高洪剛, 康海軍, 海 超, 劉明輝

(本鋼板材股份有限公司 產(chǎn)品研究院, 本溪 117000)

鐵素體區(qū)軋制IF鋼試生產(chǎn)實(shí)踐

高洪剛, 康海軍, 海 超, 劉明輝

(本鋼板材股份有限公司 產(chǎn)品研究院, 本溪 117000)

為了充分發(fā)揮薄板坯連鑄連軋機(jī)組的優(yōu)勢(shì)，采用鐵素體區(qū)軋制技術(shù)試生產(chǎn)了1爐IF鋼，對(duì)試驗(yàn)鋼冷軋料成品與常規(guī)軋制成品的組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明：鐵素體區(qū)軋制IF鋼成品在綜合性能上要優(yōu)于常規(guī)軋制成品的，尤其是反映深沖性能的重要指標(biāo)塑性應(yīng)變比r值比常規(guī)軋制成品的平均值高出約0.2；但試驗(yàn)鋼成品表面存在典型的熱軋除鱗不良導(dǎo)致的氧化鐵皮缺陷，表面氧化鐵皮問(wèn)題是其與常規(guī)軋制成品相比存在的劣勢(shì)，也是制約其大批量生產(chǎn)的主要難題。

薄板坯連鑄連軋；鐵素體區(qū)軋制；IF鋼；組織結(jié)構(gòu)；力學(xué)性能

IF鋼又稱“無(wú)間隙原子鋼”，通過(guò)添加充足的鈦、鈮等元素,使鋼中的間隙原子碳、氮以碳、氮化合物的形式存在，基體呈無(wú)間隙原子狀態(tài)，該鋼具有優(yōu)良的深沖性能和非時(shí)效性[1]。利用帶鋼在鐵素體區(qū)變形抗力小的特點(diǎn)，可以在較低溫度下對(duì)其進(jìn)行軋制，即實(shí)現(xiàn)鐵素體區(qū)軋制。 鐵素體區(qū)軋制的帶鋼強(qiáng)度低、延伸率高，并且軋制溫度低，因此鐵素體區(qū)軋制對(duì)生產(chǎn)薄規(guī)格且對(duì)深沖性能要求較高的產(chǎn)品非常有利[2]。

某薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線引進(jìn)了意大利達(dá)涅利公司、美國(guó)布里克蒙公司和日本三菱日立公司的技術(shù)與設(shè)備, 引進(jìn)了“無(wú)氧化保護(hù)澆鑄、H2結(jié)晶器、動(dòng)態(tài)軟壓下系統(tǒng)、液壓厚度自動(dòng)控制(AGC)、工作輥彎輥控制(WRB)、動(dòng)態(tài)無(wú)間隙交叉軋制(PC)控制、工作輥竄輥(WRS)液壓活套、粗軋與精軋間快速冷卻、半無(wú)頭軋制、鐵素體區(qū)軋制”等技術(shù)，為提高產(chǎn)品質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)提供了“硬件”保證。經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐,目前已能夠生產(chǎn)超低碳鋼、低碳鋼、中碳鋼、高碳鋼等鋼種。為了充分發(fā)揮薄板坯連鑄連軋鐵素體區(qū)軋制的優(yōu)勢(shì)，該鋼廠在薄板坯連鑄連軋機(jī)組運(yùn)用鐵素體區(qū)軋制技術(shù)試生產(chǎn)1爐供冷軋料IF鋼。筆者對(duì)該爐最終成品的組織和性能進(jìn)行了分析，并與常規(guī)軋制成品的進(jìn)行了對(duì)比，以便為實(shí)現(xiàn)后續(xù)批量商業(yè)化生產(chǎn)鐵素體區(qū)軋制IF鋼冷軋?jiān)系於ɑA(chǔ)。

