王曉飛,賈國(guó)軍,張博睿,王佳明
( 寧波鋼鐵有限公司制造管理部,浙江 寧波 315807)
馬口鐵又名鍍錫薄鋼板,是在薄的低碳鋼鋼板上鍍一層錫而制成。其將鋼的強(qiáng)度和成型性與錫的美觀和耐蝕性完美地結(jié)合于一體,具有耐腐蝕、無毒、延展性好等特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于食品包裝罐、油漆罐、干雜罐、日化包裝罐等配件,是國(guó)際上用量最大的一種金屬包裝產(chǎn)品。
寧波鋼鐵現(xiàn)有煉鋼廠-1780 熱連軋生產(chǎn)線,年設(shè)計(jì)產(chǎn)能400萬噸/ 年,煉鋼生產(chǎn)線工藝與設(shè)備情況:3 座脫硫站(2 座噴吹鈍化顆粒鎂、1 座KR 法脫硫),3 座頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐,3 座Ar 站,1座LF 精煉爐,1 座RH 真空精煉爐,2 座直弧型雙流連鑄機(jī),1 條1780mm 熱連軋寬帶鋼生產(chǎn)線,具備生產(chǎn)高純凈鋼質(zhì)和優(yōu)良板形的優(yōu)質(zhì)鋼板能力。
參照國(guó)內(nèi)外馬口鐵鍍錫產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合終端客戶對(duì)產(chǎn)品性能的要求,進(jìn)行寧波鋼鐵馬口鐵NMK 熱軋鋼板的設(shè)計(jì)。
KR 脫硫→轉(zhuǎn)爐冶煉→氬站→RH 精煉→連鑄澆注→板坯加熱→高壓水除鱗→熱連軋→層流冷卻→卷取→檢驗(yàn)→標(biāo)識(shí)、打捆→入庫(kù)(見圖1)。
圖1 馬口鐵生產(chǎn)工藝流程示意圖
(1)碳元素的影響:碳是決定鋼的組織和性能的主要元素,含碳量增加時(shí),鋼的強(qiáng)度、硬度增加,r 值下降,沖制性能變壞,碳量高還會(huì)降低鋼的耐腐蝕能力,因此碳的成分不易過高,同時(shí)油漆桶、化工罐等需要疊加堆放,必須的兼顧一定強(qiáng)度,依據(jù)客戶對(duì)終端冷軋鍍錫馬口鐵性能要求,NMK 的C 含量按照≤0.080%控制。
(2)錳元素的影響:錳含量的增加,提高熱軋鋼帶的強(qiáng)度和硬度,原因是錳溶入鐵素體中引起固溶強(qiáng)化,同時(shí)錳可以和硫結(jié)合形成MnS,消除S 在鋼中的有害影響,因此在保證強(qiáng)度、硬度的同時(shí),Mn 波動(dòng)范圍不宜過大,Mn 含量按照約0.10% ~0.40%控制。
(3)磷元素的影響:磷在馬口鐵鋼帶中屬于有害元素,提高了鋼的冷脆性,降低塑性,要嚴(yán)格控制磷元素含量。
(4)硫元素的影響:硫在鋼中是有害元素,最大危害是引起鋼的熱脆,且鋼中含硫量的增加,使硫化物夾雜含量增加,對(duì)鋼的力學(xué)性能變壞,因此要嚴(yán)格控制硫元素含量。
(5)鋁元素的影響:鋁作為強(qiáng)脫氧元素加入鋼中,同時(shí)鋁與氮結(jié)合形成彌散的AlN 粒子,改善鋼的時(shí)效性。
(6)氮元素的影響:氮屬于有害元素,對(duì)馬口鐵鋼帶性能有顯著的影響,在鋼中形成氮化物,又可以溶解在滲碳體中,能夠引起形變時(shí)效中鋼的性能改變,鋼的強(qiáng)度、硬度增加,韌性降低,氮元素盡可能降低。
表1 馬口鐵成分設(shè)計(jì)表(單位,%)
(1)馬口鐵熱軋鋼帶使用性能主要是具有優(yōu)良的沖制性、性能均勻穩(wěn)定性,要求具有良好的r 值和延伸率,并且下游需要對(duì)熱軋鋼帶分切后再冷軋,需保證熱軋鋼帶厚度、凸度、楔形精度控制特殊性需求。
(2)熱軋要求在均勻的奧氏體區(qū)域軋制,終軋溫度控制在Ar3 以上,冷軋帶鋼由于罩式退火過程時(shí)間長(zhǎng)且冷卻速度慢,ALN 需充分的析出,鐵素體需充分的長(zhǎng)大,因此熱軋狀態(tài)需使AlN 固溶,熱軋工藝采用較低的卷取溫度, 卷取溫度控制在600℃ 以下 。
