低合金高强度Q345B冷轧薄钢带的研制开发

刘金元，侯元新，王超群（山东泰山钢铁集团有限公司，山东莱芜271100）



低合金高强度Q345B冷轧薄钢带的研制开发

刘金元，侯元新，王超群
（山东泰山钢铁集团有限公司，山东莱芜271100）

摘要：根据低合金高强度Q345B冷轧薄钢带的质量要求，通过分析不同冷轧压下率对钢带组织性能的影响，确定了产品的冷轧总压下率及压下规程；通过探讨退火温度及保温时间对产品组织性能的影响，确定了产品的退火工艺参数（700℃× 16 h）；通过优化平整张力、轧制力等工艺参数，消除了产品的屈服平台和横折纹缺陷。泰钢开发生产的Q345B冷轧薄钢带屈服强度≥350 MPa，抗拉强度≥500 MPa，具有冲压性能好、表面光洁、粗糙度均匀、板形平直、厚度精度高等特点，满足标准及技术要求，满足客户使用要求。 是对文章内容准确、概括而不加评论的简短陈述。摘要应具有独立性和完整性。一般以第三人称的语气，避免用“我们”、“作者”、“本文”、“本研究”等作为文摘的开头。

关键词：冷轧薄钢带；Q345B；冷轧压下率；退火；平整

1　前言

泰钢集团冷轧厂拥有浅槽紊流推拉式酸洗机组、单机架六辊HC可逆轧制机组、电解脱脂机组、全氢光亮罩式退火炉、四辊平整机组、精整机组、拉矫机组等先进的生产设备，具备生产高强度Q345B冷轧薄钢带的条件。针对高强度Q345B冷轧薄钢带既要满足冲压性能又要达到高强度、板形平直、表面光洁、高级厚度精度等技术难题，通过研究冷轧压下率对钢带再结晶温度的影响，分析不同退火工艺下钢带的微观组织和成形性能变化等，确定钢带的生产工艺，成功开发出了Q345B冲压用低合金高强度冷轧薄钢带。

2　产品开发及工艺优化

产品技术要求：规格（1.0～2.0）mm×（720～860）mm；化学成分：C 0.16%～0.2%，Mn 1.2%～1.7%；物理性能：屈服强度≥350 MPa，抗拉强度≥500 MPa，断后伸长率≥35%（标准要求≥30%），硬度：HRB 65～75，n值≥0.18，r值≥1.4；厚度偏差± 0.02 mm（标准要求±0.12 mm），宽度偏差0～+2 mm（标准要求0～+4 mm）；粗糙度：0.6 μm＜Ra＜1.3 μm；板形平直（不平度≤2 mm，标准要求≤10 mm），表面光洁，无黑斑、氧化色等缺陷。

2.1控制带材酸洗表面质量

Q345B冷轧基料经盐酸酸洗机组酸洗后表面存在明显发黑现象，经轧制后也不能完全消除，影响产品表面质量。分析认为，主要原因是冷轧原料氧化铁皮增厚，酸洗溶液浓度、温度偏低，漂洗水pH值偏低，热风干燥温度偏低。据此制定相应控制措施。

1）提高酸洗盐酸的浓度和温度。盐酸和热轧钢带表面氧化铁皮的反应能力随盐酸浓度和温度的提高而提高（见图1、图2），但提高盐酸浓度的效果比提高温度好，当酸浓度从2%增大到25%时，盐酸酸洗速度增加10倍。因此将4号酸罐盐酸浓度由145～220 g/L提高到180～240 g/L，1号酸罐盐酸浓度由45～130 g/L提高到100～120 g/L。通过定期对加热酸洗盐酸的石墨加热器进行疏通，对达不到加热要求的石墨加热器进行更换，按工艺规程要求控制各个酸槽的温度，提高了钢带酸洗表面质量。

图1　酸洗浓度与酸洗时间的关系

图2　酸洗温度与酸洗时间的关系

2）提高漂洗水的pH值、热风干燥温度和吹边效果。每次生产之前对酸洗挤干辊和气缸进行检查，对存在裂纹、脱胶、磨损严重的挤干辊立即进行更换，恢复挤干辊气缸功能。根据不同位置和不同材质的挤干辊制定换辊周期，在报废之前进行更换，提高了挤干辊的挤干效果，减少了带入漂洗槽的酸液，提高了漂洗水的pH值。通过保证加热蒸汽的压力≥0.4 MPa，热风干燥器吹风温度提高到120℃以上，并且在热风干燥装置之前，配备有一对喷吹压缩空气的吹边装置，该装置可将积存在钢带两边的残液向钢带的外侧吹刷，消除了酸洗钢带边部带水的问题。