1 試生產(chǎn)過(guò)程

該爐IF鋼冷軋料生產(chǎn)工藝流程如下：鐵液預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→真空循環(huán)脫氣(RH)爐外精煉→薄板坯連鑄連軋(連鑄→輥底式均熱爐→熱連軋→控制冷卻→卷取) →冷軋(開(kāi)卷→酸洗、冷連軋)→連續(xù)退火→平整→精整→取樣→性能檢驗(yàn)→包裝出廠。

1.1 成分設(shè)計(jì)

試驗(yàn)鋼成分設(shè)計(jì)采用(Ti+Nb)IF鋼，詳細(xì)化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)控制情況如下：0.002 5C,0.005Si,0.12Mn,0.008P,0.007S,0.04Als(酸溶鋁)，0.002 6N，<0.05(Ti+Nb)。

1.2 熱軋工序生產(chǎn)情況

試驗(yàn)鋼熱軋規(guī)格為4.0 mm(厚)×1 280 mm(寬)，熱軋工藝見(jiàn)表1，為保證精軋?jiān)阼F素體區(qū)軋制，進(jìn)入精軋時(shí)的溫度要足夠低，這就要求粗軋與精軋之間的冷卻能力要足夠大。從軋制過(guò)程來(lái)看熱軋工藝執(zhí)行良好，終軋溫度與卷取溫度命中率均在90%以上。熱軋工藝關(guān)鍵是采用低溫軋制和高溫卷取，因?yàn)榈蜏剀堉剖菍?shí)現(xiàn)鐵素體單相區(qū)軋制的前提，高溫卷取有利于提高鋼材的延伸率，以及對(duì)熱軋?jiān)辖M織也有較大影響。為了實(shí)現(xiàn)低溫軋制和高溫卷取，軋制過(guò)程中的速率制度、溫度制度、冷卻工藝等的合理控制非常重要[3]。

表1 試驗(yàn)鋼熱軋工藝

1.3 冷軋工序生產(chǎn)情況

冷軋累計(jì)壓下率是影響深沖鋼最終成型性能的關(guān)鍵因素。隨著冷軋壓下率的增加，變形儲(chǔ)存能不斷增大，大的變形儲(chǔ)能將促使有利織構(gòu){111}進(jìn)一步發(fā)展，保證成品具有良好的深沖性能[4-5]。根據(jù)鋼種特點(diǎn)及冷軋?jiān)O(shè)備實(shí)際情況，冷軋成品規(guī)格為0.8 mm(厚)×1 250 mm(寬)。退火工藝是決定IF 鋼最終成品性能的關(guān)鍵,退火工藝參數(shù)的穩(wěn)定和充分退火才能保證成品的內(nèi)在質(zhì)量和性能。此次生產(chǎn)連續(xù)退火溫度控制在820 ℃以上，連退機(jī)組生產(chǎn)速率控制在200 m·min-1，連退工藝如圖1所示。

圖1 連續(xù)退火工藝Fig.1 The continuous annealing process

2 試驗(yàn)方法與結(jié)果

2.1 試驗(yàn)方法

在試驗(yàn)鋼成品板寬度1/4處取橫向拉伸試樣，按照GB/T 228.1-2010中的P6試樣要求加工成標(biāo)距長(zhǎng)度為80 mm的試樣，采用Zwick/Roell電子拉伸機(jī)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。在試驗(yàn)鋼成品板寬度1/4處截取剖面試樣，經(jīng)打磨、拋光和侵蝕后，分別采用光學(xué)顯微鏡和X射線衍射儀進(jìn)行顯微組織和織構(gòu)分析。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)鋼成品力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果均滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求，見(jiàn)表2。其顯微組織為均勻的鐵素體，晶粒度為8.0級(jí)，見(jiàn)圖2；成品的織構(gòu)以{111}有利織構(gòu)為主，其他類型的織構(gòu)分布很弱，{111}織構(gòu)的分布強(qiáng)度達(dá)到了11.3，見(jiàn)圖3；有利織構(gòu)的集中分布使得該試驗(yàn)鋼的塑性應(yīng)變比r值有所提高。從顯微組織和纖維織構(gòu)來(lái)看該試驗(yàn)鋼具有良好的深沖性能。

