冷軋電極殼鋼產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)研制

馬占福

(新疆八一鋼鐵股份有限公司軋鋼廠)

引言

我國(guó)電石產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)60多年發(fā)展，現(xiàn)已成為國(guó)內(nèi)最重要的基礎(chǔ)化工原料產(chǎn)業(yè)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電石的需求量也在不斷地增長(zhǎng)，生產(chǎn)電石的大型電石爐應(yīng)運(yùn)而生。為了保證大型電石爐穩(wěn)定生產(chǎn)通常采用自焙燒結(jié)電極系統(tǒng)，其中電極殼是該系統(tǒng)的重要部件之一，其性能的好壞直接影響大型電石爐的生產(chǎn)。電極殼鋼是用于電石生產(chǎn)的輔材之一，是電石生產(chǎn)中自焙電極的關(guān)鍵部分，也是自焙燒結(jié)電極組成部分之一。用電極殼鋼板制成的圓筒作為電極糊焙燒的模子，其作用是賦形和保護(hù)電極不受氧化；作為導(dǎo)電元件，當(dāng)電極未燒好時(shí)能承受大部分電流，并能提高電極的機(jī)械強(qiáng)度。

根據(jù)國(guó)內(nèi)電石行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，八鋼公司組織技術(shù)團(tuán)隊(duì)對(duì)國(guó)內(nèi)電石行業(yè)進(jìn)行了市場(chǎng)研究與分析，結(jié)合八鋼設(shè)備特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了大型電石爐生產(chǎn)電石用的主要輔助設(shè)備材料電極殼鋼。

1 電機(jī)殼鋼性能要求及開(kāi)發(fā)重點(diǎn)

電機(jī)殼產(chǎn)品力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1，用冷軋鋼制成電極殼形貌見(jiàn)圖1。

圖1 冷軋鋼制成電極殼形貌

表1 電機(jī)殼產(chǎn)品力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)

電極殼鋼產(chǎn)品的工藝質(zhì)量要求：表面狀態(tài)為麻面；采用輕涂油方式；表面光滑無(wú)銹斑；不存在空隙、沙眼、麻點(diǎn)、分層等影響使用的缺陷。

根據(jù)用戶(hù)要求，結(jié)合八鋼冷軋產(chǎn)線裝備特點(diǎn)，生產(chǎn)電機(jī)殼鋼的主要工藝路線為：煉鋼—熱軋—冷軋酸洗—軋機(jī)—罩退—平整—重卷。

用冷軋鋼板生產(chǎn)電機(jī)殼，除保證產(chǎn)品性能還要滿足用戶(hù)壓型的需要，因此開(kāi)發(fā)重點(diǎn)是產(chǎn)品成分設(shè)計(jì)、冷軋制工藝參數(shù)設(shè)定，通過(guò)調(diào)整和優(yōu)化工藝參數(shù)獲得理想的鋼板的組織性能。

2 電機(jī)殼鋼產(chǎn)品試制

2.1 第一階段的試制及效果

依據(jù)用戶(hù)對(duì)電極殼鋼的力學(xué)性能要求和現(xiàn)場(chǎng)使用壓型特點(diǎn)，首先對(duì)產(chǎn)品的化學(xué)成分進(jìn)行了分析，利用現(xiàn)有不同的成分體系制定了幾種不同的設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行對(duì)比分析，通過(guò)不同成分體系對(duì)相應(yīng)的產(chǎn)品力學(xué)性能的影響，結(jié)合技術(shù)附件的性能特點(diǎn)，確定電極殼鋼的成分體系見(jiàn)表2。

表2 SPCC-DJ化學(xué)成分 %

生產(chǎn) SPCC-DJ鋼的規(guī)格是2.5×1250(mm)鋼卷，原料是5.0×1260(mm)的熱軋卷，經(jīng)過(guò)1420冷軋機(jī)酸洗、五架連軋機(jī)、罩式退火及平整機(jī)平整后，得到最終產(chǎn)品。

2.1.1 冷軋工藝重要控制點(diǎn)

(1)軋線調(diào)整的重點(diǎn)集中在軋機(jī)及精整區(qū)域，軋制過(guò)程中對(duì)五機(jī)架軋制力、彎輥力和張力等工藝參數(shù)進(jìn)行重點(diǎn)跟蹤，通過(guò)優(yōu)化軋制工藝參數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)板形的進(jìn)一步控制。其中張力設(shè)定是關(guān)鍵，張力軋制是冷軋生產(chǎn)主要特點(diǎn)，只有保證軋機(jī)張力恒定，軋制過(guò)程才能穩(wěn)定，較大的張力可以保證軋制平穩(wěn)，但張力過(guò)大會(huì)造成斷帶，而張力太小，則會(huì)引起帶鋼跑偏。張力值的選取依據(jù)鋼種、規(guī)格及帶鋼材質(zhì)等因素而定，對(duì)于來(lái)料的板形狀況，張力的調(diào)整方式也會(huì)不同，在生產(chǎn)過(guò)程中，板形控制的程度，不僅通過(guò)軋制力、彎輥力等調(diào)節(jié)手段，還要通過(guò)合理的張力值設(shè)定相結(jié)合，才會(huì)最終得到良好板形[1]。冷軋關(guān)鍵工藝參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 軋機(jī)過(guò)程工藝參數(shù)

