冷却工艺提高SS400B产品力学性能的实践研究

魏明贺

(吉林电子信息职业技术学院冶金学院,中国吉林 132021)

冷却工艺提高SS400B产品力学性能的实践研究

魏明贺

(吉林电子信息职业技术学院冶金学院,中国吉林 132021)

SS400B钢日本牌号,是一种含硼微合金的钢材,主要用于出口。通钢采用薄板坯连铸连轧工艺成功开发该牌号钢材,但在生产6 mm以上规格过程中,产品性能总不能达到标准要求,经分析是冷却和卷取工艺的影响。通过分析冷却制度和卷取温度等工艺参数对产品性能的影响,提出了改进方案,实现改善6 mm以上规格产品性能的目的。

冷却工艺;提高;SS400B;力学性能;研究

1 引言

SS400B是一种日本牌号的含硼微合金化钢,主要用于出口,国家为鼓励开发含硼钢,在出口政策上给予一定的支持,因此具有广阔的出口应用前景,是目前通钢生产的热轧板卷出口材所占比例最大的钢种。2015年10月以来,6 mm以上厚度的用户对产品提出了更高的性能要求,具体要求是:屈服强度要求高于250 MPa,抗拉强度高于450 MPa,延伸率高于20%。板卷抗拉强度要求明显高于其他规格产品[4]。在开发过程之初,6 mm以上规格产品整体强度偏高,但塑性偏低,为突破此技术瓶颈,对冷却工艺进行了多次试验,通过对比不同冷却工艺的产品性能,确定了一套符合通钢实际的SS400B卷取冷却工艺。

2 生产工艺

2.1 生产工艺流程

高炉铁水→鱼雷罐车运输→脱硫预处理工艺→120吨转炉吹炼→LF炉精炼→薄板坯连铸机→辊底式均热[5]→7架次热连轧机连轧→层流冷却工艺→地下卧式卷取→库房。

2.2 冶炼工艺参数设计

根据订单产品性能要求,SS400B钢硼的含量要大于或等于0.0009%,实际生产中要求控制在0.001%左右[1]。参考SS400钢的冶炼成分参数,锰含量要求控制在0.26%～0.28%,因此SS400B的锰含量要在SS400的基础上,提高锰的含量,减少由于低熔点FeS的产生而引起的裂纹,并且能够促使塑性夹杂物MnS的产生,可降低铸坯裂纹敏感指数[1]。

表1 SS400B化学成分(wt,%)

2.3 轧制工艺

通钢生产经验表明,SS400B带钢在轧制过程中,粗轧单道次变形量达到35%时就会发生动态再结晶,粗轧第2道次变形量达到40%时也会发生动态再结晶[2]。而在后面的精轧过程中,为了出现板形质量良好的成品,必须逐道降低压下率。

在生产厚规格带钢时,由于带钢携带的热焓较薄规格带钢高,带钢表层与内部之间存在温度差,即使在层流冷却设备全开的情况下,仍然存在冷却过程中及冷却后温度回升提高的现象,我们称这种现象为“返温”。[2]这种现象的存在使实际卷取温度高于设定值,因此,适当降低终轧轧制速度,增加冷却时间,有利于控制卷取温度达到设定值。

2.4 冷却和卷取工艺

在试制SS400B出口材的研究过程中,采用了三种不同的冷却工艺,详见表2。在研究开始阶段,选用的是卷取温度为600～620℃(工艺1),生产出的板卷强度较高,但延伸率却偏低;试验提高了卷取温度到640～660℃(工艺2),改变温度在一定程度上提高了塑性,但使板卷强度下降;综合了工艺1和工艺2后,为进一步改善板卷性能,在确保卷形质量良好和确保设备能力允许的条件下,将卷取温度提升至660±10℃。

表2 SS400B冷却工艺

针对SS400B强度过高的问题,生产中尝试采用了均匀冷却模式,在确保获得理想卷形条件的前提下,进一步弱化了带钢冷却强度,经实践证明,生产工艺控制稳定、效果良好。

3 产品力学性能检验结果

3.1 不同冷却工艺下的产品力学性能

采用工艺1、工艺2、工艺3冷却工艺的SS400B成品屈服、抗拉强度和延伸率见图1。

图1 工艺1-工艺3卷取温度下带钢力学性能

2.2 冷却工艺对产品性能的影响

通过对工艺1、工艺2和工艺3的屈服强度、抗拉强度和延伸率的对比,见图2。如图中所示,采用工艺3的带钢比工艺2条件下带钢的屈服强度平均降低28.44 MPa,抗拉强度平均降低32.60 MPa,延伸率平均提高0.42%;工艺3比工艺1的屈服强度平均降低33.05 MPa,抗拉强度平均降低40.42 MPa,延伸率平均提高3.00%。

