措施：將4號酸罐鹽酸濃度由145～220 g/L提高到180～240 g/L；1號酸罐鹽酸濃度由45～130 g/L提高到100～120 g/L。通過每月對加熱酸洗溶液的石墨加熱器進行疏通，對達不到加熱要求的石墨加熱器進行更換，按工藝規程要求控制各個酸槽的溫度，酸洗鋼帶的表面達到了銀白色的效果。

針對酸洗鋼帶原吹掃裝置由于上吹風管與鋼帶距離較遠，且不能升降，吹掃效果差，造成鋼帶因板面帶水發黃，鋼帶在穿帶時易在吹掃裝置處堆鋼的問題，在壓縮空氣上吹風管兩端的框架上各安裝一個氣缸，氣缸的下端與上吹風管相連，上、下壓縮空氣吹風管的一端通過金屬軟管與壓縮空氣主管道相連，另一端封堵。氣缸通過壓縮空氣膠管與電磁閥相連，壓縮空氣從氣源三聯件進入電磁閥，電磁閥與氣動蝶閥相連，氣動蝶閥的出氣口與上、下吹風管連接。電磁閥與機組PLC控制柜相連。帶頭到達吹掃裝置前電磁閥打開氣動蝶閥，同時氣缸壓下上吹風管開始吹掃；帶尾離開時氣動蝶閥關閉，同時氣缸抬起上吹風管停止吹掃。通過以上措施，解決了酸洗鋼帶堆鋼及板面帶水發黃的問題。

3.4 軋制工藝優化

3.4.1 軋制表面清潔度控制

1）改進氣刀進氣方式。針對乳化液氣刀吹掃壓力不穩定，導致乳化液吹掃不干凈的問題，改進軋機的氣刀進氣方式。原設計的氣刀噴射梁通過一側進氣，造成氣刀壓力不穩定，乳化液吹掃效果差。對現有的氣刀噴射梁的進氣口進行改造，增加一個進氣口，通過均勻的進氣源，有效地保證了吹掃壓力的穩定；并且每次換輥時對氣刀噴嘴進行了清理和角度調整（與板面成45°角），達到了最佳吹掃效果。

2）提高乳化液的冷卻效果。通過安裝6臺大流量的立式乳化液泵，提高了乳化液凈油泵的流量（由3 600 L/min提高到6 000 L/min）；對乳化液主管道進行了改造，將DN200 mm管道改為DN250 mm管道，提高了乳化液的流量。乳化液噴射梁由DN50 mm管道改為DN80 mm的管道，工作輥噴射梁改為五段進液，乳化液噴嘴改為4903新型噴嘴，提高了乳化液的壓力及流量（壓力由改造前的0.4 MPa提高到0.6 MPa），從而提高了乳化液的冷卻效果和產品板面清潔度。

3.4.2 六輥可逆冷軋機AGC工藝控制系統改造

為了提高產品厚差精度和軋機電氣控制系統的控制穩定性和控制水平，與現有其他生產線保持控制設備的一致性，對軋機AGC工藝控制系統和傳動系統進行升級改造。由工控機控制升級為S7-400西門子PLC和FM458模塊控制，并與原有操作、檢測控制器件以及電氣控制系統正常對接。

通過改造，實現了對鋼帶厚度的高精度控制（厚度偏差控制在了±0.005 mm），為一次大壓下率軋制0.18～0.25 mm高品質食品飲料罐用超薄冷軋鋼帶提供了保障。實現了平滑升降速、一鍵升速和自動停車，可直接從0 m/min升高到550 m/min。

3.4.3 軋機牌坊精度調整

采用先進的激光跟蹤測量技術，對950軋機開卷機、左/右卷取機中心線垂直度，機架裝配精度及出、入口轉向輥進行了在線檢測和調整，水平度達到了0.05～0.10 mm/1 000 mm，與機組中心線垂直度控制在0.10～0.15 mm/1 000 mm，解決了鋼卷跑偏、塔形、溢出邊等缺陷。

3.5 退火工藝設計及控制

3.5.1 恒時熱處理對金相組織的影響

在冷硬板的1/4處進行金相取樣，對金相試樣進行恒時試驗，選取440、480、520、560 、600、640 ℃6個溫度，保溫時間是4 h。經逐級研磨拋光腐蝕后置于GX51金相顯微鏡下觀察，試樣的金相組織如圖3所示。

