梅鋼平整大延伸實現高硬度等級鍍錫板的研究

魏寶民,穆海玲,白振華

(1.梅山鋼鐵公司技術中心,江蘇南京210039; 2.燕山大學機械工程學院,河北秦皇島066004)

梅鋼平整大延伸實現高硬度等級鍍錫板的研究

魏寶民1,穆海玲1,白振華2

(1.梅山鋼鐵公司技術中心,江蘇南京210039; 2.燕山大學機械工程學院,河北秦皇島066004)

在試驗室模擬了連續退火生產鍍錫板MR T-4CA不同延伸率的平整,研究平整延伸率對連續退火生產MR T-4CA鍍錫板力學性能影響關系,比較了僅通過增加平整量生產的高硬度級別鍍錫板與二次冷軋產品的差異性,并評估了梅鋼連退平整機大延伸率軋制的負荷能力,提出了通過平整大延伸實現高硬度級別鍍錫板的建議,為工業應用提供參考。

鍍錫板;平整;高硬度;力學性能;負荷

1 引言

隨著鋼質罐與鋁質罐以及其它代用材料的競爭越來越激烈,制罐行業使用的基本材料鍍錫板呈現高強減薄趨勢。二次冷軋產品以其規格薄、強度大、精度高為特點,充分體現了材料優勢,其應用領域不斷擴大[1,2]。盡管目前利用連退機組在線平整機生產二次冷軋產品存在較高的運行風險,但隨著技術和管理水平不斷進步,這將是一個發展趨勢,據了解國內新建的專門用于生產鍍錫板連退機組的在線平整機已經具有二次冷軋功能。本文在試驗室模擬了連續退火生產鍍錫板MR T-4CA不同延伸率的平整,研究平整延伸率對連續退火生產MR T-4CA鍍錫板力學性能影響關系,比較了僅通過增加平整量生產的高硬度級別鍍錫板與二次冷軋產品的差異性,并評估了梅鋼連退平整機大延伸率軋制的負荷能力,提出了通過平整大延伸率實現高硬度級別鍍錫板的建議,為工業應用提供參考。

2 材料及試驗方法

試驗所用材料為梅鋼冷軋廠生產的MR T-4CA連續退火態鍍錫基板,厚度為0.32mm,主要成分列于表1。

表1 MR T-4CA化學成分(質量分數,%)

利用燕山大學六輥650mm中試軋機對退火態鍍錫基板進行不同延伸率的平整模擬試驗,分別進行了2.1%、3.4%、5.8%、6.8%、8.3%、10.2%、13.2%、14.5%和16.3%九個延伸率的平整試驗,試驗后分別對鋼板進行顯微組織觀察,拉伸測試以及表面洛氏硬度測試,并與二次冷軋產品分別就硬度、拉伸測試以及顯微組織觀察進行比較。觀察比較試樣在不同的平整延伸率時拉伸特性、表面硬度等的變化情況。為了便于比較,試樣剪切方向為軋制方向(縱向)和垂直于拉伸方向(橫向),觀察帶鋼縱向和橫向拉伸特性的差別[3]。同時應用《梅鋼1420雙機架平整機組軋制力預報》軟件對不同平整延伸率下平整機的軋制負荷進行預測。

3 試驗結果及分析

3.1 力學性能

實驗鋼板的原始表面硬度(HR30T,以下硬度均為HR30T)為58.6,隨著平整延伸率的增加,硬度呈上升趨勢,當平整延伸率為16.3%時,硬度升高至71.4,硬度的變化趨勢如圖1所示。這是由于隨著變形的增大,位錯釘扎作用逐漸增加,出現了加工硬化,材料的表面硬度提高。

圖1 平整延伸率和鋼板表面硬度的變化關系

由圖1可以看出,試驗料MR T-4CA經5%左右平整延伸率時其硬度可達到T5級別,經10%左右其硬度可達到T6級別,經14%左右其硬度可達到二次冷軋DR7級別,經大于16%其硬度可達到二次冷軋DR8級別[4],這為通過大的平整延伸率實現高硬度級別鍍錫板提供了可能性。

鋼板的屈服強度、抗拉強度和斷后伸長率隨平整延伸率的變化如圖2所示,三個拉伸性能指標均包括橫向和縱向性能。可以看出,實驗鋼板隨著延伸率的增大,橫向和縱向的屈服強度、抗拉強度均呈上升趨勢。實驗結果同時表明,在相同的條件下,鋼板橫向的屈服強度和抗拉強度要高于對應的縱向指標,并且隨著延伸率的增大,高出的值呈增加趨勢,如圖2(a)所示。這是由于隨著延伸率的增大,晶粒發生滑移,滑移面和附近的晶格扭曲,使晶粒沿縱向拉長,造成材料橫向的殘余應力大于縱向的,因而橫向的塑性變形強度大于縱向。實驗材料隨著延伸率的增大,橫向和縱向的斷后伸長率均呈下降趨勢,如圖2(b)所示。當平整延伸率為10%左右即強度在T6級別時,其斷后伸長率為10%以上;當平整延伸率為14%～16%即強度在DR7-DR8級別時,其斷后伸長率為3%～5%。由圖2(b)還可以看出,在相同的條件下,鋼板橫向的斷后伸長率小于縱向斷后伸長率,其原因和上述延伸率造成材料縱、橫向強度差異的原因相同。

3.2 試驗料與二次冷軋產品的對比

將平整延伸率16.3%梅鋼試驗料(記為1#樣)與其成分相近的兩個二次冷軋產品DR8(分別記為2#、3#樣)相比較。在強度和硬度方面來看,1#樣品的硬度為71.4,2#、3#分別為71.3和71.1,三個樣品的硬度相當,均在DR8的要求范圍[4],三個樣品的表面硬度和拉伸測試結果如圖3所示。

