提高Q195熱軋帶鋼塑性生產(chǎn)工藝實踐

史付悅

（天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司，天津 301500）

0 引言

Q195熱軋帶鋼是一種碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有高的塑性、韌性、焊接性以及良好的冷加工性，被廣泛應(yīng)用于汽車、家電、建筑、交通等行業(yè)。隨著市場同質(zhì)化競爭的加劇，下游用戶對Q195熱軋帶鋼性能的要求越來越高。而熱軋帶鋼的塑性是帶鋼產(chǎn)品一項非常重要的力學(xué)性能指標(biāo)，它是判斷熱軋帶鋼后續(xù)加工性能優(yōu)劣的重要依據(jù)，對熱軋帶鋼后續(xù)的冷軋加工、沖壓加工有著直接的影響。天津市新天鋼聯(lián)合特鋼有限公司（后稱天鋼聯(lián)合特鋼）生產(chǎn)的部分Q195熱軋帶鋼產(chǎn)品，是用于下游冷軋制品的基料，對帶鋼塑性要求嚴(yán)格。目前，天鋼聯(lián)合特鋼生產(chǎn)的部分批次Q195冷軋基料存在強(qiáng)度偏高、塑性低的情況，這給下游冷軋、酸洗用戶帶來了一定的影響。

伸長率是代表熱軋帶鋼塑性的一項重要指標(biāo)，是判斷鋼材塑性均勻變形或穩(wěn)定變形的重要參數(shù)。因此，若想提升Q195熱軋帶鋼的塑性就需要對帶鋼的伸長率指標(biāo)進(jìn)行改進(jìn)。本文結(jié)合生產(chǎn)實際，對影響Q195熱軋帶鋼塑性的各種因素進(jìn)行了梳理，通過對Q195熱軋帶鋼伸長率偏低試樣金相檢測結(jié)果的分析，確定了造成Q195熱軋帶鋼塑性偏低的主要原因，并從加熱、保溫、卷取等方面制定了工藝改進(jìn)措施[1]。

1 Q195熱軋帶鋼生產(chǎn)現(xiàn)狀及存在問題

1.1 Q195熱軋帶鋼軋制工藝

圖1為Q195熱軋帶鋼生產(chǎn)工藝流程圖。由圖1可以看出：檢查合格的板坯經(jīng)上料臺架，通過入爐輥道輸送進(jìn)入加熱爐；板坯加熱至工藝規(guī)定的溫度后,由爐中懸臂式輥道送至出爐輥道上,再送往爐后除鱗機(jī)組進(jìn)行除鱗,為粗軋做準(zhǔn)備；除鱗后的板坯送入粗軋機(jī)組進(jìn)行連續(xù)軋制，粗軋后中間坯送至粗軋除鱗機(jī)組進(jìn)行除鱗，隨后根據(jù)需要利用飛剪對中間坯頭部進(jìn)行處理，以保證精軋機(jī)組軋制；粗軋合格的中間坯由輥道輸送至精軋機(jī)組軋制，精軋后帶鋼進(jìn)入精軋除鱗機(jī)組進(jìn)行除鱗，以保證帶鋼表面質(zhì)量；除鱗后的帶鋼進(jìn)入層流冷卻系統(tǒng)進(jìn)行降溫，降至規(guī)定溫度的帶鋼經(jīng)卷取、打包、在線取樣和打標(biāo)后送至成品庫或裝車外運。

圖1 Q195熱軋帶鋼生產(chǎn)工藝流程圖

1.2 Q195熱軋帶鋼存在的問題

天鋼聯(lián)合特鋼在組織生產(chǎn)Q195冷軋基料過程中，部分批次生產(chǎn)的Q195熱軋帶鋼存在強(qiáng)度偏高、塑性較低的情況。下游用戶反饋，隨著冷軋道次的增多，這批Q195冷軋基料加工硬化率逐漸增高，這不但給下游冷軋用戶的生產(chǎn)組織帶來了影響，同時也影響了天鋼聯(lián)合特鋼的品牌及信譽(yù)。

1.3 熱軋帶鋼塑性影響因素的分析

1.3.1 化學(xué)成分影響

普碳鋼作為鐵基合金，其中Fe元素含量的占比達(dá)99%，除此外還有C、Si、Mn、P、S等其他微量元素，這些微量元素的總含量約為1%。這些微量元素的含量占比雖少，但每一項都會對鋼材的力學(xué)性能產(chǎn)生很大的影響。

1.3.2 組織影響

在所規(guī)定的化學(xué)成分組成中,由于金相組織結(jié)構(gòu)的各不相同,鋼材的塑性和變形抗力就會有很大不同。與多相組織結(jié)構(gòu)相比，單相組織結(jié)構(gòu)塑性好、抗力低。而多相組織則由于各種組織間性能的不同,導(dǎo)致鋼材軋制過程中外形變形不一致,另外由于基本相受到其他相的機(jī)械分解,塑性能力降低,變形抗力提高。