2.2确定冷轧总压下率

在冷轧过程中，影响冷轧板冲压性能的因素有总压下率、压下分配、工艺润滑和张力等，其中总压下率是最主要的影响因素。冷轧压下率与加工硬化的关系为冷轧压下率每增加10%抗拉强度增加50 MPa。根据产品厚度（1.6～1.75 mm）和Q345B钢种材质偏硬以及轧机轧制能力，采用50%～57%的冷轧总压下率进行轧制。依据轧制总压下率公式（h0－h）/h0×100（其中h0为基料厚度，h为轧材厚度），采用厚度为3.5～3.75 mm的冷轧基料进行验证。因产品经过平整工序，设置0.02 mm的轧制预留量。开发产品设置的冷轧总压下率不在“临界变形量”内，不会出现异常粗大的晶粒。

1）冷轧压下规程的优化。压下规程是轧制各道次的压下量分配制度，其目的是在保证产品质量的前提下，使轧机设备能力得到充分的发挥。压下量分配受到诸多因素的影响，如主电机功率、轧辊强度、材料塑性、润滑条件和原料尺寸等。为使板形良好，通常以等压力轧制分配各道次压下量，即对各道次轧制力来说是相等的，而压下率是依道次下降的。为了减小原料硬度高的影响，采用减小第1道次轧制力和降低第1道次轧制速度的方式进行轧制。冷轧轧制工艺参数见表1。

表1　1.75 mm及1.6 mm产品冷轧轧制工艺参数

2）冷轧钢带组织及性能的分析。冷轧后的金相组织具有明显冷硬钢带的组织特征，主要是铁素体和片层状的珠光体。晶粒顺着轧制方向伸长、压扁、破碎，形成纤维状，同时晶粒内部出现一些相互平行的滑移，出现许多细小的碎块（小晶块），即亚晶粒。在亚晶粒的边界集聚有大量位错，存在着严重的晶格畸变，使晶体的屈服强度和抗拉强度大为增加，这是导致钢带屈强比高、伸长率低的主要原因。

2.3制定退火工艺参数

再结晶退火工艺对冲压用高强度冷轧板成品的再结晶组织、有利织构取向和性能有着重要影响，是保证成品性能的重要工艺环节。Q345B酸洗钢带经过冷轧后位错密度急剧升高，产生的加工硬化只有通过再结晶退火才能消除。冷轧后的组织经过回复、再结晶和晶粒长大过程，最终获得理想的冲压性能。

2.3.1再结晶温度特性

为了掌握Q345B钢的再结晶特性，采用硬度法测定了总压下率50%和57%的冷轧钢带在400～700℃范围内的金属软化曲线（见图3）。

当加热温度低于400℃时，试样硬度呈上升趋势，且在400℃左右硬度出现峰值。而加热温度高于400℃，试样开始回复，其硬度逐渐降低，450℃时，硬度值下降到室温时的水平。出现硬度上升的原因主要是形变时效，即由于在冷轧之后，钢中存在大量位错，在低温加热后，α-Fe中的碳、氮原子能够与位错发生弹性交互作用，通过扩散富集在位错周围，形成柯氏气团，从而使钢的硬度增大，塑性和韧性下降。500℃时回复过程剧烈，硬度下降较快；当加热温度为560℃左右时，试样开始再结晶；560～600℃硬度快速下降，此时，晶内大量形核，并迅速长大；600℃时则基本上完成了再结晶过程，之后硬度下降变缓，形成了均匀的再结晶晶粒。

由图3可以看出，冷轧总压下率对Q345B冷轧钢带再结晶温度的影响并不明显，变形量分别为50%和57%两种试样的再结晶软化曲线有着相似的走势，其再结晶开始温度都在560℃左右，而终了温度也都约为660℃，且在560～600℃硬度下降迅速，再结晶过程进行充分。因此再结晶温度均为600℃左右。由于Q345钢中微合金元素的加入，阻碍了再结晶晶粒的迅速长大，延缓了再结晶过程，即使有更多的成核核心，也不能很快完成再结晶过程，这也是总压下率增大而再结晶速度没有加快的原因。

图3　Q345B钢的软化曲线

2.3.2退火参数对组织的影响

钢带冷轧压下率为57%，不同退火温度及保温时间退火后带材的金相组织如图4所示。

图4　试验钢不同工艺退火后的金相组织

退火后，钢带组织由铁素体＋珠光体＋渗碳体组成，珠光体大多分布在铁素体晶界。660℃×4 h退火后，加工硬化已完全消失，晶粒重新形核并长大，但此时再结晶铁素体晶粒形状和大小不规则，渗碳体的含量也较多（图4a）。680℃×4 h退火后铁素体晶粒的大小和形状仍不规则（图4b）。当温度升高到700℃×4 h退火后，铁素体晶粒进一步长大，已充分完成再结晶过程，晶粒内部较完整，其大小和形状变得均匀，形成了细小均匀的等轴晶（图4c）。随着退火温度的增加，珠光体数量逐渐减少，渗碳体更加弥散分布，但珠光体的分布不均匀，呈条带状（图4c、图4d）。

