王 鵬，何召東，展英姿

(山東鋼鐵集團(tuán)日照有限公司鋼鐵研究院，山東 日照 276805)

以熱軋鋼卷為原料，經(jīng)過(guò)酸洗去除表面氧化鐵皮后再進(jìn)入冷軋機(jī)進(jìn)行軋制，最后卷取得到的成品稱為冷軋軋硬卷，簡(jiǎn)稱冷硬卷。由于連續(xù)冷變形引起的冷軋硬化使軋硬卷的強(qiáng)度、硬度上升，韌塑指標(biāo)下降，且成品因?yàn)闆](méi)有經(jīng)過(guò)退火處理，其硬度很高(HRB>90)，機(jī)械加工性能差[1]，冷硬卷一般是作為冷軋退火或鍍鋅產(chǎn)品的原料，性能難以保證。

目前市場(chǎng)上的成型加工用鋼原料基本采用熱軋或冷軋產(chǎn)品，它們都存在著一定的缺點(diǎn)。熱軋卷成本低，但產(chǎn)品氧化鐵皮多表面質(zhì)量差，同時(shí)產(chǎn)品厚度受到極大限制，產(chǎn)品尺寸精度低；冷軋卷表面質(zhì)量好，但經(jīng)過(guò)酸洗、冷軋、退火、平整等工序，產(chǎn)品成本大幅增加，用戶利潤(rùn)空間縮減。冷硬卷在性能方面雖不如熱軋卷和冷軋卷，但冷硬卷的表面質(zhì)量、尺寸精度優(yōu)于熱軋卷，產(chǎn)品硬度和成本又優(yōu)于冷軋卷，由于其獨(dú)特的特點(diǎn)，所以冷硬產(chǎn)品的用途拓展空間巨大。在與客戶交流中，了解到國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)對(duì)于直接制管用冷硬卷的需求，該類型冷硬產(chǎn)品需求量較大且市場(chǎng)穩(wěn)定。

1 具體生產(chǎn)工藝方案

冷硬制管用鋼產(chǎn)品生產(chǎn)流程如圖1所示，從中可看出，冷硬卷在產(chǎn)線開(kāi)卷后直接進(jìn)行成型滾圓加工，基本成型后再進(jìn)行焊接、鍍鋅等處理，對(duì)原材料成型性能要求較高。針對(duì)客戶用途和對(duì)成型工藝的要求，通過(guò)優(yōu)化帶鋼成分設(shè)計(jì)與生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)對(duì)冷硬原料性能的合理控制，開(kāi)發(fā)出成型性能較好的制管用冷硬鋼產(chǎn)品，可用于該圓管制造或較復(fù)雜的成型部件上。

圖1 制管用戶生產(chǎn)工藝前段流程圖

1.1 成分優(yōu)化設(shè)計(jì)

鋼鐵中所含主要化學(xué)元素是C、Si、Mn、P、S、Al，它們的含量變化對(duì)帶鋼的最終性能和成型性有顯著影響。產(chǎn)品成分在符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合用戶的具體性能要求和用途等綜合考慮，最終設(shè)計(jì)了SAE1010與SAE1012兩個(gè)牌號(hào)的冷硬制管用鋼產(chǎn)品。成分控制上體現(xiàn)了EVI特色，大幅降低P、S、Al、Si等對(duì)于下游用戶制管后焊接工序和涂鍍工序有害的元素，使得產(chǎn)品成分更加符合用戶實(shí)際需求，適用性更加突出。

(1)通過(guò)添加適當(dāng)?shù)腃、Mn強(qiáng)化元素含量，保證客戶對(duì)冷硬成品相應(yīng)的強(qiáng)度和硬度要求；

(2)通過(guò)減少P、S、Al元素含量，避免這些元素過(guò)量降低帶鋼的焊接性能，對(duì)用戶成管后焊接工序產(chǎn)生不利影響；

(3)同時(shí)嚴(yán)格控制Si元素含量，避免高Si產(chǎn)生氧化鐵皮影響帶鋼表面質(zhì)量，對(duì)用戶后續(xù)管面涂鍍產(chǎn)生不良影響，以及影響帶鋼的焊接性能。

對(duì)于SAE1010與SAE1012冷硬制管用鋼產(chǎn)品的化學(xué)成分設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 化學(xué)成分設(shè)計(jì) 單位：%

1.2 熱軋生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

由于冷硬產(chǎn)品是熱軋基板在再結(jié)晶溫度以下進(jìn)行一定壓下率的冷連軋，晶粒不發(fā)生轉(zhuǎn)變，只發(fā)生體積和位置上的變化，所以冷硬帶鋼中的組織與熱軋基板組織密切相關(guān)。因此，獲得均勻的熱軋組織是獲得優(yōu)良冷軋產(chǎn)品性能的前提條件，熱軋后的組織越均勻，冷軋后的組織越細(xì)小均勻。根據(jù)最終產(chǎn)品的性能需要，可以通過(guò)控軋控冷技術(shù)對(duì)熱軋基板的組織和析出物進(jìn)行有效控制，熱軋過(guò)程工藝控制的好壞將會(huì)對(duì)組織性能產(chǎn)生很大的影響，其中影響最顯著的熱軋工藝參數(shù)是熱軋溫度制度，主要包括加熱溫度、精軋終軋溫度和卷取溫度。

