師可新

（唐山不銹鋼有限公司，河北063000）

0 引言

隨著汽車市場(chǎng)對(duì)節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適度等要求的提高，汽車車身輕量化已成為當(dāng)今汽車技術(shù)發(fā)展的重要方向。由于高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼在減輕汽車車身重量的同時(shí)，還能提高車身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和能量吸收能力，越來(lái)越多商用車為了減輕重量，采用700 MPa級(jí)1.2～4 mm薄壁冷彎型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)替代Q235、Q345等普通結(jié)構(gòu)用鋼。截至目前為止，高強(qiáng)鋼和超高強(qiáng)鋼是最經(jīng)濟(jì)、最有效的輕量化途徑之一。隨著國(guó)內(nèi)汽車車身輕量化的持續(xù)進(jìn)行，超高強(qiáng)鋼在國(guó)產(chǎn)汽車上的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。

700 MPa級(jí)高強(qiáng)汽車用大梁鋼，為貨車的承重件，薄規(guī)格板卷的主要規(guī)格為1.2～2.5 mm厚，其市場(chǎng)占有量為其總量的40%，主要用于分條、切板使用。對(duì)于700 MPa級(jí)高強(qiáng)汽車用大梁鋼薄規(guī)格板卷生產(chǎn)來(lái)說(shuō)：一是軋制穩(wěn)定性差，堆鋼事故及因此造成的非計(jì)劃品居高不下；二是板形質(zhì)量有待進(jìn)一步提升，雙邊浪形較大，影響后續(xù)用戶的使用。因此，需重點(diǎn)研究。

1 基于軋制穩(wěn)定性控制的成分優(yōu)化

眾所周知，變形抗力越低的鋼越易軋制成型，而影響材料變形抗力的最主要因素就是材料的化學(xué)成分，如要保證軋件的軋制穩(wěn)定性，重點(diǎn)需從降低其變形抗力入手，我們通過(guò)性能預(yù)測(cè)模型分析，發(fā)現(xiàn)該鋼種成分設(shè)計(jì)存在較大富余量，特別是錳、硅成分還有一定優(yōu)化空間。具體如圖1、圖2所示。

圖1 Mn對(duì)700L屈服及抗拉強(qiáng)度的影響

圖2 Si對(duì)700L屈服及抗拉強(qiáng)度的影響

從圖1、圖2所示性能預(yù)測(cè)模型分析看，Mn、Si含量均可較低控制含量。Mn是提高強(qiáng)度、韌性及加工性能的元素，Mn含量增加有利于降低AC3溫度，減少高溫下TiC的析出，使TiC析出尺寸減小，以充分發(fā)揮其析出強(qiáng)化效果，但Mn含量過(guò)高容易造成偏析和帶狀組織，從而降低鋼的強(qiáng)度和韌性，從統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，其含量為1.1%～1.8%時(shí)，對(duì)鋼的組織、性能影響并不大[1]，如圖1所示，鋼中的Mn含量高于1.08%后再進(jìn)行含量的提升對(duì)產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度沒(méi)有影響；同樣如圖2所示，鋼中的Si含量高于0.12%后再進(jìn)行含量的提升對(duì)產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度沒(méi)有影響，因此，我們據(jù)此結(jié)論，對(duì)700 L（700 MPa級(jí)）薄規(guī)格產(chǎn)品實(shí)施了Mn、Si降低的實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1、表2。

表1 性能情況

表2 變形抗力變化情況

從表1、表2即可看出，降低Mn、Si含量后帶卷性能未發(fā)生明顯變化，但各架軋機(jī)軋件的變形抗力均有所降低，優(yōu)化后薄規(guī)格軋件的軋制穩(wěn)定性顯著增強(qiáng)，生產(chǎn)成本也得到了降低，創(chuàng)效能力整體增強(qiáng)。

2 軋制工藝策略的優(yōu)化

2.1 在線水系統(tǒng)的使用要求

薄規(guī)格板卷因其生產(chǎn)軋制力大、軋制時(shí)間長(zhǎng)，精軋純軋制時(shí)間一般在2 min左右，軋制過(guò)程散熱快、變形抗力變化大，特別是精軋區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)溫度對(duì)軋制力及彎竄輥的影響較大，溫度變化10～15℃，軋制力變化約1～2 MN，竄輥?zhàn)兓s30～60 mm。實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，高強(qiáng)薄規(guī)格軋制溫度的極小變化都會(huì)造成軋制力的較大波動(dòng)，引起金屬間秒流量不平衡，進(jìn)而影響板形、厚控等質(zhì)量控制。加之薄規(guī)格板卷軋制速度高，給操作工調(diào)整反應(yīng)的時(shí)間短，故薄規(guī)格易堆鋼往往是來(lái)不及調(diào)整或調(diào)整過(guò)量所致。如在線噴水過(guò)多，軋件溫降大，且在不能完全保證水流均勻性的情況下，軋制過(guò)程中軋件極易跑偏，故需減少軋件軋制過(guò)程溫降，提高模型設(shè)定精度。因此，需對(duì)薄規(guī)格板卷的軋制在線溫降進(jìn)行研究。