在700℃退火时，随着退火时间的延长，铁素体晶粒尺寸逐渐增大，但增大幅度较小，保温时间没有退火温度的影响显著。在罩式退火条件下，为了实现强度与冲压性能的良好配合，即要控制晶粒度的大小，以保证足够的强度，又要保证晶粒的充分增长（图4e），以实现良好的冲压成形性能。

综合考虑，Q345B冷轧钢带的退火工艺参数为：退火温度700℃，退火保温时间16 h，闷罩时间2 h。上述工艺处理后产品的屈服强度362～376 MPa，抗拉强度519～624 MPa，伸长率36%～38%；硬度HRB 67～73。

2.4优化平整工艺

冷轧退火后的Q345B钢带在平整过程中产生了横折纹缺陷，严重影响平整后钢带的表面质量及其力学性能。表面横折纹的纹理方向基本上与钢带运行方向成90°，出现的宽度范围大小不一，有时横折纹贯穿整个板宽，有时出现在一定范围内，不但肉眼可见，严重时有手感。分析认为造成横折纹缺陷的主要原因是张力和轧制力设定不合理，为此采取调整措施：1）调整张力。在不影响板形和伸长率的前提下，适当减小平整机入口处张力值，减小钢带拉应力，可以避免或减轻横折纹缺陷。2）调整平整轧制力。通过试验，在平整Q345B钢带时，同规格轧制力增加（1 800～1 900）kN，消除了横折纹缺陷。1.6～1.75 mm厚度Q345B钢带平整工艺参数为：开卷张力（25～30）kN，轧制力（4 300～4 600）kN，卷取张力（35～45）kN。

3　结语

按照开发及优化的生产工艺实现了低合金高强度Q345B冷轧薄钢带的批量生产，产品检验表明，冷轧薄钢带力学性能、硬度、尺寸偏差及表面质量全部满足技术要求。屈服强度≥350 MPa，抗拉强度≥500 MPa，断后伸长率≥35%；硬度HRB 65～75；n值≥0.18，r值≥1.4；厚偏差度±0.02 mm，宽度偏差0～+2 mm；粗糙度：0.6 μm＜Ra＜1.3 μm；不平度≤2 mm，表面光洁，无黑斑、氧化色等缺陷。与常规冷轧钢带相比，具有冲压性能好、强度高、表面光洁、粗糙度均匀、板形平直、厚度精度高等特点，广泛应用于汽车、轻工、机械、石化、建筑、化工等行业。泰钢开发生产的低合金高强度Q345B冷轧薄钢带经客户使用，完全满足使用要求。

Development of Q345B High Strength Low Alloy Cold Rolled Steel Strip

LIU Jinyuan, HOU Yuanxin, WANG Chaoqun
（Shandong Taishan Iron and Steel Group Co., Ltd., Laiwu 271100, China）

Abstrraacctt:: According to the quality requirements of high strength low alloy Q345B cold-rolled thin steel strip, based on analysis of different cold rolling reduction ratio on Microstructure and properties of steel strip, the total cold rolling reduction rate and pressure regulation for the products were determined; through the discussion of the annealing temperature and the effects of holding time on the microstructure and properties of the products, the products of annealing process parameters (700℃×16 h) was determined. At the same time, by optimizing the process parameters including flat tension and the rolling force, the yield platform and transverse crease defect of products can be eliminated. The yield strength of the Q345B cold rolled thin steel belt produced in Taishan Steel is more than 350 MPa and the tensile strength is more than 500 MPa. The products have many characteristics such as good stamping performance, smooth surface, uniform roughness, flat plate shape and high thickness accuracy and met the requirements of the standards, technology and customers.

Key worrddss:: cold rolled steel strip; Q345B; cold rolling reduction rate; annealing; flattening

科技论文摘要写作要求

1）报道性摘要。报道性摘要即资料性摘要或情报性摘要，用来报道论文所反映的作者的主要研究成果，向读者提供论文中全部创新内容和尽可能多的定量或定性的信息。尤其适用于试验研究和专题研究类论文。篇幅100～300字。其内容比较详细，应包括研究的目的、方法、结果和结论，应是具体内容，尽量反映文章的主要信息。重点是结果和结论，将论文创新的、具有特色的内容表达出来。一般情况下，向学术性及技术性科技期刊投稿应选用报道性摘要形式。

2）指示性摘要。仅仅指出文章用什么方法研究了什么问题，而不涉及结果及结论。以数学解析为主的论文、综述性的文章经常用这种摘要。篇幅一般50~100字。

3）报道—指示性摘要。以报道性文摘的形式表述论文中最重要的内容，即信息价值较高的部分，而以指示性文摘的形式表述其余作者认为不太重要的内容，以避免摘要写得太长且重点不突出。

（燕明宇）

生产技术

生产技术

作者简介：刘金元，男，1973年生，1995年毕业于济南大学计算机科学与技术专业。现为泰钢冷轧部副部长，高级工程师，从事冷轧工艺研究和产品质量管理工作。

收稿日期：2015-06-18

中图分类号：TG335.12

文献标识码：B

文章编号：1004-4620（2015）06-0014-03