控制首次試制過程中,現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格控制轉(zhuǎn)爐出鋼自由氧、真空循壞時(shí)間、連澆爐數(shù)規(guī)定和保護(hù)澆鑄技術(shù)等,既保證了馬口鐵熱軋帶鋼成分穩(wěn)定,同時(shí)提升了鋼質(zhì)的純凈度,減少板坯皮下夾雜,但是在首次試制過程中發(fā)現(xiàn)個(gè)別熱軋帶鋼表面有長(zhǎng)條狀?yuàn)A雜(見圖2),現(xiàn)場(chǎng)就缺陷位置取樣做電鏡能譜分析。
譜圖標(biāo)簽 譜圖1 譜圖2 O 17.87 17.88 Na 0.29 0.25 Al 0.20 0.18 Si 0.37 0.30 S 0.14 K 0.06 Ca 1.34 0.57 Fe 79.93 80.62總量 100.00 100.00
圖2 夾雜線缺陷形貌及能譜分析數(shù)據(jù)
熱軋鋼帶在線表面檢測(cè)圖譜中缺陷呈長(zhǎng)條狀,非連續(xù),不規(guī)律分布,單個(gè)缺陷長(zhǎng)度100mm~500mm(見圖2),為明確缺陷成因,通過SEM 掃描電鏡儀對(duì)其進(jìn)行形貌及成分剖析,缺陷帶存在軋制延伸,局部區(qū)域存在翹皮,翹皮剝落位置有顆粒狀異物。對(duì)缺陷帶進(jìn)行EDS 成分分析,在顆粒狀異物分布區(qū)域發(fā)現(xiàn)O、Na、Al、Si、K、Ca 等元素聚集,與連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣成分相似,分析為板坯連鑄澆注過程存在卷渣現(xiàn)象,軋制后在鋼帶表面形成大尺寸夾雜缺陷。
后續(xù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)通過保持連鑄澆鑄恒拉速控制,優(yōu)化長(zhǎng)水口插入深度,異常板坯下線改鋼處理等,帶鋼表面夾雜問題快速得到解決。
由于馬口鐵熱軋鋼帶需要分切后再冷軋,對(duì)熱軋帶鋼的厚度、凸度、楔形等尺寸精度要求較高,熱軋現(xiàn)場(chǎng)通過控制板坯出爐溫度均勻性,配合調(diào)整精軋AGC 及優(yōu)化精軋活套控制精度,現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)抽查熱軋實(shí)際厚度尺寸波動(dòng)數(shù)據(jù),顯示厚度、楔形尺寸精度控制良好,具體控制曲線見圖3、圖4。
圖3 熱軋卷厚度波動(dòng)數(shù)據(jù)
圖4 熱軋卷楔形波動(dòng)數(shù)據(jù)
據(jù)客戶提出的需求,對(duì)力學(xué)性能延伸率進(jìn)行工序能力指數(shù)分析,力學(xué)性能滿足客戶對(duì)本鋼種的需求,直方圖呈正態(tài)分布、穩(wěn)定,過程控制能力Cpk 均≥1.86,過程控制能力優(yōu)(見圖5)。
圖5 馬口鐵熱軋鋼帶延伸率的過程能力
對(duì)馬口鐵NMK 冷軋鍍錫鋼帶進(jìn)行組織、晶粒度、非金屬夾雜分析,均控制良好(見表2、圖6)。
表2 馬口鐵冷軋退火鋼帶金相檢測(cè)
圖6 晶粒度分析×200
馬口鐵冷軋鍍錫后產(chǎn)品的厚度是0.10mm~0.55mm, 產(chǎn)品經(jīng)硬度檢測(cè)HR30T 值為50.5~53.5,產(chǎn)品硬度值滿足客戶要求。
①開發(fā)的NMK 熱軋鋼帶產(chǎn)品化學(xué)成分穩(wěn)定,鋼質(zhì)純凈,夾雜物控制良好,熱軋鋼帶組織均勻,力學(xué)抗拉強(qiáng)度、延伸率過程能力控制穩(wěn)定。②熱軋鋼帶分切后軋制,冷軋過程中板型、尺寸精度符合客戶要求,軋制穩(wěn)定,退火鍍錫卷表面質(zhì)量、厚度、硬度值控制均符合客戶要求,現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)選取馬口鐵冷軋鍍錫試樣進(jìn)行制罐沖制,沖制性能良好。③馬口鐵冷軋鍍錫產(chǎn)品銷往國(guó)內(nèi)知名包裝企業(yè),整體質(zhì)量得到用戶認(rèn)可。