圖3 熱處理金相組織

圖3顯示了冷硬板經440～640℃，梯度為40℃的退火熱處理的金相組織。從圖3分析可知，試樣在440℃和480℃時并未發生再結晶。當溫度達到480～520℃時，金相組織中開始出現新的無畸變的晶粒，SPCC鋼板開始發生再結晶。隨著溫度的升高等軸晶在金相圖譜中所占的比例越來越大，晶粒的尺寸也逐漸變大，同時發現沿著SPCC鋼板軋制方向的晶粒優先長大。晶粒逐漸呈現“餅形”，進而有利于提升SPCC冷軋板的沖壓性能。當溫度升高到560℃時，發現晶粒大小不一，此時是大晶粒吞并小晶粒的長大過程。到600℃晶粒長大的過程基本結束，此時晶粒大小較為均勻，形成的晶粒較為穩定，當溫度升高到640℃時，晶粒與600℃時無明顯變化。

對試樣的晶粒度進行檢測，發現保溫溫度從560℃增加到640℃，晶粒度從10.56下降到7.12，晶粒尺寸持續增大。由4 h恒時熱處理發現，600℃和640℃熱處理后材料的晶粒度等級符合沖壓用要求，為進一步研究保溫時間對SPCC超薄鋼板金相組織力學性能的影響，選取600℃作為進一步的探究。

3.5.2 恒溫熱處理金相組織

對金相試樣進行恒溫試驗，選取溫度為600℃，熱處理時間為0、10、30、60、120、240、420 min，試樣的金相組織如圖4所示。從金相組織中可以觀察到，隨著保溫時間的延長，金相組織逐漸變得更加規整。

對試樣的晶粒度進行檢測，發現保溫時間從0 min增加到420 min后，試樣的晶粒度從9.63下降到8.57，晶粒尺寸稍微增加。

3.6 平整工藝優化

3.6.1 APC控制系統升級改造

950 mm四輥平整機組自動化控制系統以西門子可編程控制器S7-400、高性能運動控制器FM458為主控制器，新APC控制系統具有恒壓力控制、恒伸長率控制、軋輥傾斜控制、壓力傾斜控制、彎輥選擇及彎輥力控制等控制功能。各基礎自動化主控制器與HMI操作計算機、工程師站計算機以工業以太網互連；升級軟件系統，增加軟件控制功能，構成整體的平整機自動化控制系統。

圖4 600℃恒溫熱處理金相組織

通過對平整機APC控制系統進行升級改造，解決了平整機存在的運行速度慢、工控機死機斷帶、產品沖壓開裂等問題。實現了伸長率的精確控制，保證了整個鋼卷厚度和物理性能的均勻性。

3.6.2 平整工藝參數優化

對于厚度為0.15～0.25 mm的超薄冷軋鋼帶，平整軋制力控制在1 500～1 700 kN時消除了屈服平臺，保證了產品的物理性能。具體平整工藝參數見表3。

表3 平整工藝參數 kN

4 產品實物質量分析

根據上述工藝試驗數據，確定了工業化生產工藝參數，保證了生產的順行。產品物理性能檢驗表明，屈服強度：180～260 MPa，抗拉強度≥300 MPa，斷后伸長率≥18%，沖壓無開裂。厚度偏差：±0.003 mm，寬度偏差（0～+1）mm，切邊無毛刺，板形平直，表面光潔，無黑斑、黃斑、劃傷、銹蝕、夾雜、孔洞、壓痕等缺陷。開發生產的超薄冷軋低碳鋼帶廣泛應用于集成電路的杠架材料、彩管用鋼、可充電電池的正負極板基帶、通訊器材等領域，產品具有廣闊的市場前景。

5 結語

通過對煉鋼化學成分進行控制，對熱軋工藝參數進行優化，對六輥HC冷軋機AGC工藝控制系統、平整機APC控制系統進行升級改造，對酸洗、軋制、退火及平整工藝進行優化，確定了一種在六輥HC可逆軋機、光亮罩式退火爐和四輥平整機生產超薄冷軋低碳鋼帶的工藝技術，解決了超薄冷軋低碳鋼帶存在的厚度偏差大、板形差、性能不穩定、表面質量差等方面的技術難題，滿足了客戶對超薄冷軋低碳鋼帶的質量需求。