葛樹(shù)海， 趙小龍， 王 強(qiáng)

（甘肅酒鋼集團(tuán)宏興鋼鐵股份有限公司， 甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

冷軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼，具有較好的抗腐蝕性能和力學(xué)加工性能，生產(chǎn)成本低、表面美觀的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在汽車零部件制造、機(jī)電工業(yè)和建筑業(yè)等[1-2]。隨著國(guó)民工業(yè)體系輕量化、高強(qiáng)化的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)冷軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼產(chǎn)品的需求和要求越來(lái)越高。酒鋼生產(chǎn)冷軋結(jié)構(gòu)碳素鋼采用低碳方案，并嚴(yán)格控制成分中硫、磷等有害元素，鋼質(zhì)純凈、加工性能優(yōu)良，尺寸精度高，實(shí)物質(zhì)量水平達(dá)到國(guó)內(nèi)主流鋼廠產(chǎn)品水平。但是隨著原材料價(jià)格不斷上漲，有必要對(duì)該系列產(chǎn)品的成分和工藝進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，以降低成本。本文對(duì)370 MPa級(jí)冷軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼做了些工藝優(yōu)化試驗(yàn)，取得了一些結(jié)果。

1 工藝優(yōu)化試驗(yàn)

抗拉強(qiáng)度為370 MPa級(jí)的冷軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼，代表牌號(hào)有德標(biāo)的St37-2G，以及國(guó)標(biāo)的Q235。國(guó)內(nèi)許多鋼廠成分設(shè)計(jì)采用0.10%～0.20%左右的C再配合微合金Mn來(lái)實(shí)現(xiàn)。甘肅酒鋼集團(tuán)宏興鋼鐵股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱酒鋼）冷軋?jiān)蠟镃SP產(chǎn)線供給，在制定該級(jí)別鋼種技術(shù)條件時(shí)，結(jié)合自身工藝特點(diǎn)，采用低碳工藝方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)思路和方案是在低碳鋼的基礎(chǔ)上，通過(guò)添加Mn、Si合金固溶強(qiáng)化來(lái)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度達(dá)標(biāo)，其碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制范圍為0.05%～0.07%。此次工藝調(diào)整優(yōu)化，重點(diǎn)保證該產(chǎn)品力學(xué)性能穩(wěn)定的同時(shí)，降低合金成本，也就是把Mn成分降下來(lái)。對(duì)于碳素結(jié)構(gòu)鋼來(lái)說(shuō)，除了Mn之外，C、P、Si都是強(qiáng)化元素。酒鋼采用CSP工藝生產(chǎn)冷軋?jiān)?，所以C含量不易再高，否則進(jìn)入包晶區(qū)，給生產(chǎn)控制帶來(lái)較大困難；增加P能提高鋼的強(qiáng)度，但P降低鋼的韌性提高冷脆性，適合于超低碳鋼；加入Si也能提高鋼的強(qiáng)度，但是容易在鋼中形成非金屬夾雜物，考慮到目前Si控制范圍較低，計(jì)劃適度提高Si含量，以彌補(bǔ)降Mn之后提升強(qiáng)化效果。酒鋼目前370 MPa級(jí)的冷軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼產(chǎn)品力學(xué)性能穩(wěn)定，存在一定富余量，因此具備合金優(yōu)化試驗(yàn)的條件。

1.1 合金成分優(yōu)化

酒鋼在生產(chǎn)370 MPa級(jí)的冷軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼，在精煉爐處理時(shí)，加入低碳錳鐵進(jìn)行錳合金化。此次試驗(yàn)，重點(diǎn)進(jìn)行降錳增硅，將鋼中Mn成分降下來(lái)，把Si成分提高，其他成分維持不變，在滿足力學(xué)性能達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，使得合金成本得到大幅度降低。表1為成分設(shè)計(jì)優(yōu)化方案。

表1 成分設(shè)計(jì)優(yōu)化 %

根據(jù)優(yōu)化成分，采用價(jià)格較低硅錳合金代替價(jià)格較高的低碳錳鐵進(jìn)行合金化。加入硅錳合金首先保證鋼中錳含量達(dá)標(biāo)，不足的硅成分通過(guò)加入價(jià)格更低硅鐵補(bǔ)齊。

1.2 熱軋工藝優(yōu)化

370 MPa級(jí)的冷軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼熱軋工藝采用的是1 140℃加熱溫度、890℃終軋及610℃低溫卷取。較高的加熱溫度有利于鑄坯中第二相粒子溶解，終軋溫度略高于Ar3和終軋后立即快速冷卻，可獲得均勻的鐵素體晶粒，并使Si、Mn充分固溶在鐵素體中，產(chǎn)生較好的強(qiáng)化效果。在冷卻模式上，本次配合成分優(yōu)化，做了略微調(diào)整，由原來(lái)前段集中快速冷卻，變成后段分散冷卻。后段分散冷卻，可使組織中獲得彌散分布的珠光體，提高抗拉強(qiáng)度。表2為熱軋工藝及冷卻模式。

表2 熱軋工藝及優(yōu)化的冷卻模式

1.3 冷軋工藝優(yōu)化

冷軋工藝對(duì)帶鋼性能的影響主要體現(xiàn)在冷軋壓下率、退火制度和平整延伸率等。此次優(yōu)化試驗(yàn)，冷軋及罩式爐退火工藝不進(jìn)行調(diào)整，罩式爐退火維持580℃/620℃冷熱點(diǎn)工藝設(shè)置。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 優(yōu)化試驗(yàn)成分分析