我們首先對(duì)在線冷卻水使用進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)對(duì)軋件降溫較大的冷卻水主要是除鱗水及精軋機(jī)架間冷卻水。軋制薄規(guī)格時(shí)，除鱗系統(tǒng)及機(jī)架間冷卻系統(tǒng)如何應(yīng)用成為研究的重點(diǎn)，除鱗的應(yīng)用及機(jī)架間冷卻水的應(yīng)用原則均應(yīng)在保證板卷表面質(zhì)量的前提下進(jìn)行，高強(qiáng)系列即屈服強(qiáng)度400 MPa及以上鋼種，試驗(yàn)精除鱗采用單、雙集管及開(kāi)關(guān)機(jī)架間冷卻水。通過(guò)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)雙集管較單集管軋制力上升明顯，機(jī)架間冷卻水投入后比未投入軋制力也有明顯提升，對(duì)比效果如圖3、圖4所示。

圖3 投入精除鱗（單-藍(lán)色；雙-紅色）

圖4 開(kāi)關(guān)機(jī)架間冷卻水（紅-開(kāi)，藍(lán)-關(guān)）

從試驗(yàn)效果看：精除鱗采用單集管，軋制力較低；不投用機(jī)架間冷卻水時(shí)，軋制力較穩(wěn)定，投用后，軋制力波動(dòng)較大。因此，在薄規(guī)格軋制時(shí)，在表面質(zhì)量及性能可控的前提下，盡可能減少軋線各種水的使用。

2.2 軋機(jī)振動(dòng)的控制

生產(chǎn)高強(qiáng)薄規(guī)格板卷時(shí)，軋機(jī)振動(dòng)是熱軋產(chǎn)線的共性問(wèn)題，軋制振動(dòng)即影響其軋制穩(wěn)定性，又對(duì)軋制設(shè)備損壞較大，因此，需重點(diǎn)研究。為減少軋機(jī)振動(dòng)，我們跟蹤測(cè)試了基于所有可變工藝條件、設(shè)備精度情況下，軋機(jī)振幅的變化，發(fā)現(xiàn)軋機(jī)振動(dòng)與駐爐時(shí)間相關(guān)性很強(qiáng)，具體如下表3所示。

表3

由表3可以看出，在軋制700 L薄規(guī)格板卷時(shí)，適當(dāng)提高了其駐爐時(shí)間，使軋制振動(dòng)大為緩解，生產(chǎn)穩(wěn)定性及板形控制質(zhì)量大幅提高。

2.3 層冷中間點(diǎn)溫度的控制

為保證700 L產(chǎn)品性能，提高其性能穩(wěn)定性，我們對(duì)其產(chǎn)品成分、熱軋工藝進(jìn)行了全流程的分析，發(fā)現(xiàn)層冷中間點(diǎn)溫度對(duì)其抗拉、屈服強(qiáng)度影響較大，呈線性關(guān)系，具體如圖5所示。

圖5 層冷中間點(diǎn)溫度對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響

從圖5趨勢(shì)性分析看，層冷中間點(diǎn)溫度與抗拉、屈服強(qiáng)度控制高度相關(guān)。因此，可通過(guò)改變層冷中間點(diǎn)溫度控制，來(lái)降低合金，提高強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)帶卷的穩(wěn)定生產(chǎn)。

3 板形質(zhì)量的控制

700L產(chǎn)品板形控制要求較嚴(yán)，且板形控制的好壞也直接影響軋制的穩(wěn)定性，為滿足用戶使用要求，保證軋制的穩(wěn)定性，通過(guò)對(duì)中間坯橫斷面厚度測(cè)量發(fā)現(xiàn)中間坯凸度幾乎為零，與PFC模型默認(rèn)值相差較大，這也是凸度控制偏差較大，機(jī)架間易產(chǎn)生浪形的主要原因。為改善中間坯凸度，達(dá)到模型默認(rèn)值，緩解精軋前幾架次凸度控制能力，降低機(jī)架間的浪形，提高其軋制穩(wěn)定性，我們?cè)O(shè)計(jì)了粗軋工作輥輥型曲線，由原來(lái)的平輥改為SIN凹輥控制，效果較好。改善前后的中間坯斷面形狀如圖6、圖7所示。

圖6 改前中間坯斷面形狀

圖7 改后中間坯斷面形狀

4 結(jié)論

不銹鋼公司通過(guò)對(duì)700 MPa級(jí)汽車大梁鋼化學(xué)成分、軋制工藝及板形控制等方面的分析，優(yōu)化了產(chǎn)品的成分和生產(chǎn)工藝，經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明，其性能滿足下游用戶使用要求。700 L系列大梁鋼薄規(guī)格板卷的開(kāi)發(fā)取得一些有益的結(jié)論，可供今后類似品種開(kāi)發(fā)借鑒。

（1）通過(guò)性能預(yù)測(cè)模型的計(jì)算，優(yōu)化Si、Mn成分，降低軋件的合金含量，從而降低熱軋過(guò)程的軋制力，促進(jìn)軋制的穩(wěn)定性。

（2）優(yōu)化熱軋工藝控制，減少過(guò)程用水的投用，并優(yōu)化層冷控制策略，保證產(chǎn)品性能，提高軋制及性能的穩(wěn)定性。

（3）通過(guò)跟蹤測(cè)試基于所有可變工藝條件、設(shè)備精度情況下，軋機(jī)振幅的變化，發(fā)現(xiàn)軋機(jī)振動(dòng)與駐爐時(shí)間相關(guān)性很強(qiáng)，

（4）700系列大梁鋼層冷中間點(diǎn)溫度對(duì)其抗拉、屈服強(qiáng)度影響較大，呈線性關(guān)系。

（5）優(yōu)化粗軋工作輥輥型，保證中間坯板形控制，從而提高熱卷整體板形控制質(zhì)量，提高軋制的穩(wěn)定性。