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        冷軋先進(jìn)高強(qiáng)鋼酸軋機(jī)組生產(chǎn)技術(shù)研究

        2020-12-10 11:04:26孫榮生王植王靜阮國(guó)慶蔡順達(dá)劉仁東
        鞍鋼技術(shù) 2020年6期
        關(guān)鍵詞:頭尾表面質(zhì)量酸洗

        孫榮生 ,王植 ,王靜 ,阮國(guó)慶 ,蔡順達(dá) ,劉仁東

        (1.鞍鋼集團(tuán)鋼鐵研究院,遼寧 鞍山114009;2.鞍鋼股份有限公司冷軋廠,遼寧 鞍山114021;3.鞍鋼股份有限公司系統(tǒng)創(chuàng)新部,遼寧鞍山114021)

        近年來(lái),隨著我國(guó)汽車工業(yè)的快速發(fā)展以及汽車保有量的不斷增長(zhǎng),汽車的減重、節(jié)能、環(huán)保等備受人們關(guān)注,冷軋先進(jìn)高強(qiáng)鋼在汽車上得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。通常先進(jìn)高強(qiáng)鋼的抗拉強(qiáng)度在 800~1 500 MPa[1-2],由于其具有合金元素含量高、強(qiáng)度大等特點(diǎn),在酸軋機(jī)組實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中,各工序工藝參數(shù)的細(xì)微波動(dòng)就會(huì)對(duì)高強(qiáng)鋼穩(wěn)定性及表面質(zhì)量等造成嚴(yán)重影響,甚至使生產(chǎn)不能正常進(jìn)行。本文主要對(duì)先進(jìn)高強(qiáng)鋼在酸軋機(jī)組的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行了分析,提出了保證先進(jìn)高強(qiáng)鋼穩(wěn)定生產(chǎn)的措施。

        1 存在問(wèn)題及原因分析

        從目前冷軋先進(jìn)高強(qiáng)鋼在酸軋聯(lián)合機(jī)組的生產(chǎn)情況來(lái)看,存在的主要問(wèn)題包括:焊縫質(zhì)量差易斷帶,酸洗表面質(zhì)量差色差嚴(yán)重,軋制穩(wěn)定性差等,下面主要對(duì)先進(jìn)高強(qiáng)鋼在酸軋聯(lián)合機(jī)組生產(chǎn)中焊接、酸洗及軋制工序的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析。

        1.1 焊縫質(zhì)量分析

        由于先進(jìn)高強(qiáng)鋼添加合金較多,碳當(dāng)量較高,熱軋基板頭尾厚度精度、板形精度差,在后續(xù)軋制過(guò)程中極易在焊縫處發(fā)生斷帶,影響生產(chǎn)的順行。圖1為優(yōu)化前杯凸試樣及焊縫組織圖片,通過(guò)觀察焊縫組織,焊縫區(qū)域組織多為硬質(zhì)馬氏體組織且比例較大,激光焊接后冷卻到室溫,造成焊縫硬脆開裂,在后續(xù)過(guò)程中極易發(fā)生斷帶現(xiàn)象[3-4]。

        圖1 優(yōu)化前杯凸試樣及焊縫組織圖片F(xiàn)ig.1 Pictures of Samples for Cupping Test and Microstructures in Welding Seam before Optimization

        1.2 酸洗表面質(zhì)量分析

        受先進(jìn)高強(qiáng)鋼中各種合金元素影響,熱軋鋼板表面氧化鐵皮的厚薄及特性對(duì)溫度較為敏感,加上超高強(qiáng)鋼熱軋板拉矯延伸率很難達(dá)到要求,因此酸洗不易洗凈,圖2為酸洗后鋼板質(zhì)量,從中可以看出鋼板表面質(zhì)量較差,有較厚的氧化鐵皮未被清洗干凈,會(huì)影響最終產(chǎn)品質(zhì)量和涂裝質(zhì)量[5-6]。

        利用掃描電鏡對(duì)熱軋板基板形貌進(jìn)行觀察,結(jié)果如圖3所示。能譜分析表明,高強(qiáng)鋼熱軋卷表面氧化鐵皮較厚且表面合金元素偏析較重,Si、Mn含量較高。SEM觀察表明,不同顏色條紋處的氧化層厚度存在差異,即淺色條紋處氧化層較薄,深色條紋處氧化層較厚。氧化層與基體的結(jié)合部位存在一層薄而致密的Si、Mn富集層,氧化層底部存在類似二相粒子析出的Si、Mn的氧化物顆粒,氧化層頂部是較厚的Fe的氧化物[4-6]。