根據(jù)成分優(yōu)化試驗(yàn)方案，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)2爐鋼，得到試驗(yàn)鋼的成分和隨機(jī)抽取的原工藝的鋼種成分如表3所示。試驗(yàn)工藝1、試驗(yàn)工藝2均達(dá)到表1所要求的范圍。經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)算，精煉環(huán)節(jié)采用硅錳合金和硅鐵代替低碳錳鐵后，整體合金成本噸鋼降低約75.3元。

表3 優(yōu)化試驗(yàn)與原工藝成分 %

2.2 熱軋組織性能分析

熱軋軋制時(shí)采用52 mm薄板坯，連軋后成品厚度為5.5 mm。優(yōu)化試驗(yàn)采用后段分散冷卻模式。表4為同規(guī)格熱軋中間產(chǎn)品力學(xué)性能。采用優(yōu)化試驗(yàn)，熱軋中間產(chǎn)品的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度略有上升，屈強(qiáng)比有了明顯增加。圖1為熱軋中間產(chǎn)品組織金相照片。從圖1可以看出，熱軋中間產(chǎn)品微觀組織均為鐵素體+少量珠光體（灰色為鐵素體，亮色為珠光體）。無(wú)論是原工藝，還是優(yōu)化試驗(yàn)工藝1、2熱軋中間產(chǎn)品，其微觀組織晶粒均較細(xì)，約為8～15 μm左右，沿寬度方向均勻，晶粒度評(píng)級(jí)約為9.0級(jí)。優(yōu)化試驗(yàn)工藝1、2熱軋中間產(chǎn)品其的珠光體量略多于原工藝。從表4力學(xué)性能驗(yàn)證了微觀組織分析結(jié)果。采用優(yōu)化試驗(yàn)工藝后，熱軋中間產(chǎn)品屈服強(qiáng)度增加約20 MPa，抗拉強(qiáng)度增加15～20 MPa，斷后伸長(zhǎng)率基本維持不變，屈強(qiáng)比上升了3%。

表4 優(yōu)化試驗(yàn)與原工藝熱軋中間產(chǎn)品力學(xué)性能

圖1 熱軋中間產(chǎn)品微觀組織形貌

2.3 冷軋組織性能分析

試驗(yàn)材料冷軋成品厚度為2.28 mm，酸軋壓下率為59%。酸軋后采用全氫罩式爐進(jìn)行退火，設(shè)定冷熱點(diǎn)溫度為580℃/620℃，實(shí)際退火溫度為601～616℃，均熱時(shí)間為4 h。平整機(jī)延伸率為1.2%。最終冷軋產(chǎn)品的微觀組織見(jiàn)下頁(yè)圖2所示?？梢钥闯?，相同壓下率和相同退火溫度情況下，采用優(yōu)化試驗(yàn)工藝1、2生產(chǎn)的冷軋產(chǎn)品組織形貌和原工藝的產(chǎn)品微觀形貌相比，組織晶粒度大小基本一致，都為7.5級(jí)，組織均為鐵素體+碳化物。

圖2中灰色部分為鐵素體，白色亮點(diǎn)部分為固溶的硅錳粒子?？梢钥闯霾捎脙?yōu)化試驗(yàn)工藝1、2的冷軋最終成品中擁有較多的硅錳粒子相。最終得到冷軋產(chǎn)品的力學(xué)性能見(jiàn)下頁(yè)表5所示?？梢钥闯?，采用優(yōu)化試驗(yàn)工藝1、2生產(chǎn)的冷軋產(chǎn)品力學(xué)性能均滿足370 MPa級(jí)冷軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能要求，其屈服強(qiáng)度略高于原工藝方案的冷軋產(chǎn)品；抗拉強(qiáng)度相當(dāng)，斷后伸長(zhǎng)率有了略微提升，屈強(qiáng)比較原工藝方案提高約4%，基本維持了熱軋的屈強(qiáng)比關(guān)系。采用優(yōu)化試驗(yàn)工藝生產(chǎn)的冷軋產(chǎn)品整體力學(xué)性能仍有富余量。可以進(jìn)一步試驗(yàn)以降低生產(chǎn)成本。

圖2 冷軋成品微觀組織形貌

表5 優(yōu)化試驗(yàn)與原工藝熱軋中間產(chǎn)品力學(xué)性能

3 結(jié)論

1）按照降錳提硅方案，對(duì)370 MPa冷軋?zhí)妓亟Y(jié)構(gòu)鋼的合金成分進(jìn)行了優(yōu)化，熱軋冷卻模式由前段集中變更為后段分散，熱軋后中間產(chǎn)品抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度略有增加，其中屈服強(qiáng)度增加明顯，屈強(qiáng)比升高約3%。

2）優(yōu)化試驗(yàn)產(chǎn)品采用580℃/620℃罩式爐退火后，產(chǎn)品力學(xué)性能優(yōu)良，力學(xué)指標(biāo)滿足該產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求，且仍具有一定富余量，屈強(qiáng)比維持了熱軋屈強(qiáng)比關(guān)系，較原工藝方案有升高。

3）采用降錳增硅方案后，熱軋組織中出現(xiàn)了較多的珠光體；冷軋退火后組織中出現(xiàn)了更多的固溶的硅錳復(fù)合粒子相，最終產(chǎn)品的屈服強(qiáng)度有增加，屈強(qiáng)比較原工藝方案有了上升。

4）通過(guò)降錳增硅工藝優(yōu)化，采用價(jià)格較低的硅錳合金、硅鐵代替價(jià)格較高低碳錳鐵后，產(chǎn)品合金成本噸鋼降低75.3元，工藝優(yōu)化試驗(yàn)取得預(yù)期目標(biāo)。