劉飛

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司冷軋總廠，安徽馬鞍山 243000）

前言

近幾年，市場(chǎng)對(duì)儲(chǔ)氣瓶用鋼的需求逐漸旺盛，國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)如本鋼、唐鋼等企業(yè)紛紛開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的出口產(chǎn)品，目前市場(chǎng)上的儲(chǔ)氣瓶用鋼均為熱軋態(tài)交貨，包括馬鋼已開(kāi)發(fā)出的內(nèi)貿(mào)用熱軋HP295、HP325、HP345 等，熱軋態(tài)表面有兩個(gè)較大的弊端，一是熱軋態(tài)的表面有氧化鐵皮粘附，在材料加工過(guò)程中因氧化鐵皮掉落后污染加工區(qū)域，附著在模具表面的氧化鐵皮甚至能造成壓入板面，造成表面質(zhì)量問(wèn)題。二是有客戶需要對(duì)儲(chǔ)氣瓶表面進(jìn)行涂鍍噴漆處理，熱軋態(tài)的表面難以保證后續(xù)涂鍍效果。

1 產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)思路

馬鋼目前尚無(wú)外貿(mào)用儲(chǔ)氣瓶用鋼，由于有外貿(mào)市場(chǎng)需求，亟需開(kāi)發(fā)出符合外貿(mào)客戶需求的儲(chǔ)氣瓶鋼。為了滿足出口產(chǎn)品技術(shù)要求，需改進(jìn)HP295 產(chǎn)品工藝，按日標(biāo)JIS G 3116 重新進(jìn)行開(kāi)發(fā)，同時(shí)為滿足客戶對(duì)表面質(zhì)量的要求，交貨狀態(tài)由熱軋調(diào)整為酸洗，使得產(chǎn)品的表面狀態(tài)更好。為此，就成分和工藝路徑的全面更改對(duì)儲(chǔ)氣瓶用鋼的使用性能特別是沖壓成型性能及表面質(zhì)量的影響開(kāi)展研究。

2 化學(xué)成分設(shè)計(jì)

儲(chǔ)氫瓶鋼在加工過(guò)程中主要對(duì)沖壓成型要求較高，此外為提高焊瓶本身的安全性能，需保證原材料的屈強(qiáng)比不超0.80，因此應(yīng)通過(guò)合理成分設(shè)計(jì)降低屈強(qiáng)比提高安全閾值。

JIS G 3116《壓力容器用鋼薄板、板及鋼帶》對(duì)SG255力學(xué)性能與工藝性能要求如表1所列。

表1 SG255鋼力學(xué)性能和工藝性能

根據(jù)Picherering公式[1]，確定出口用SG255-P的化學(xué)成分體系。

（1）采用0.12%C-0.35%Mn-0.32%Cr化學(xué)成分體系。C 成分的提高能夠增加材料中珠光體含量，珠光體含量的提高能夠明顯降低材料的屈強(qiáng)比，提升材料失效時(shí)的安全系數(shù)。Mn 元素能夠起到固溶強(qiáng)化鐵素體的作用，降低奧氏體轉(zhuǎn)變終了溫度，從而獲得高強(qiáng)度、高塑性、高韌性，Cr 元素能夠提高抗氧化、抗腐蝕的性能。

（2）Al 元素除了起到脫氧劑效果外，還能固化鋼中的N元素，防止晶粒粗化，改善沖擊韌性。

（3）SG255Cr-P 鋼的P、S 元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：P≤0.020%，S≤0.012%，減少偏析引起的脆性。

3 工藝控制和產(chǎn)品質(zhì)量

3.1 工藝控制

SG255Cr-P 鋼的生產(chǎn)工藝流程是：鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→合金微調(diào)站→LF 爐精煉→熱軋→酸洗→成品。

3.1.1 冶煉與連鑄

對(duì)鐵水進(jìn)行預(yù)處理，鐵水脫硫后要求S≤0.005%，目標(biāo)S≤0.002%。轉(zhuǎn)爐中強(qiáng)化脫磷。LF 爐精煉過(guò)程中，通過(guò)白渣操作，保證鋼包頂渣充分還原，并且將化學(xué)成分調(diào)至目標(biāo)值。中包目標(biāo)溫度在液相線溫度以上15～30℃，并投用動(dòng)態(tài)輕壓下。

3.1.2 熱軋

熱軋過(guò)程中，終軋溫度與卷取溫度對(duì)軋后晶粒尺寸有著直接的影響，在強(qiáng)度指標(biāo)能夠保證的前提下，提高終軋溫度能夠控制軋后鐵素體晶粒尺寸在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，同時(shí)珠光體的帶狀組織能夠得到抑制，進(jìn)而降低材料屈強(qiáng)比，提升沖壓成型性能[2-3]。采用低卷取溫度使得在層流冷卻工藝段材料有著更大的冷卻速率，形核率增加的同時(shí)，抑制鐵素體晶粒的長(zhǎng)大，材料中針狀鐵素體含量更高，帶鋼強(qiáng)度更高，屈強(qiáng)比更低[4]。因此SG255Cr-P 軋制工藝設(shè)定為：加熱溫度1 180～1 220 ℃，終軋溫度840～880 ℃，卷取溫度630～670 ℃。