        圖2 酸洗后鋼板質(zhì)量Fig.2 Quality of Steel Sheets after Pickling

        圖3 酸洗洗后質(zhì)量元素分析Fig.3 Analysis on Mass Elements after Pickling

        1.3 軋制穩(wěn)定性分析

        先進(jìn)高強(qiáng)鋼合金含量高,變形抗力大,硬化速率快,軋制力過(guò)大,很容易超過(guò)軋機(jī)馬達(dá)負(fù)荷,因而不得不減小軋制變形量,降低軋制速度。此外,超高強(qiáng)鋼軋制過(guò)程中易出現(xiàn)打滑、邊裂、板形不良,甚至斷帶等問(wèn)題。由于高強(qiáng)鋼熱軋來(lái)料的力學(xué)性能和厚度波動(dòng)較大,軋硬材的厚度波動(dòng)也較大。冷軋過(guò)程中,軋制力大,軋輥彎曲嚴(yán)重,由此引起軋硬材橫斷面凸度較大,邊緣降較嚴(yán)重,軋輥易發(fā)生開、斷裂等[7-8]。

        對(duì)先進(jìn)高強(qiáng)鋼熱軋基板取樣,測(cè)試其組織及力學(xué)性能,熱軋基板頭尾組織見(jiàn)圖4。帶鋼頭尾組織性能差異大,頭部為正常鐵素體+珠光體,尾部為鐵素體+貝氏體,頭尾性能差約為150 MPa,造成帶尾厚度超差及板形質(zhì)量較差。

        圖4 熱軋基板頭尾組織Fig.4 Microstructures in Head and Tail of Hot Rolled Sheet

        冷連軋機(jī)組軋制過(guò)程中金屬變形的程度同樣是影響冷軋帶鋼變形抗力的重要參數(shù),直接影響著冷連軋軋制過(guò)程中各架軋制力的大小。典型冷軋先進(jìn)高強(qiáng)鋼變形抗力曲線如圖5所示,當(dāng)壓縮比超過(guò)50%時(shí),帶鋼強(qiáng)度超過(guò)1 000 MPa,會(huì)增加軋制難度,導(dǎo)致軋制力超限,無(wú)法進(jìn)行軋制。

        圖5 典型冷軋先進(jìn)高強(qiáng)鋼變形抗力曲線Fig.5 Deformation Resistance Curves of Typical Cold Rolled Advanced High Strength Steels

        2 控制措施

        2.1 焊縫質(zhì)量控制

        為保證先進(jìn)高強(qiáng)鋼焊縫質(zhì)量,通過(guò)合理控制熱軋工藝保證熱軋基板頭尾厚度精度,同時(shí)控制焊接功率及速度,改善焊縫在橫向方向上的充盈度,深度方向上的中心位置完全焊合,并合理控制前后預(yù)熱功率,先進(jìn)高強(qiáng)鋼焊接工藝參數(shù)見(jiàn)表1。

        表1 先進(jìn)高強(qiáng)鋼焊接工藝參數(shù)Table 1 Welding Process Parameters for Advanced High Strength Steels

        2.2 酸洗表面質(zhì)量控制

        為保證高強(qiáng)鋼酸洗后的表面質(zhì)量,通過(guò)合理控制熱軋工藝避免熱軋基板鐵皮過(guò)厚,同時(shí)提高拉矯機(jī)的延伸率及增加插入量,合理控制酸洗工藝參數(shù),采用盡可能高的酸液溫度、濃度和較低的亞鐵濃度及酸洗速度,先進(jìn)高強(qiáng)鋼酸洗工藝參數(shù)如表2所示。

        表2 先進(jìn)高強(qiáng)鋼酸洗工藝參數(shù)Table 2 Pickling Process Parameters for Advanced High Strength Steels

