一次軋程高硬度酒精罐用鍍鉻板的開發

任振遠， 呂苗苗

（唐山不銹鋼有限責任公司， 河北 唐山 063000）

鍍鉻鐵，也稱為無錫鋼，指沒有鍍鉻層的表面處理鋼板，即在鋼板表面進行電解鉻酸鹽處理，使鋼板表面沉積一層金屬鉻以及鉻的水合氧化物。鍍鉻鐵產品具有低成本、附著力強、耐高溫性好、抗硫性強等特點， 被廣泛地應用于皇冠蓋、四旋蓋、三片罐的頂底蓋和淺沖罐等包裝行業[1]。

某廠在產品開發初期，采用兩次冷軋軋程生產高硬度DR8 酒精罐產品，相對于采用一次冷軋軋程工藝生產而言，由于增加一道冷軋工序、一道退火工序，造成生產成本升高，產線效率降低。本文通過研究熱軋材質、冷軋、退火、平整工藝對DR8 性能的影響，幫助客戶使用一次冷軋軋程生產DR8 酒精罐產品，達到降低成本，提高生產效率的目的。

1 二次冷軋軋程生產工藝介紹

1.1 熱軋材質

客戶此前采用TDR-2.5S 熱軋產品，原料實際成分如表1 所示。

表1 TDR-2.5S 化學成分 %

1.2 二次冷軋軋程生產工藝

客戶采用二次冷軋軋程工藝生產高硬度DR8酒精罐產品，生產工藝：熱卷—冷軋—脫脂—退火—冷軋—脫脂—退火—平整—拉矯—鍍鉻。主要工藝參數如表2 所示。

表2 冷軋生產工藝參數

1.3 產品性能

客戶采用二次冷軋軋程工藝生產高硬度DR8酒精罐產品，成品性能如表3 所示。

表3 成品性能

客戶采用二次冷軋軋程工藝生產高硬度DR8酒精罐產品，成品性能滿足標準要求。

2 一次冷軋軋程生產工藝試驗

2.1 試驗內容及方法

為提高產品強度，幫助客戶試驗采用一次冷軋軋程工藝生產。從原料選擇方面，建議客戶試用C、Mn 含量更高的熱軋成分體系，通過增加合金元素含量，利用合金強化作用，提高產品強度。同時選擇適宜的冷軋壓下率、退火溫度、平整壓下率等關鍵工藝參數，試驗采用一次冷軋軋程工藝生產。生產工藝方案如表4 所示。

表4 一次冷軋軋程生產工藝方案

2.2 熱軋材質選擇

2.2.1 試驗卷成分設計

推介客戶采用高級別TDR-5S 熱軋牌號進行試驗，試驗鋼卷成分如表5 所示。

表5 TDR5S 化學成分 %

成分設計采用高Als、高N 設計，m（Als）∶m（N）=20∶1，析出的AlN 阻礙晶粒長大，達到細化晶粒作用。

因晶界可以阻止位錯滑移，晶界的總面積越大，即晶粒直徑越小越細化強度越高。晶粒平均直徑d（m）和屈服強度σy（Pa）的關系式，用霍爾-佩奇公式表示：

式中：ky是晶界阻力；d是多晶體的晶粒直徑；σi為組織位錯滑移的摩擦力。

通過運用細晶強化機理，采用一次冷軋一次退火，代替二次軋制、兩次退火，達到優異的性能。

2.2.2 試驗卷熱軋工藝設計

采用全流程的細化晶粒控制方案，通過熱軋靠近Ar3（Ar3+0～+50 ℃以內）溫度終軋，控制“水冷→空冷→水冷”三段式層流冷卻路徑控制，第一段水冷快速到鐵素體轉變C 曲線的鼻尖處（A1 點）附近，通過中間較慢的空冷，提高鐵素體轉變比例，同時鐵素體相變誘導AlN 快速析出，AlN 析出可抑制冷軋罩式退火時的晶粒長大，細化晶粒，第二段水冷快速到貝氏體轉變溫度區間，避開珠光體轉變區間，形成鐵素體+貝氏體的組織，鐵素體+貝氏體有較高的均勻延伸和加工硬化指數，有利于冷軋實現較高的冷軋壓下率，貝氏體在冷軋罩式退火后形成細小索氏體組織。熱軋工藝有利于冷軋罩式退火細化晶粒，從而提高屈服強度，改善二次冷軋加工性能。進而通過較低的而兩次冷軋平整壓下量實現高屈服強度和高延伸，保證產品抗折彎度合格。