低碳的冷硬制管用鋼產(chǎn)品不再簡(jiǎn)單沿用“三高”溫度制度，而是采用“一高兩低”的新溫度工藝，即較低的出鋼溫度，減少能源消耗，提高表面質(zhì)量；較高的終軋溫度，避免混晶軋制，保證組織均勻；及較低的卷取溫度，降低成本，保證性能。

對(duì)于SAE1010與SAE1012冷硬制管用鋼產(chǎn)品的熱軋溫度制度設(shè)計(jì)如表2。

表2 熱軋溫度制度設(shè)計(jì) 單位：℃

1.3 冷軋生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)

冷軋工序的作用就是去除熱軋?jiān)媳砻嫜趸F皮，保證良好的板面質(zhì)量；以良好的潤(rùn)滑條件保證大的壓下量，以產(chǎn)生強(qiáng)的有利形變織構(gòu)，為下一步退火產(chǎn)生理想的再結(jié)晶退火織構(gòu)創(chuàng)造條件。在其它條件相同的情況下冷軋壓下率是影響冷硬板性能的主要因素之一[2]。

冷硬卷不同于一般冷軋產(chǎn)品，它不經(jīng)過(guò)后續(xù)的退火工序而直接使用，為了保證冷硬成品較大地保留熱軋基料的優(yōu)良性能，尤其是在冷軋后仍保留較大的延伸率，利于直接成型加工使用，對(duì)于冷硬制管用鋼的冷軋壓下率設(shè)計(jì)應(yīng)低于普通產(chǎn)品。最終確定該系列冷軋壓下率設(shè)定在30%～45%的合理小區(qū)間范圍，保證性能滿足用戶特定要求。此外，冷軋采用小壓下率生產(chǎn)降低了軋機(jī)負(fù)荷，同時(shí)避免了帶鋼切邊后邊裂問(wèn)題的加劇。

對(duì)于SAE1010與SAE1012冷硬制管用鋼產(chǎn)品的冷軋壓下率設(shè)計(jì)如表3所示。

表3 冷軋壓下率設(shè)計(jì) 單位：%

為保證產(chǎn)品的合理使用，對(duì)于用戶應(yīng)用還要進(jìn)行引導(dǎo)跟蹤，開(kāi)展EVI技術(shù)服務(wù)，對(duì)于存在的材料性能、質(zhì)量及成型問(wèn)題進(jìn)行分析解決，達(dá)到用戶的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際使用要求，指導(dǎo)用戶更好地應(yīng)用冷硬制管用鋼產(chǎn)品。

2 產(chǎn)品組織與性能情況

2.1 熱軋基板組織

在熱軋過(guò)程中低碳鋼的材料組織主要發(fā)生第二相粒子AlN的固溶和析出、奧氏體的形變和再結(jié)晶、奧氏體向鐵素體的相變，按照上述工藝設(shè)計(jì)，該系列產(chǎn)品熱軋后基板內(nèi)部組織主要為較為規(guī)則的鐵素體和少量珠光體分布,如圖2。

(a)SAE1010

(b)SAE1012圖2 熱軋基板200*金相組織圖

2.2 冷硬成品組織

冷軋時(shí)由于位錯(cuò)的滑移運(yùn)動(dòng)，變形組織的晶粒不僅沿軋制方向伸長(zhǎng)，而且會(huì)發(fā)生一定的轉(zhuǎn)動(dòng)[3]。冷硬成品為熱軋基板在常溫下進(jìn)行的軋制，晶粒不發(fā)生轉(zhuǎn)變只是發(fā)生體積上的變化，與熱軋基板組織對(duì)應(yīng)，最終該系列冷硬成品內(nèi)部組織為細(xì)小不規(guī)則分布的鐵素體和珠光體，如圖3。

(b)SAE1012圖3 冷硬成品500*金相組織圖

2.3 冷硬成品性能

(1)冷硬成品力學(xué)性能達(dá)到穩(wěn)定，其中斷后延伸率達(dá)到≥6%水平，抗拉強(qiáng)度控制在550～650 MPa區(qū)間。

(2)冷硬成品彎曲成型性能滿足要求，其中90°V彎試驗(yàn)結(jié)果不能存在明顯裂紋，45°V彎試驗(yàn)結(jié)果允許存在輕微裂紋，如圖4。

圖4 彎曲試驗(yàn)結(jié)果圖示

(3)冷硬成品表面粗糙度Ra≤0.9 μm，指標(biāo)滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)和客戶協(xié)議要求。

3 總結(jié)

通過(guò)上述工藝設(shè)計(jì)，冷硬卷的成型性能得到大幅提升，產(chǎn)品性能和質(zhì)量控制穩(wěn)定，其中抗拉強(qiáng)度波動(dòng)范圍減小，強(qiáng)度得到有效控制，同時(shí)延伸率指標(biāo)顯著提高，從而使冷硬帶鋼可以直接作為制管等較復(fù)雜成型的加工原料，為客戶降低了成本。經(jīng)用戶檢驗(yàn)和實(shí)際使用，SAE1010和SAE1012冷硬制管用鋼產(chǎn)品力學(xué)性能指標(biāo)良好，成型性能優(yōu)良，焊接質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)加工過(guò)程滿足工藝要求，如圖5。

圖5 用戶最終產(chǎn)品圖示

通過(guò)對(duì)冷硬帶鋼組織的研究及生產(chǎn)工藝的調(diào)整實(shí)驗(yàn)，對(duì)于冷硬產(chǎn)品的機(jī)理有了進(jìn)一步的了解，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定控制水平，為其他冷軋品種的開(kāi)發(fā)與用戶個(gè)性化定制積累了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。