        2.3 軋制穩(wěn)定性控制

        為保證高強(qiáng)鋼軋制工序的穩(wěn)定性,通過(guò)熱軋工序投入邊部加熱器等手段,可有效降低由于熱軋軋制過(guò)程本身帶來(lái)的頭尾部組織、性能差異問(wèn)題,有效保證熱軋?jiān)贤ň硇阅芫鶆?。通過(guò)優(yōu)化冷連軋機(jī)組軋制策略,包括負(fù)荷分配、張力制度等相關(guān)參數(shù),保證軋制過(guò)程中各架軋機(jī)均勻變形,避免出現(xiàn)軋制力差異較大的情況,進(jìn)而保證軋制過(guò)程穩(wěn)定,先進(jìn)高強(qiáng)鋼軋制工藝參數(shù)見(jiàn)表3。

        表3 先進(jìn)高強(qiáng)鋼軋制工藝參數(shù)Table 3 Cold Rolling Process Parameters for Advanced High Strength Steels

        3 效果評(píng)價(jià)

        3.1 焊縫質(zhì)量評(píng)價(jià)

        通過(guò)對(duì)焊縫質(zhì)量的分析,制定相應(yīng)的控制措施,能夠有效改善焊縫組織,降低馬氏體硬度及比例,進(jìn)而達(dá)到改善焊縫質(zhì)量的目的。優(yōu)化后合格焊縫杯凸試樣及組織如圖6所示。

        圖6 優(yōu)化后合格焊縫杯凸試樣及組織Fig.6 Samples Taken from Qualified Welding Seams for Cupping Test and Microstructures after Optimization

        3.2 酸洗表面質(zhì)量評(píng)價(jià)

        通過(guò)對(duì)酸洗表面質(zhì)量的分析,制定相應(yīng)的控制措施,有效提高酸洗后表面質(zhì)量,無(wú)明顯色差缺陷,優(yōu)化工藝后酸洗表面質(zhì)量如圖7所示。

        圖7 優(yōu)化后酸洗表面質(zhì)量Fig.7 Surface Quality of Pickled Steel Sheets after Optimization

        3.3 軋制穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

        分析軋制穩(wěn)定性后,制定了相應(yīng)的控制措施,保證了高強(qiáng)鋼在冷連軋機(jī)組能夠穩(wěn)定運(yùn)行。優(yōu)化前后的機(jī)組各參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表4,從表中看出,改進(jìn)后的軋制力控制約為1 500 t,減少了其負(fù)荷超限、斷帶等情況;對(duì)厚度精度控制和板形精度分別控制在±0.06 mm和20 I以內(nèi),均在公差范圍之內(nèi)。

        表4 優(yōu)化前后的機(jī)組各參數(shù)對(duì)比Table 4 Comparison of Parameters for Mill Unit before and after Optimization

        4 結(jié)論

        冷軋先進(jìn)高強(qiáng)鋼仍是今后汽車板發(fā)展的主流,大量使用冷軋先進(jìn)高強(qiáng)鋼是解決汽車減重、節(jié)能、安全、環(huán)保的重要途徑。批量冷軋先進(jìn)高強(qiáng)鋼在酸軋機(jī)組工業(yè)化生產(chǎn),為保證其焊縫質(zhì)量、酸洗后表面質(zhì)量及高強(qiáng)鋼軋制穩(wěn)定性,可在酸軋聯(lián)合機(jī)組采取如下控制措施:

        (1)通過(guò)合理控制熱軋工藝,保證熱軋基板頭尾厚度精度,激光功率在10~11 kW,前后預(yù)熱功率分別在2~4 kW和16~20 kW,可以改善焊縫的充盈度及焊縫組織,降低馬氏體硬度及比例,以改善焊縫質(zhì)量。

        (2)通過(guò)降低熱軋基板鐵皮厚度及Si、Mn元素的富集,合理控制拉矯機(jī)延伸率、插入量及酸洗工藝參數(shù),采用盡可能高的酸液溫度(70~90℃)、濃度、較低的亞鐵濃度和酸洗速度,可以有效提高酸洗后表面質(zhì)量。

        (3)通過(guò)優(yōu)化熱軋和冷連軋機(jī)組軋制工藝,能夠減少熱軋頭尾部組織、性能差異,適當(dāng)提高冷軋第1、2架的壓下量及各機(jī)架單位張力(>160 MPa),保證軋制過(guò)程中各機(jī)架變形均勻,可以有效改善軋制過(guò)程的穩(wěn)定性。

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