3 與常規(guī)軋制成品的性能對(duì)比

表2 試驗(yàn)鋼成品力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

Tab.2 The test results of mechanical properties of the test steel final products

圖2 試驗(yàn)鋼成品的顯微組織形貌Fig.2 Microstructure morphology of the test steel final product

圖3 試驗(yàn)鋼成品φ=45°的取向分布函數(shù)圖Fig.3 The ODF figure of the test steel final product (φ=45°)

選擇30批常規(guī)軋制成品與鐵素區(qū)軋制試驗(yàn)鋼成品進(jìn)行性能對(duì)比(表3)，通過(guò)對(duì)比可見(jiàn)：試驗(yàn)鋼成品的強(qiáng)度略低于常規(guī)軋制成品的，但斷后伸長(zhǎng)率和r值均優(yōu)于常規(guī)軋制成品的，尤其是反映深沖性能的r值明顯優(yōu)于常規(guī)軋制成品的(高0.2)，綜合看試驗(yàn)鋼成品的力學(xué)性能優(yōu)于常規(guī)軋制成品的。典型常規(guī)軋制成品的取向分布函數(shù)(ODF)圖見(jiàn)圖4，可以看出其織構(gòu)以{111}有利織構(gòu)為主，但存在很弱的{100}織構(gòu)，其中{111}織構(gòu)的分布強(qiáng)度在7.5左右，{100}織構(gòu)分布強(qiáng)度在2.0以下，總體來(lái)看鐵素體區(qū)軋制成品的主要織構(gòu)分布比常規(guī)軋制成品的更集中，強(qiáng)度更高，促進(jìn)了r值的提高，從而具有更好的沖壓性能。

表3 試驗(yàn)鋼成品與常規(guī)軋制成品的性能對(duì)比

Tab.3 The comparison of mechanical properties between the test steel final products and the conventional rolling final products

產(chǎn)品屈服強(qiáng)度/MPa抗拉強(qiáng)度/MPa斷后伸長(zhǎng)率/%塑性應(yīng)變比r值(90°)試驗(yàn)鋼成品18批次平均值16129043．12．2常規(guī)軋制成品30批次平均值17329742．22．0

圖4 常規(guī)軋制成品φ=45°的取向分布函數(shù)圖Fig.4 The ODF figure of conventional rolling final product (φ=45°)

采用鐵素體區(qū)軋制的IF鋼，軋制溫度降低，促進(jìn)了有利織構(gòu){111}的形成，由于應(yīng)變硬化指數(shù)和應(yīng)變速率敏感指數(shù)會(huì)隨溫度的降低而減小，所以鐵素體區(qū)軋制有利于晶內(nèi)剪切帶形成，而晶內(nèi)剪切帶促使有利織構(gòu){111}的再結(jié)晶形核，熱軋組織織構(gòu)對(duì)冷軋成品的有一定的遺傳性，所以試驗(yàn)鋼成品的r值相比常規(guī)軋制成品的有明顯提高[6-7]。

試驗(yàn)鋼成品板形良好，但表面存在氧化鐵皮缺陷，見(jiàn)圖5，從氧化鐵皮的形貌來(lái)看，是典型熱軋除鱗不良導(dǎo)致的氧化鐵皮。綜合來(lái)看鐵素體區(qū)軋制試驗(yàn)鋼成品在性能上明顯優(yōu)于常規(guī)軋制成品的，但表面氧化鐵皮問(wèn)題是其與常規(guī)軋制成品相比存在的劣勢(shì)，而冷軋板尤其是汽車用冷軋板對(duì)表面質(zhì)量要求非常嚴(yán)格，因此采用薄板坯連鑄連軋進(jìn)行鐵素體區(qū)軋制生產(chǎn)IF鋼還需要解決成品的表面質(zhì)量問(wèn)題，才能更好地發(fā)揮鐵素體區(qū)軋制的優(yōu)勢(shì)。