1.3.3 冶金缺陷影響

鋼材的冶金缺陷通常包括裂紋、重皮(結(jié)疤)、翹皮、折疊、氣泡等。例如折疊缺陷，他不僅體現(xiàn)在金屬材料表面，甚至深入到材料內(nèi)部，產(chǎn)生向下的裂紋，在熱軋過程中易發(fā)生褶皺缺陷，從而嚴(yán)重影響金屬材料的加工塑性。

1.3.4 加工硬化

隨著冷拉、冷彎、沖壓等冷加工變形量的增加，使金屬材料強(qiáng)度和硬度指標(biāo)提升，韌性和塑性指標(biāo)下降。

1.3.5 軋制溫度影響

鋼材在軋制生產(chǎn)過程中對溫度變化十分敏感，提升或者降低軋制溫度都會使鋼材內(nèi)部組織發(fā)生變化，繼而影響鋼材成品性能。特別是鋼材在末道次軋制過程中遇到冷卻速度過快時，就會引起鋼材奧氏體組織分布不均或者出現(xiàn)馬氏體組織，這都將進(jìn)一步提升鋼材硬度，影響鋼材塑性。

1.3.6 反復(fù)荷載作用影響

鋼材在反復(fù)載荷作用下，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、抗力及整體性能都會發(fā)生重要變化，甚至發(fā)生疲勞破壞。

2 Q195熱軋帶鋼塑性低成因分析

2.1 機(jī)械性能檢測分析

伸長率是鋼材機(jī)械性能中的一項重要指標(biāo)，是判斷鋼材塑性均勻變形或穩(wěn)定變形的重要參數(shù)。通過檢測Q195熱軋帶鋼的伸長率指標(biāo)，就可以判斷出鋼材塑性能力的優(yōu)劣。圖2為工藝優(yōu)化前天

鋼聯(lián)合特鋼生產(chǎn)的Q195熱軋帶鋼伸長率。由圖2可以看出：工藝優(yōu)化前Q195熱軋帶鋼伸長率在32～40%范圍內(nèi)，這與其他廠家相比偏低，需要通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝來改善伸長率指標(biāo)。

圖2 工藝優(yōu)化前Q195熱軋帶鋼伸長率

2.2 金相組織檢測分析

對伸長率偏低的Q195熱軋帶鋼取金相樣進(jìn)行分析，分析結(jié)果如圖3所示。由圖3可以看出，軋制后帶鋼晶粒度在8.0～9.5級之間，并出現(xiàn)混晶。經(jīng)對生產(chǎn)流程梳理，發(fā)現(xiàn)造成熱軋帶鋼金相組織異常的原因有以下幾方面：

圖3 工藝優(yōu)化前Q195熱軋帶鋼金相組織

（1）板坯內(nèi)外及沿長度頭尾方向加熱不均，造成鋼坯奧氏體組織異常。

（2）精軋過程中，由于精軋起始軋制溫度過低，引起鋼坯內(nèi)部產(chǎn)生兩相區(qū)，中間坯在兩相區(qū)軋制會導(dǎo)致出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象，進(jìn)而影響熱軋帶鋼塑性。

（3）冷卻速度過快，會造成Q195熱軋帶鋼內(nèi)部組織發(fā)生固態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度和速度不均勻，進(jìn)而引發(fā)帶鋼組織異常，影響塑性指標(biāo)。

3 熱軋帶鋼組織性能對冷軋產(chǎn)品的影響

鋼坯加熱參數(shù)（加熱溫度以及保溫時間）、終軋溫度、卷取溫度和軋機(jī)末道次軋制壓下量等都是影響熱軋帶鋼成品組織性能的重要因素。

決定熱軋、冷軋鋼材組織特性的是鐵素體晶粒組織情況，包括鐵素體晶粒的大小、形狀及均勻程度；同時滲碳體大小以及分布的彌散程度也會對鋼材組織特性產(chǎn)生影響。如果冷軋帶鋼內(nèi)部晶粒組織過大，在經(jīng)過多道次冷軋或者沖壓加工后，加工件表面會形成嚴(yán)重缺陷。

冷軋退火后鋼板的鐵素體晶粒大小，除了與冷軋熱處理條件有關(guān)外，也與熱軋帶鋼的顯微組織有關(guān)。熱軋帶鋼的顯微組織特征保持在冷軋薄板上，冷軋不能消除熱軋變形時得到的粗大晶粒、過細(xì)晶粒及晶粒不均，這些都將遺傳在冷軋帶鋼上[2]。因此，控制熱軋帶鋼的組織性能對提升后續(xù)冷軋產(chǎn)品質(zhì)量有著十分重要的影響。

