魏寶民,穆海玲,白振華

(1.梅山鋼鐵公司技術(shù)中心,江蘇南京210039; 2.燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,河北秦皇島066004)

梅鋼平整大延伸實現(xiàn)高硬度等級鍍錫板的研究

魏寶民1,穆海玲1,白振華2

(1.梅山鋼鐵公司技術(shù)中心,江蘇南京210039; 2.燕山大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,河北秦皇島066004)

在試驗室模擬了連續(xù)退火生產(chǎn)鍍錫板MR T-4CA不同延伸率的平整,研究平整延伸率對連續(xù)退火生產(chǎn)MR T-4CA鍍錫板力學(xué)性能影響關(guān)系,比較了僅通過增加平整量生產(chǎn)的高硬度級別鍍錫板與二次冷軋產(chǎn)品的差異性,并評估了梅鋼連退平整機(jī)大延伸率軋制的負(fù)荷能力,提出了通過平整大延伸實現(xiàn)高硬度級別鍍錫板的建議,為工業(yè)應(yīng)用提供參考。

鍍錫板;平整;高硬度;力學(xué)性能;負(fù)荷

1 引言

隨著鋼質(zhì)罐與鋁質(zhì)罐以及其它代用材料的競爭越來越激烈,制罐行業(yè)使用的基本材料鍍錫板呈現(xiàn)高強(qiáng)減薄趨勢。二次冷軋產(chǎn)品以其規(guī)格薄、強(qiáng)度大、精度高為特點,充分體現(xiàn)了材料優(yōu)勢,其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大[1,2]。盡管目前利用連退機(jī)組在線平整機(jī)生產(chǎn)二次冷軋產(chǎn)品存在較高的運行風(fēng)險,但隨著技術(shù)和管理水平不斷進(jìn)步,這將是一個發(fā)展趨勢,據(jù)了解國內(nèi)新建的專門用于生產(chǎn)鍍錫板連退機(jī)組的在線平整機(jī)已經(jīng)具有二次冷軋功能。本文在試驗室模擬了連續(xù)退火生產(chǎn)鍍錫板MR T-4CA不同延伸率的平整,研究平整延伸率對連續(xù)退火生產(chǎn)MR T-4CA鍍錫板力學(xué)性能影響關(guān)系,比較了僅通過增加平整量生產(chǎn)的高硬度級別鍍錫板與二次冷軋產(chǎn)品的差異性,并評估了梅鋼連退平整機(jī)大延伸率軋制的負(fù)荷能力,提出了通過平整大延伸率實現(xiàn)高硬度級別鍍錫板的建議,為工業(yè)應(yīng)用提供參考。

2 材料及試驗方法

試驗所用材料為梅鋼冷軋廠生產(chǎn)的MR T-4CA連續(xù)退火態(tài)鍍錫基板,厚度為0.32mm,主要成分列于表1。

表1 MR T-4CA化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù),%)

利用燕山大學(xué)六輥650mm中試軋機(jī)對退火態(tài)鍍錫基板進(jìn)行不同延伸率的平整模擬試驗,分別進(jìn)行了2.1%、3.4%、5.8%、6.8%、8.3%、10.2%、13.2%、14.5%和16.3%九個延伸率的平整試驗,試驗后分別對鋼板進(jìn)行顯微組織觀察,拉伸測試以及表面洛氏硬度測試,并與二次冷軋產(chǎn)品分別就硬度、拉伸測試以及顯微組織觀察進(jìn)行比較。觀察比較試樣在不同的平整延伸率時拉伸特性、表面硬度等的變化情況。為了便于比較,試樣剪切方向為軋制方向(縱向)和垂直于拉伸方向(橫向),觀察帶鋼縱向和橫向拉伸特性的差別[3]。同時應(yīng)用《梅鋼1420雙機(jī)架平整機(jī)組軋制力預(yù)報》軟件對不同平整延伸率下平整機(jī)的軋制負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測。

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 力學(xué)性能

實驗鋼板的原始表面硬度(HR30T,以下硬度均為HR30T)為58.6,隨著平整延伸率的增加,硬度呈上升趨勢,當(dāng)平整延伸率為16.3%時,硬度升高至71.4,硬度的變化趨勢如圖1所示。這是由于隨著變形的增大,位錯釘扎作用逐漸增加,出現(xiàn)了加工硬化,材料的表面硬度提高。