(2)帶鋼經(jīng)過(guò)冷軋后，因加工硬化造成力學(xué)性能無(wú)法滿足用戶(hù)的要求，罩式爐退火的主要目的就是經(jīng)過(guò)對(duì)帶鋼的再次加熱來(lái)消除軋機(jī)軋制后引起的加工硬化，使帶鋼重新具有較好的機(jī)械和物理性能[2]。退火溫度的選擇要比帶鋼開(kāi)始再結(jié)晶的溫度高出100～200℃，具體罩退工序工藝參數(shù)設(shè)定為：退火溫度710℃，退貨時(shí)間37h。

(3)冷軋電極殼鋼是需要進(jìn)行沖壓用產(chǎn)品，帶鋼只有經(jīng)過(guò)平整機(jī)的帶壓下平整，產(chǎn)品后序沖壓時(shí)才不會(huì)出現(xiàn)“滑移線”，才可以消除“屈服平臺(tái)”，經(jīng)過(guò)退火的帶鋼經(jīng)平整可以改善板形及板面光潔度,實(shí)現(xiàn)對(duì)力學(xué)性能的微量調(diào)整。平整工序工藝參數(shù)為：延伸率設(shè)定值1.8%，平整延伸率實(shí)際值1.88%。

2.1.2 SPCC-DJ鋼卷性能及試用效果

按設(shè)計(jì)工藝參數(shù)進(jìn)行電機(jī)殼用鋼軋制，得到鋼卷的性能數(shù)據(jù)見(jiàn)表4，取樣金相組織見(jiàn)表5、圖2。

表4 SPCC-DJ鋼力學(xué)性能指標(biāo)

表5 SPCC-DJ鋼樣件金相組織

照片1 500x 照片2 100x

產(chǎn)品的金相組織為鐵素體和球粒狀滲碳體，屈服強(qiáng)度207MPa，樣件產(chǎn)品經(jīng)過(guò)用戶(hù)使用，反饋產(chǎn)品壓型后，壓型板有部分區(qū)域回彈，顯示成品板強(qiáng)度較高，不利于后期加工，由此需要對(duì)后續(xù)試用產(chǎn)品強(qiáng)度進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化[3]。

2.2 第二階段的軋制工藝優(yōu)化及效果

第一次產(chǎn)品試制后的使用效果表明，屈服強(qiáng)度的余量較大，而延伸相對(duì)仍有待提升，電機(jī)殼用鋼的性能需要進(jìn)一步完善。

確定主要優(yōu)化措施：(1)對(duì)成分中碳含量進(jìn)行優(yōu)化，含碳量控制在≤0.04%；(2)成分中進(jìn)一步提高 Al/N比，有利于退火過(guò)程中釘扎作用，有利于降低帶鋼強(qiáng)度；(3)對(duì)板形及厚度尺寸的均勻性進(jìn)行有效控制，在生產(chǎn)過(guò)程中提高軋機(jī)的穩(wěn)定性；(4)退火爐溫度由710℃改為730℃；(5)冷軋平整延伸率由1.9%降為1.5%～1.7%。

調(diào)整平整工藝的主要原因是樣件強(qiáng)度較高，可以通過(guò)降低平整延伸率(即由原1.88%降為1.5%)來(lái)降低帶鋼強(qiáng)度，同時(shí)又能保證帶鋼板形，避免造成屈服平臺(tái)出現(xiàn)。

對(duì)電極殼鋼的化學(xué)成分中碳含量和AL/N比進(jìn)行了優(yōu)化，見(jiàn)表6。調(diào)整后的冷軋軋制工藝見(jiàn)表7。

表6 調(diào)整后化學(xué)成分 %

表7 軋機(jī)實(shí)際控制工藝參數(shù)

精整區(qū)域?qū)ν嘶馉t工藝溫度及平整機(jī)延伸系數(shù)進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，以此來(lái)提高產(chǎn)品的延伸率。退火溫度調(diào)整為730℃，退火時(shí)間為37h; 延伸率設(shè)定值1.5%,平整延伸率實(shí)際值1.54%。

工藝優(yōu)化后，第二次試制得到鋼卷的力學(xué)性能屈服強(qiáng)度181MPa，抗拉強(qiáng)度282MPa斷后延伸率53.5%金相組織見(jiàn)表8、圖3。

表8 工藝優(yōu)化后產(chǎn)品金相組織

500x 100x

相比第一階段產(chǎn)品性能強(qiáng)度降低了20MPa，延伸提高了2.5%，延伸率的提高有利于產(chǎn)品后期壓型。金相組織為鐵素體+球粒狀滲碳體，晶粒度為8級(jí)，保證了帶鋼的韌性。鋼板延伸較好，整體鋼板晶粒細(xì)化，大小均勻，由此鋼板性能組織均勻，得到了合格的產(chǎn)品。

采用第二次試制后確定的生產(chǎn)工藝，批量生產(chǎn)電極殼鋼，生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定,用戶(hù)使用后反饋，產(chǎn)品壓型良好，板面平整，成品性能滿足了用戶(hù)需求。

3 結(jié)束語(yǔ)

八鋼生產(chǎn)的電極殼鋼的力學(xué)性能及組織控制中，屈服強(qiáng)度控制在180～200MPa，對(duì)于深加工現(xiàn)場(chǎng)的模型壓膜十分有利，既保證了產(chǎn)品強(qiáng)度，又有良好的延展性，鐵素體+球粒狀滲碳體的內(nèi)部組織，晶粒度控制在8級(jí)以上，晶粒細(xì)化，則更容易得到較合適的延伸率。在冷軋環(huán)節(jié)，軋機(jī)軋制過(guò)程中重點(diǎn)是要保證產(chǎn)品板形及外形尺寸精度，這對(duì)于后期用戶(hù)切割、焊接等工序的順利進(jìn)行十分關(guān)鍵。