圖2 平整延伸率和鋼板拉伸性能的變化關系

圖3 三個樣品性能比較

由圖3可以看出,1#樣品的屈服強度和抗拉強度無論橫向還是縱向均與2#、3#相當,居于后者兩樣品中間;三個樣品的橫向強度均高于縱向強度,說明材料退火后經過較大的延伸率具有明顯的方向性;在塑性方面, 1#樣品的斷后伸長率最低,2#樣品居中,3#樣品最高。

三個樣品的顯微組織如圖4所示。

圖4 三個樣品顯微組織比較

由顯微組織可以看出,3#樣品的鐵素體晶粒最細,1#、2#相當,較3#略粗;3#樣品晶粒均勻度最好,1#、2#相當;1#樣品的晶粒變形度最大,2#次之,3#最小。綜合來看,1#樣品的晶粒均勻度和變形度與2#、3#樣品存在一定的差距,這也是1#樣品斷后伸長率指標最低的原因所在。

這表明如果試圖通過連退平整機大延伸的途徑來實現產品調質度的升級,僅僅提高平整延伸率存在一定的風險,這樣硬度指標雖然能夠達到,但塑性指標不好,要從全工序對產品設計再審視。

3.3 梅鋼連退平整機軋制的負荷評估

根據已知材料的強度,通過《梅鋼1420雙機架平整機組軋制力預報》軟件,計算出不同平整延伸率的軋制力,以此來評估梅鋼連退平整機對MR T-4CA料大延伸的負荷能力。通過多次計算發現,延伸率分配系數設定為0.6時,能夠充分發揮第一機架和第二機架的軋制能力。摩擦系數按現場現有平整液的濃度測算,設定為0.5。表2是利用連退平整機將梅鋼0.32mm MR T-4CA料經過2.1%、3.4%、5.8%、6.8%、8.3%、10.2%、13.2%、14.5和16.3%九個平整延伸率軋制力的數據,評估現場設備能否滿足軋制負荷要求。

表2 軋制力計算結果

由表2數據可以看出,延伸率分配系數0.6,采用現有的平整液潤滑模式下當平整延伸率小于10%時,連退平整機能夠滿足軋制負荷要求,平整延伸率13%～16%時一機架不能滿足,二機架也已接近極限能力。如果梅鋼連退平整機進行大于10%大延伸率試驗,需提高平整液的潤滑性。

4 結論

(1)實驗鋼板隨著平整延伸率的增加,屈服強度和抗拉強度均呈上升趨勢,斷后伸長率均呈下降趨勢,且橫向強度高于對應的縱向強度,橫向斷后伸長率小于縱向斷后伸長率。

(2)實驗鋼板隨著平整延伸率的增加,表面硬度呈上升趨勢,經5%左右平整延伸率硬度可達到T5級別,經10%左右其硬度可達到T6級別,經14%左右其硬度可達到二次冷軋DR7級別,經大于16%其硬度可達到二次冷軋DR8級別,這為通過大的平整延伸率實現高硬度級別鍍錫產品提供了可能性。

(3)梅鋼MR T-4CA經16.3%平整延伸率的試驗料與二次冷軋產品DR8相比,梅鋼試驗料的硬度與其相當,但斷后伸長率偏低,組織中晶粒均勻度和變形度還存在一定的差距,這也是梅鋼試驗料斷后伸長率指標最低的原因所在。這表明如果試圖通過連退平整機大延伸的途徑來實現產品調質度的升級,僅僅提高平整延伸率存在一定的風險,這樣硬度指標雖然能夠達到,但塑性指標不好,要從全工序對產品設計再審視。

(4)采用現有的平整液潤滑模式下當平整延伸率小于10%時,連退平整機能夠滿足軋制負荷要求,平整延伸率13%～16%時一機架不能滿足,二機架接近極限能力。如果梅鋼連退平整機進行大于10%大延伸率試驗,需提高平整液的潤滑性。

[1] 但錫安.二次冷軋鍍錫薄鋼板食品飲料罐的制造與應用分析[J].包裝學報,2012.10(4):41 -46.

[2] 李秀軍.二次冷軋技術的應用研究[J].寶鋼技術,2006(增刊):61-63.

[3] 白振華,劉宏民,李秀軍,等.平整軋制工藝模型[M].北京:冶金工業出版社,2010,85-87.

[4] 寶鋼股份技術質量管理部.寶鋼股份企業標準.第四分冊[M].2009:130-132.

Research of Meigang Big Elongation Temper Rolling to Achieve High Hardness Grade Tinplate

WEI Bao-min1,MU Hai-ling1,BAI Zhen-hua2
(1.Technology Center of Meishan Iron&Steel Co.,Nanjing 210039,Jiangsu,China; 2.Mechanical College of Yanshan University,Qinhuangdao 066004,Heibei,China)

In this paper,Simulated the continuous annealing production of tinplate MR T-4CA different temper rolling elongation in the laboratory,Researched the relationship between elongation and the mechanical properties of continuous annealing production MR T-4CA tinplate,Compared the high hardness level tinplate only by increasing temper rolling elongation and two cold-rolled products,And evaluated load capacity of MeiGang continuous annealing temper mill under big elongation,Proposed the Suggestions of realizing the high hardness level tinplate by big elongation Temper rolling,Provide a reference for industrial application.

tinplate;temper rolling;high hardness;mechanical properties;load capacity

TG333

:A

1001-5108(2015)06-0043-05

魏寶民,工程師,主要從事金屬材料加工方面的工作。