圖1 平整延伸率和鋼板表面硬度的變化關(guān)系

由圖1可以看出,試驗料MR T-4CA經(jīng)5%左右平整延伸率時其硬度可達(dá)到T5級別,經(jīng)10%左右其硬度可達(dá)到T6級別,經(jīng)14%左右其硬度可達(dá)到二次冷軋DR7級別,經(jīng)大于16%其硬度可達(dá)到二次冷軋DR8級別[4],這為通過大的平整延伸率實現(xiàn)高硬度級別鍍錫板提供了可能性。

鋼板的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和斷后伸長率隨平整延伸率的變化如圖2所示,三個拉伸性能指標(biāo)均包括橫向和縱向性能。可以看出,實驗鋼板隨著延伸率的增大,橫向和縱向的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度均呈上升趨勢。實驗結(jié)果同時表明,在相同的條件下,鋼板橫向的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度要高于對應(yīng)的縱向指標(biāo),并且隨著延伸率的增大,高出的值呈增加趨勢,如圖2(a)所示。這是由于隨著延伸率的增大,晶粒發(fā)生滑移,滑移面和附近的晶格扭曲,使晶粒沿縱向拉長,造成材料橫向的殘余應(yīng)力大于縱向的,因而橫向的塑性變形強(qiáng)度大于縱向。實驗材料隨著延伸率的增大,橫向和縱向的斷后伸長率均呈下降趨勢,如圖2(b)所示。當(dāng)平整延伸率為10%左右即強(qiáng)度在T6級別時,其斷后伸長率為10%以上;當(dāng)平整延伸率為14%～16%即強(qiáng)度在DR7-DR8級別時,其斷后伸長率為3%～5%。由圖2(b)還可以看出,在相同的條件下,鋼板橫向的斷后伸長率小于縱向斷后伸長率,其原因和上述延伸率造成材料縱、橫向強(qiáng)度差異的原因相同。

3.2 試驗料與二次冷軋產(chǎn)品的對比

將平整延伸率16.3%梅鋼試驗料(記為1#樣)與其成分相近的兩個二次冷軋產(chǎn)品DR8(分別記為2#、3#樣)相比較。在強(qiáng)度和硬度方面來看,1#樣品的硬度為71.4,2#、3#分別為71.3和71.1,三個樣品的硬度相當(dāng),均在DR8的要求范圍[4],三個樣品的表面硬度和拉伸測試結(jié)果如圖3所示。

圖2 平整延伸率和鋼板拉伸性能的變化關(guān)系

圖3 三個樣品性能比較

由圖3可以看出,1#樣品的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度無論橫向還是縱向均與2#、3#相當(dāng),居于后者兩樣品中間;三個樣品的橫向強(qiáng)度均高于縱向強(qiáng)度,說明材料退火后經(jīng)過較大的延伸率具有明顯的方向性;在塑性方面, 1#樣品的斷后伸長率最低,2#樣品居中,3#樣品最高。

三個樣品的顯微組織如圖4所示。

圖4 三個樣品顯微組織比較

由顯微組織可以看出,3#樣品的鐵素體晶粒最細(xì),1#、2#相當(dāng),較3#略粗;3#樣品晶粒均勻度最好,1#、2#相當(dāng);1#樣品的晶粒變形度最大,2#次之,3#最小。綜合來看,1#樣品的晶粒均勻度和變形度與2#、3#樣品存在一定的差距,這也是1#樣品斷后伸長率指標(biāo)最低的原因所在。

這表明如果試圖通過連退平整機(jī)大延伸的途徑來實現(xiàn)產(chǎn)品調(diào)質(zhì)度的升級,僅僅提高平整延伸率存在一定的風(fēng)險,這樣硬度指標(biāo)雖然能夠達(dá)到,但塑性指標(biāo)不好,要從全工序?qū)Ξa(chǎn)品設(shè)計再審視。

3.3 梅鋼連退平整機(jī)軋制的負(fù)荷評估

根據(jù)已知材料的強(qiáng)度,通過《梅鋼1420雙機(jī)架平整機(jī)組軋制力預(yù)報》軟件,計算出不同平整延伸率的軋制力,以此來評估梅鋼連退平整機(jī)對MR T-4CA料大延伸的負(fù)荷能力。通過多次計算發(fā)現(xiàn),延伸率分配系數(shù)設(shè)定為0.6時,能夠充分發(fā)揮第一機(jī)架和第二機(jī)架的軋制能力。摩擦系數(shù)按現(xiàn)場現(xiàn)有平整液的濃度測算,設(shè)定為0.5。表2是利用連退平整機(jī)將梅鋼0.32mm MR T-4CA料經(jīng)過2.1%、3.4%、5.8%、6.8%、8.3%、10.2%、13.2%、14.5和16.3%九個平整延伸率軋制力的數(shù)據(jù),評估現(xiàn)場設(shè)備能否滿足軋制負(fù)荷要求。