图2 工艺1、2、3不同卷取温度下的成品平均性能对比

4 讨论

4.1 冷却工艺对成品性能的影响

对于SS400B这样的C-Mn系钢来说,在随后的热轧过程及层流冷却过程中,氮化铝来不及析出,如果卷取温度较高,氮化铝会在卷取过程中继续析出,使氮元素由间隙固溶状态转化为化合态,弱化氮的固溶强化作用,降低板卷的屈服强度[3]。但在氮化铝的析出过程中,卷取温度如果偏低,就会抑制氮化铝的析出,使氮元素保持固溶状态。

由于SS400B中含有一定量的硼,对于微合金化钢来说,硼容易在高温奥氏体状态下与自由氮形成粗大的氮化硼颗粒,而氮化铝颗粒的形成就会减少,会削弱氮化铝对奥氏体晶粒的钉扎作用,能帮助热轧板卷晶粒的成长。卷取温度的升高可以更加促进硼微合金化钢对板卷屈服强度的弱化作用,显著降低热轧板卷屈服强度和抗拉强度,延伸率也会有明显的改变。

在试制SS400B采用的冷却工艺中,采用均匀冷却工艺比后段冷却工艺降低了奥氏体向铁素体和珠光体转变的动力,减慢了两相转变时间,给铁素体晶核的成长提供了充足的时间,使铁素体晶粒相对较大,这样有助于减小板卷抗拉强度及提高板卷塑性。

4.2 冷却工艺对高倍组织的影响

对三种冷却工艺条件下的SS400B试样进行高倍组织检验,见图3,经对比可以看出,成品板卷晶粒尺寸随卷取温度的降低而减小:使用大温差冷却的工艺比使用小温差冷却的工艺生产的板卷晶粒要大2～3个等级。

相关研究和本文所述的SS400B生产实践结果表明,通过调整层流冷却模式使带钢高温停留时间延长,成品板卷铁素体晶粒尺寸增加,屈强比降低[4]。

图3 不同冷却条件下SS400B高倍组织(×100)

4.3 冷却工艺提高SS400B力学性能的作用分析

采用不同冷却工艺得到的SS400B力学性能存在着明显不同,在对SS400B生产工艺数据和性能结果进行统计分析后,可以看出冷却工艺对产品力学性能影响的作用:在不考虑厚度影响的条件下,冷却温度对屈服强度的作用约为-0.69 MPa/℃,对抗拉强度的作用约为-0.89 MPa/℃,对延伸率的作用约为+0.032%/℃。通过分析冷却工艺对SS400B力学性能作用程度,可以为SS400B力学性能改善提供实践依据,同时还可以对含硼的C-Mn系钢种的冷却工艺改进起到借鉴作用。

5 结语

(1)冷却工艺对SS400B成品力学性能影响明显,随冷却温度差的增大,板卷晶粒尺寸增大2～3个等级,成品板卷屈服和抗拉强度明显降低。

(2)按照试制研究的成分设计,选择650～670℃卷取温度和大温差冷却工艺可以使SS400B获得最佳力学性能,成品屈服强度约为326 MPa,抗拉强度约为487 MPa,延伸率约为20.6%,性能符合用户要求并控制稳定。

[1] 蒋胜军.钢中微量硼的测定方法研究及其对钢淬透性的影响[D].浙江:浙江工业大学,2015.

[2] 吕长宝.SS400厚规格带钢力学性能的控制[J].轧钢, 2008(4):12-15.

[3] 肖丽俊,郭亚东,刘家琪,等.硼对低碳铝镇静钢中Al N、MnS析出的影响[J].材料与冶金学报,2006(1): 53-56.

[4] 周学浩,孙有平,张扬扬,等.固溶时效对7055铝合金组织和性能的影响[J].广西科技大学学报,2016(2): 81-86.

[5] 殷 楷,付建军,李富峰.FTSC工艺生产热轧板卷的质量控制[J].天津冶金,2012(2):14-16.

Practice Study on Improving Mechanical Properties of SS400B Product by Cooling Process

WEI Minghe
(Jilin Technology College of Electronic Information,Jilin 132021,China)

SS400B steel grade of Japan,is a boron-bearing micro-alloyed steel,mainly for export.The sheet of this steel grade is successfully developed by thin slab continuous casting and rolling process in Tonggang.However,in the process of production of plate thickness 6 mm above,the product performance can not meet the standard requirements,and analysis is the influence of cooling and coiling process,through analyzing the influence of cooling system and coiling temperature on product performance and improving the performance of specification 6 mm steel sheet.

cooling process,SS400B,mechanical properties,research

TG142.1

A

1001-5108(2017)03-0043-03

魏明贺,副教授,主要从事金属压力加工方面的教学和科研工作。