李江委，何士國(guó)，于 斌，王 杰，郭 壘，賀 亮，王 存，王 剛

（鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司，遼寧 營(yíng)口115007）

HP295焊瓶用鋼主要用于制造氧焊瓶、液化石油焊瓶、乙炔焊瓶等，由于其使用的特殊性，其產(chǎn)品對(duì)焊接性能、沖壓性能和力學(xué)性能有著嚴(yán)格的要求［1-4］。而在用戶使用沖壓過(guò)程中，沖壓件出現(xiàn)了延伸不均勻問(wèn)題，即產(chǎn)品存在“制耳”問(wèn)題。通過(guò)用戶的使用情況來(lái)看，2018年HP295的“制耳”問(wèn)題表現(xiàn)的越來(lái)越嚴(yán)重，客戶需要將不均勻延伸部分切除，因此，增加了額外的工序和人工成本。針對(duì)“制耳”問(wèn)題，鞍鋼股份有限公司鲅魚(yú)圈鋼鐵分公司熱軋部對(duì)產(chǎn)生缺陷的樣本進(jìn)行金相組織分析，查找產(chǎn)生缺陷原因，并提出解決措施。

1 產(chǎn)生“制耳”問(wèn)題的原因分析

HP295焊瓶用鋼工藝流程為：連鑄板坯→板坯加熱→板坯軋制 （粗軋、精軋工序）→層流冷卻→卷取成卷→包裝、成品、發(fā)貨。HP295焊瓶用鋼沖壓“制耳”如圖1所示。

圖1 HP295焊瓶用鋼沖壓“制耳”Fig.1 Earing Defect Caused by Stamping Welding Cylinder Steel HP295

1.1 成分和工藝分析

首先對(duì)2017年和2018年生產(chǎn)HP295焊瓶鋼的成分和熱軋工藝進(jìn)行對(duì)比，隨機(jī)抽取兩年3個(gè)月數(shù)據(jù)的平均值如表1所示。

從表中可以看出，2017年和2018年HP295焊瓶用鋼的成分和熱軋工藝參數(shù)沒(méi)有明顯變化,說(shuō)明“制耳”問(wèn)題的產(chǎn)生跟化學(xué)成分和熱軋工藝參數(shù)沒(méi)有對(duì)應(yīng)關(guān)系。

表1 2017年和2018年HP295成分和熱軋工藝參數(shù)對(duì)比Table 1 Comparison of Compositions and Hot Rolling Process of HP295 Produced in 2017 and 2018

1.2 力學(xué)性能分析

取2018年生產(chǎn)的HP295鋼板，在距離帶鋼尾部30 m的位置進(jìn)行取樣，寬度方向上在帶鋼的工作側(cè)邊部200 mm、傳動(dòng)側(cè)邊部200 mm和中間位置分別選取橫向和縱向試樣6組試樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，結(jié)果如表2所示。

表2 HP295力學(xué)性能對(duì)比Table 2 Comparison of Mechanical Properties of HP295

由表2可以看出，相同位置的橫向和縱向的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果相差不大，而不同位置樣品的延伸率存在較大差別，最小延伸率為30%，最大延伸率達(dá)到38%，說(shuō)明鋼板在寬度方向上存在較大的各向異性。帶鋼的邊部和中部的性能存在的差異，與熱軋生產(chǎn)工藝和設(shè)備狀態(tài)有關(guān)。在熱軋生產(chǎn)過(guò)程中，帶鋼邊部較帶鋼中間位置的溫降要大，造成帶鋼邊部與中部性能的差異；此外，冷卻水也能造成帶鋼出現(xiàn)不均勻冷卻，使鋼板存在各向異性。

1.3 金相組織分析

為了進(jìn)一步分析鋼板存在的各向異性問(wèn)題，在“制耳”鋼板不同位置取樣，進(jìn)行帶鋼邊部與中間位置金相組織分析，金相組織分析結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，帶鋼中間位置和邊部位置的組織分別為 “鐵素體+珠光體+少量貝氏體”與“鐵素體+珠光體”，其中貝氏體為粒狀貝氏體。因此，鋼板組織存在不均勻現(xiàn)象，分析是由于鋼板橫向冷卻速度不一致導(dǎo)致鋼板存在各向異性，同時(shí)熱軋冷卻模式的不同 （帶鋼在不同溫度區(qū)間內(nèi)以不同冷卻速度進(jìn)行冷卻），也直接影響成品鋼板的組織。

圖2 HP295鋼板金相組織（500×）Fig.2 Metallurgical Structure of HP295 Steel Plate

2 改進(jìn)措施

2.1 軋機(jī)入出口吹掃水改進(jìn)

粗軋軋機(jī)入出口吹掃水的主要作用是將軋制過(guò)程中殘留在鋼板表面的冷卻水吹掃干凈，但在板坯軋制過(guò)程中，吹掃水對(duì)板坯還有一定的冷卻效果，屬于低壓噴水冷卻類型。噴水冷卻屬于強(qiáng)迫對(duì)流的一種，計(jì)算公式與高壓水除鱗類似，其冷卻能力如公式（1）［5］所示。

軋件溫降同軋件溫度、軋機(jī)出口厚度、帶鋼出口速度有直接關(guān)系。吹掃水屬于定向吹掃，使板坯發(fā)生不均勻冷卻現(xiàn)象，造成鋼板在軋制過(guò)程中存在各向異性。對(duì)粗軋軋機(jī)入出口吹掃水進(jìn)行改進(jìn)，使壓縮空氣通過(guò)改進(jìn)的風(fēng)管替代吹掃水，減少板坯溫降。改進(jìn)后，溫降減少了20～40℃，能夠有效解決鋼板各向異性問(wèn)題。