3.1.3 酸洗

正常的酸洗板表面為白色，由于該產(chǎn)品含一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的Cr元素，Cr元素會(huì)導(dǎo)致酸洗后有一層殘留物附著在帶鋼表面，使帶鋼表面呈現(xiàn)灰黃色，影響外觀及用戶使用，酸洗機(jī)組生產(chǎn)中加大漂洗水沖洗量，由10 m3/h 提升至15 m3/h，同時(shí)漂洗段增加2‰濃度比例的鈍化劑，改善板面發(fā)黃的情況。為防止帶鋼在后續(xù)運(yùn)輸存儲(chǔ)過(guò)程中銹蝕，酸洗機(jī)組按涂油模式進(jìn)行組產(chǎn)，涂油量按1 000 g/m2進(jìn)行控制。其余酸洗工藝控制參數(shù)按表2執(zhí)行。

表2 酸洗工藝要點(diǎn)

3.2 產(chǎn)品質(zhì)量

3.2.1 化學(xué)成分

材料成分滿足JIS G 3116的控制要求。見(jiàn)表3。

表3 SG255Cr-P鋼的化學(xué)成分設(shè)計(jì) wt%

3.2.2 金相組織與晶粒度

對(duì)SG255Cr-P 進(jìn)行金相組織分析及夾雜物等級(jí)分析，金相顯微組織標(biāo)明鋼中的組織為鐵素體+珠光體，晶粒度級(jí)別10～11.5。組織正常，晶粒細(xì)化效果較好。見(jiàn)圖1。

圖1 顯微組織x100

3.2.3 拉伸性能

表4是104卷SG255Cr-P鋼（厚度：2.65～2.7 mm）的力學(xué)性能分布范圍和平均值，可看出，各項(xiàng)指標(biāo)富余量適中，控制穩(wěn)定。并且屈強(qiáng)比不超過(guò)0.75，利于沖壓成型，達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期。

表4 SG255Cr-P鋼的力學(xué)性能統(tǒng)計(jì)

3.2.4 冷彎性能

材料冷彎試驗(yàn)是評(píng)價(jià)材料塑性變形及沖壓性能的一種方法，正常冷彎條件（180°冷彎，d=1a）下，SG255Cr-P 無(wú)裂紋產(chǎn)生。繼續(xù)按d=0 進(jìn)行180°冷彎，冷彎試驗(yàn)合格。見(jiàn)圖2。

圖2 冷彎試驗(yàn)（b=25 mm，d=0，a=2.7 mm）

3.2.5 酸洗后表面質(zhì)量

圖3(a)為漂洗水沖洗量15 m3/h，加鈍化劑的板面實(shí)物圖，圖3(b)為SG255Cr-P 生產(chǎn)時(shí)漂洗水沖洗量10 m3/h，不加鈍化劑的板面效果。對(duì)酸洗SG255Cr-P 試制后的帶鋼表面進(jìn)行白度測(cè)量，優(yōu)化酸洗工藝后，板面白度L 值由53.8%提高到71.6%，帶鋼表面質(zhì)量大幅度提升。

圖3 酸洗后板面質(zhì)量

通過(guò)酸洗工藝的優(yōu)化，SG255Cr-P 酸洗表面質(zhì)量與普通結(jié)構(gòu)板表面質(zhì)量相當(dāng)，完全滿足客戶需求。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）在現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，通過(guò)成分和工藝路徑的優(yōu)化改進(jìn)，通過(guò)采用低Si、低Mn、高Cr 的成分設(shè)計(jì)，優(yōu)化熱軋生產(chǎn)工藝以控制鋼中鐵素體和珠光體晶粒度等措施，滿足最終產(chǎn)品對(duì)沖壓成型性能的要求。

（2）優(yōu)化酸洗生產(chǎn)工序，通過(guò)添加鈍化劑，可以改善該成分體系下酸洗工序后漂洗階段板面發(fā)黃的狀況。

（3）開(kāi)發(fā)生產(chǎn)出優(yōu)良沖壓性能，及良好表面質(zhì)量的儲(chǔ)氣瓶用酸洗產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了SG255Cr-P 儲(chǔ)氣瓶用鋼的批量生產(chǎn)及供貨，填補(bǔ)了馬鋼該產(chǎn)品的空白。對(duì)擴(kuò)展外貿(mào)商品卷的生產(chǎn)品種范圍，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外貿(mào)產(chǎn)品互補(bǔ)，具有重大意義。