表2 軋制力計算結(jié)果

由表2數(shù)據(jù)可以看出,延伸率分配系數(shù)0.6,采用現(xiàn)有的平整液潤滑模式下當(dāng)平整延伸率小于10%時,連退平整機(jī)能夠滿足軋制負(fù)荷要求,平整延伸率13%～16%時一機(jī)架不能滿足,二機(jī)架也已接近極限能力。如果梅鋼連退平整機(jī)進(jìn)行大于10%大延伸率試驗,需提高平整液的潤滑性。

4 結(jié)論

(1)實驗鋼板隨著平整延伸率的增加,屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均呈上升趨勢,斷后伸長率均呈下降趨勢,且橫向強(qiáng)度高于對應(yīng)的縱向強(qiáng)度,橫向斷后伸長率小于縱向斷后伸長率。

(2)實驗鋼板隨著平整延伸率的增加,表面硬度呈上升趨勢,經(jīng)5%左右平整延伸率硬度可達(dá)到T5級別,經(jīng)10%左右其硬度可達(dá)到T6級別,經(jīng)14%左右其硬度可達(dá)到二次冷軋DR7級別,經(jīng)大于16%其硬度可達(dá)到二次冷軋DR8級別,這為通過大的平整延伸率實現(xiàn)高硬度級別鍍錫產(chǎn)品提供了可能性。

(3)梅鋼MR T-4CA經(jīng)16.3%平整延伸率的試驗料與二次冷軋產(chǎn)品DR8相比,梅鋼試驗料的硬度與其相當(dāng),但斷后伸長率偏低,組織中晶粒均勻度和變形度還存在一定的差距,這也是梅鋼試驗料斷后伸長率指標(biāo)最低的原因所在。這表明如果試圖通過連退平整機(jī)大延伸的途徑來實現(xiàn)產(chǎn)品調(diào)質(zhì)度的升級,僅僅提高平整延伸率存在一定的風(fēng)險,這樣硬度指標(biāo)雖然能夠達(dá)到,但塑性指標(biāo)不好,要從全工序?qū)Ξa(chǎn)品設(shè)計再審視。

(4)采用現(xiàn)有的平整液潤滑模式下當(dāng)平整延伸率小于10%時,連退平整機(jī)能夠滿足軋制負(fù)荷要求,平整延伸率13%～16%時一機(jī)架不能滿足,二機(jī)架接近極限能力。如果梅鋼連退平整機(jī)進(jìn)行大于10%大延伸率試驗,需提高平整液的潤滑性。

[1] 但錫安.二次冷軋鍍錫薄鋼板食品飲料罐的制造與應(yīng)用分析[J].包裝學(xué)報,2012.10(4):41 -46.

[2] 李秀軍.二次冷軋技術(shù)的應(yīng)用研究[J].寶鋼技術(shù),2006(增刊):61-63.

[3] 白振華,劉宏民,李秀軍,等.平整軋制工藝模型[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2010,85-87.

[4] 寶鋼股份技術(shù)質(zhì)量管理部.寶鋼股份企業(yè)標(biāo)準(zhǔn).第四分冊[M].2009:130-132.

Research of Meigang Big Elongation Temper Rolling to Achieve High Hardness Grade Tinplate

WEI Bao-min1,MU Hai-ling1,BAI Zhen-hua2
(1.Technology Center of Meishan Iron&Steel Co.,Nanjing 210039,Jiangsu,China; 2.Mechanical College of Yanshan University,Qinhuangdao 066004,Heibei,China)

In this paper,Simulated the continuous annealing production of tinplate MR T-4CA different temper rolling elongation in the laboratory,Researched the relationship between elongation and the mechanical properties of continuous annealing production MR T-4CA tinplate,Compared the high hardness level tinplate only by increasing temper rolling elongation and two cold-rolled products,And evaluated load capacity of MeiGang continuous annealing temper mill under big elongation,Proposed the Suggestions of realizing the high hardness level tinplate by big elongation Temper rolling,Provide a reference for industrial application.

tinplate;temper rolling;high hardness;mechanical properties;load capacity

TG333

:A

1001-5108(2015)06-0043-05

魏寶民,工程師,主要從事金屬材料加工方面的工作。