2.2 機(jī)架間冷卻水布置改進(jìn)

精軋機(jī)架出口均設(shè)置機(jī)架間冷卻水，主要作用是對(duì)帶鋼進(jìn)行冷卻，冷卻水嘴為均勻布置，熱軋帶鋼的邊部溫度較中間散熱快，在精軋入口，板坯的邊部溫度比中間溫度低60～100℃，對(duì)鋼板的各向異性影響較大。因此，對(duì)機(jī)架間冷卻水進(jìn)行邊部遮擋改進(jìn)，降低邊部冷卻水量，減小邊部溫降，提高鋼板橫斷面的溫度均勻性。精軋出口帶鋼橫斷面溫度曲線如圖3所示，通過(guò)機(jī)架間冷卻水布置的改進(jìn)，帶鋼邊部溫降明顯改善，帶鋼邊部與中部的溫度差能夠控制在30℃以內(nèi)，鋼板的各向異性問(wèn)題得到了改善。

圖3 精軋出口帶鋼橫斷面溫度曲線Fig.3 Cross Section Temperature Curve of Strip Steel at Outlet of Finishing Mill

2.3 層流冷卻模式優(yōu)化

層流冷卻是通過(guò)控制冷卻水的流量和帶鋼速度來(lái)控制帶鋼的冷卻速度和卷取溫度，它能夠直接影響帶鋼的組織和性能。層流冷卻的方式主要有前段冷卻、后段冷卻、兩端冷卻和均勻冷卻四種，不同冷卻模式的溫度曲線如圖4所示。

層流冷卻方式的不同對(duì)帶鋼最終的組織和力學(xué)性能的影響很大，合理的帶鋼冷卻方式，可以獲得良好的組織和力學(xué)性能?？紤]到HP295焊瓶用鋼需要具有良好的沖壓性能和力學(xué)性能，前期采用兩端冷卻的冷卻方式，即兩端冷卻為前段和后段兩段組合冷卻，力學(xué)性能檢測(cè)結(jié)果顯示，抗拉強(qiáng)度、屈強(qiáng)比、延伸率等幾個(gè)方面均滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，但在用戶使用過(guò)程中出現(xiàn)了“制耳”問(wèn)題。為此，對(duì)冷卻方式進(jìn)行調(diào)整，將兩端冷卻方式改為后段冷卻方式，后段冷卻方式的操作畫(huà)面如圖5所示。兩種冷卻模式水冷區(qū)溫度參數(shù)見(jiàn)表3。

圖4 不同冷卻模式的溫度曲線Fig.4 Temperature Curves by Different Cooling Modes

圖5 后段冷卻方式的操作畫(huà)面Fig.5 Schematic Diagram for Cooling Mode at Posterior Segment

表3 兩種冷卻模式水冷區(qū)溫度參數(shù)Table 3 Temperature Parameter of Laminer Cooling Area under Two Modes

3 效果驗(yàn)證及討論

按照上述措施進(jìn)行了小批量生產(chǎn)試驗(yàn)。將試驗(yàn)后鋼板取樣進(jìn)行金相組織分析和力學(xué)性能測(cè)試。圖6為試驗(yàn)HP295鋼板金相組織，組織主要是鐵素體+珠光體+貝氏體，同時(shí)組織中的貝氏體比例較實(shí)驗(yàn)前增大，分布更均勻。

圖6 試驗(yàn)HP295鋼板金相組織（500x）Fig.6 Metallurgical Structure of HP295 Steel Plate for Test（500×）

結(jié)合上述兩種冷卻方式進(jìn)入后段水冷區(qū)的溫度區(qū)間，可以確定帶鋼溫度在660～750℃的范圍時(shí)，HP295焊瓶用鋼在層流水冷卻條件下，以一定的冷卻速度能夠產(chǎn)生一定量的貝氏體組織。

表4為試驗(yàn)后帶鋼不同位置HP295的力學(xué)性能，通過(guò)對(duì)試驗(yàn)鋼板的力學(xué)性能進(jìn)行檢驗(yàn)測(cè)試，檢驗(yàn)結(jié)果滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。將試驗(yàn)鋼板送到客戶處進(jìn)行實(shí)踐應(yīng)用，客戶使用評(píng)價(jià)效果良好，“制耳”問(wèn)題得到有效解決，試驗(yàn)后的鋼板沖壓效果見(jiàn)圖7，改進(jìn)后的鋼板能夠滿足客戶的使用要求。

表4 試驗(yàn)后帶鋼不同位置HP295的力學(xué)性能Table 4 Mechanical Properties of Different Positions in HP295 Steel Strip after Test

圖7 試驗(yàn)后的鋼板沖壓效果Fig.7 Comparison of Stamping Effect of Steel Plate after Test

4 結(jié)論

（1）通過(guò)采用風(fēng)管替代粗軋軋機(jī)入出口吹掃水的方法，可以使中間坯邊部溫降減小20～40℃，能夠提高HP295焊瓶用鋼中間坯橫斷面的溫度均勻性。

（2）通過(guò)精軋機(jī)架間冷卻水的改進(jìn)，帶鋼邊部與中部的溫度差能夠控制在30℃以內(nèi)，帶鋼的橫斷面溫差得到了有效改善。

（3）HP295焊瓶用鋼在660～750℃溫度范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)層流水冷卻，以一定的冷卻速度能夠產(chǎn)生一定量的貝氏體組織。

（4）采用后段冷卻的層流冷卻方式，HP295焊瓶用鋼能夠獲得更均勻的組織，解決了該鋼種的“制耳”問(wèn)題，滿足客戶使用要求。