圖5 試驗(yàn)鋼成品表面缺陷形貌Fig.5 Surface defect morphology of test steel final product:a) macro morphology; b) micro morphology

4 結(jié)論

(1) 采用鐵素體區(qū)軋制生產(chǎn)IF鋼，成品性能全部滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求，且其綜合性能明顯優(yōu)于常規(guī)軋制成品的，尤其是反映深沖性能的指標(biāo)塑性應(yīng)變比r值比常規(guī)軋制成品的高0.2。

(2) 試驗(yàn)鋼成品板形良好，但表面存在典型的熱軋除鱗不良導(dǎo)致的氧化鐵皮缺陷，表面氧化鐵皮問(wèn)題是其與常規(guī)軋制成品相比存在的劣勢(shì)，也是制約其大批量生產(chǎn)的主要難題。

(3) 此次試生產(chǎn)為研制開(kāi)發(fā)鐵素體區(qū)軋制IF鋼積累了經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)生產(chǎn)中存在的問(wèn)題和不足，后續(xù)還將展開(kāi)進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。

[1] 潘竟忠,王艷東.IF鋼熱軋生產(chǎn)工藝分析[J].河北冶金,2009(3):11-13.

[2] 韓孝永.鐵素體區(qū)軋制生產(chǎn)IF鋼[J].軋鋼,2007,24(4):48-50.

[3] 寧宇,王昭東,王國(guó)棟,等.Nb+Ti-IF鋼鐵素體區(qū)熱軋工藝試驗(yàn)研究[J].軋鋼,2004,21(2):7-9.

[4] 吳雷,陳銀莉,趙愛(ài)民,等.冷軋壓下率對(duì)390 MPa級(jí)超低碳烘烤硬化鋼組織性能和織構(gòu)的影響[J].物理測(cè)試,2008,26(6):5-8,12.

[5] 吉靜,吳益文,徐凌云,等.冷加工變形對(duì)IF鋼位錯(cuò)密度的影響[J].理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè),2015,51(3):170-172.

[6] 康永林.現(xiàn)代汽車板工藝及成形理論與技術(shù)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2009.

[7] 鄭國(guó)偉.240 MPa級(jí)高強(qiáng)IF鋼的冷軋壓下率和退火溫度[J].理化檢驗(yàn)-物理分冊(cè),2014,50(3):165-168.

Trial Production Practice of IF Steel by Ferritic Rolling

GAO Honggang, KANG Haijun, HAI Chao, LIU Minghui

(Products Research Institute of Benxi Steel Plates Co., Ltd., Benxi 117000, China)

In order to take full advantage of thin slab casting and rolling units, a furnace of IF steel was tried to produce by ferritic rolling technology. The microstructure and mechanical properties of the test steel final products were compared with those of the conventional rolling final products. The results show that the overall performance of the IF steel final products produced by ferritic rolling technology was superior to that of the conventional rolling final products, and especially the plastic strain ratiorvalue (mean value) which was an important index to reflect the deep drawing properties, was 0.2 higher than that of the conventional rolling final products. However, there was typical hot rolling scale defect on the surface of the test steel final products because of poor descaling. The surface scale defect problem was a disadvantage of the test steel final products compared with the conventional rolling final products, and it was also a major problem restricting its mass production.

thin slab casting and rolling; ferritic rolling; IF steel; microstructure; mechanical property

10.11973/lhjy-wl201708009

2016-06-30

高洪剛(1980-)，男，高級(jí)工程師，主要從事汽車板產(chǎn)品研發(fā)工作，yiming186@163.com

TG335.55

A

1001-4012(2017)08-0577-03