2.2.3 熱軋成品性能

對試驗卷進行拉伸性能檢測，結果如表6 所示。

表6 熱卷力學性能

對試驗鋼進行金相組織分析，放大倍數為100倍，橫、縱向金相組織如圖1 所示。

金相組織為鐵素體+珠光體+貝氏體，鐵素體+貝氏體組織有較高的均勻延伸和加工硬化指數，有利于冷軋罩式退火細化晶粒，從而提高屈服強度，改善二次冷軋加工性能。

圖1 金相組織分析

2.3 冷軋工藝設計

r值是評價鍍鉻板沖壓性能好壞的重要參數之一，也是評價冷軋板制耳性能好壞的主要參數。r 值越高，說明制耳性能越好，沖壓性能越好，產品沖壓時不易開裂。查詢壓下率對沖壓制耳率的影響，如圖2 所示。

圖2 冷軋壓下率與產品r 值影響

皇冠蓋、旋開蓋、及沖壓變形率較小的淺沖罐，要求比較低的制耳率（Δr≤0.5），根據寶鋼對冷軋壓下率與產品塑性應變比r值影響的研究[1]，如低碳鋼鍍鉻基板冷軋壓下率在85%～90%時，r值較高，制耳率較低。為保證鍍鉻板有良好的沖壓性能、制耳效果，因此推薦客戶冷軋壓下率控制在85%~90%左右，建議客戶使用2.75 mm 厚度TDR-5S 材質熱卷，冷軋至0.285 mm 厚度，冷軋壓下率89.6%。

2.4 退火工藝設計

取TDR-5S 材質0.285 mm 厚度冷軋板樣品，模擬退火溫度對鍍鉻成品性能的影響，如圖3 所示。

圖3 鍍鉻成品硬度隨退火溫度的趨勢圖

退火溫度在600 ℃以下時，硬度隨退火溫度的升高而降低，退火溫度達到600 ℃及以上時，硬度比較穩定，因此推薦客戶采用610 ℃的退火溫度。

2.5 平整工藝設計

選取TDR-5S 材質冷軋、退火后樣品，模擬不同二次冷軋壓下率對性能的影響，如下頁圖4 所示。

圖4 加工硬化曲線

客戶DR8 酒精罐產品屈服強度要求：（550±50）MPa，按照強度目標范圍控制，推薦客戶采用18.59%～30.00%的平整壓下率，建議客戶第一道次平整厚度為0.23 mm，第二道次平整厚度為0.2 mm，綜合平整壓下率為29.80%。

3 結果與分析

3.1 力學性能

客戶采用一次冷軋軋程生產工藝方案進行試驗，取鍍鉻成品樣品，進行縱向力學性能檢測，如表7 所示。

表7 成品力學性能檢測

通過批量工藝實驗，成品力學性能滿足DR8 產品性能要求。

3.2 金相組織

取鍍鉻成品樣品進行金相組織分析，放大倍數為500 倍，橫、縱向金相組織如圖5 所示。

金相組織為鐵素體+滲碳體，晶粒比較細小，滲碳體彌散分布于晶界內。

圖5 金相組織分析

4 結論

1）采用C、Mn 含量更高的材質生產DR8 酒精罐產品，運用細晶強化機理，使熱板形成鐵素體+貝氏體的組織，有利于冷軋罩式退火細化晶粒，從而提高屈服強度，改善二次冷軋加工性能。

2）為保證DR8 產品有良好的沖壓性能、獲得良好的制耳效果，推薦客戶冷軋壓下率控制在85%~90%左右，采用610 ℃高溫退火工藝，保證AlN 充分析出，阻礙晶粒長大，提高產品強度，平整壓下率控制在18.59%～30%，可以實現使用一次冷軋軋程生產DR8 酒精罐產品。

3）使用一次冷軋軋程生產DR8 酒精罐產品，較客戶原工藝相比，較少一道冷軋工序、一道退火工序，生產效率提高一倍，成材率提高了1%，生產成本大幅度降低，達到預期目標。