4 提升Q195熱軋帶鋼塑性生產(chǎn)實踐

4.1 主要工藝改進(jìn)措施

4.1.1 優(yōu)化加熱工藝

在原來板坯加熱溫度的基礎(chǔ)上提高30℃，嚴(yán)格控制加熱時間，使得奧氏體組織均勻并保證粗軋的開軋溫度；避免冷、熱坯同爐不同溫；杜絕鋼坯內(nèi)外溫度不均產(chǎn)生的熱應(yīng)力給粗軋、精軋帶來不良影響。重新調(diào)整的Q195熱軋帶鋼鋼坯加熱工藝參數(shù)如表1所示。為避免鋼坯加熱溫度不均、過熱、過燒、粘鋼等現(xiàn)象發(fā)生，優(yōu)化了加熱爐的加熱工藝：

表1 Q195熱軋帶鋼鋼坯加熱工藝參數(shù)

（1）加熱溫度要均勻，鋼坯整體溫差控制在30℃以內(nèi)。

（2）加熱爐空燃比控制在0.7～0.8范圍內(nèi)。

（3）爐內(nèi)采用微正壓加熱，爐壓控制在10～30Pa。

（4）出鋼節(jié)奏≤60s時，按中上限控制爐溫；出鋼節(jié)奏＞60s時，按中下限控制爐溫。

（5）Q195熱軋帶鋼鋼坯入爐時，在按組批原則執(zhí)行的前提下，盡可能避免冷、熱坯交叉混裝，冷坯要集中入爐，每次裝冷坯不少于20支。

（6）冷、熱坯混裝時，按冷坯加熱制度控制。

4.1.2 增加中間輥道保溫裝置

粗軋至精軋輥道增加保溫罩（見圖4），防止中間坯在精軋入口處溫度過低，內(nèi)部組織過早向鐵素體轉(zhuǎn)變，造成精軋壓下困難和加工硬化。輥道保溫措施實施后，精軋機(jī)組軋制情況良好，軋制電流及軋制力穩(wěn)定，中間坯在精軋入口處溫度控制在≥1000℃。

4.1.3 優(yōu)化卷取工藝

根據(jù)不同規(guī)格Q195熱軋帶鋼調(diào)整層流冷卻工藝參數(shù)，通過合理測算帶鋼卷取速度與冷卻溫度變化的關(guān)系曲線，保證合理的卷取溫度，避免因出現(xiàn)冷卻速度過快或冷卻不均勻造成金屬組織異常，而影響鋼材塑性指標(biāo)。優(yōu)化后的卷取溫度控制在650～680℃。

圖4 粗軋至精軋軌道保溫罩

4.2 實施效果分析

（1）工藝優(yōu)化后，天鋼聯(lián)合特鋼當(dāng)年11月份生產(chǎn)的Q195熱軋帶鋼伸長率穩(wěn)定在38～45%，帶鋼塑性明顯提升。工藝優(yōu)化后Q195帶鋼伸長率如圖5所示。

圖5 工藝優(yōu)化后Q195熱軋帶鋼伸長率

（2）工藝改進(jìn)措施實施后，Q195熱軋帶鋼的金相組織正常、晶粒分布均勻，晶粒度達(dá)到10～11級。工藝優(yōu)化后Q195熱軋帶鋼金相組織如圖6所示。

圖6 工藝優(yōu)化后Q195熱軋帶鋼金相組織

5 結(jié)語

本文分析了Q195熱軋帶鋼塑性低的原因，根據(jù)分析原因分別給出了優(yōu)化解決方案，同時，分析了熱軋帶鋼組織性能對后續(xù)冷軋產(chǎn)品性能的影響。從現(xiàn)有生產(chǎn)工藝流程來看，影響Q195熱軋帶鋼塑性的主要因素是軋制溫度制度制約，具體包括鋼坯加熱溫度、軋制溫度以及卷取溫度，各環(huán)節(jié)的溫度會影響到材料內(nèi)部組織情況。生產(chǎn)實踐表明，通過優(yōu)化后新工藝的實施，Q195熱軋帶鋼伸長率指標(biāo)明顯提升，帶鋼塑性加工變形能力顯著改善。

目前，天鋼聯(lián)合特鋼生產(chǎn)的Q195熱軋帶鋼主要應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)、家電背板和摩托車架等領(lǐng)域。可以說，此次Q195熱軋帶鋼塑性指標(biāo)的提升，滿足了下游冷軋、酸洗用戶的要求，同時也對未來增加下游產(chǎn)品種類、升級生產(chǎn)技術(shù)、促進(jìn)產(chǎn)品更新?lián)Q代奠定了良好的基礎(chǔ)。