一次轧程高硬度酒精罐用镀铬板的开发

任振远， 吕苗苗

（唐山不锈钢有限责任公司， 河北 唐山 063000）

镀铬铁，也称为无锡钢，指没有镀铬层的表面处理钢板，即在钢板表面进行电解铬酸盐处理，使钢板表面沉积一层金属铬以及铬的水合氧化物。镀铬铁产品具有低成本、附着力强、耐高温性好、抗硫性强等特点， 被广泛地应用于皇冠盖、四旋盖、三片罐的顶底盖和浅冲罐等包装行业[1]。

某厂在产品开发初期，采用两次冷轧轧程生产高硬度DR8 酒精罐产品，相对于采用一次冷轧轧程工艺生产而言，由于增加一道冷轧工序、一道退火工序，造成生产成本升高，产线效率降低。本文通过研究热轧材质、冷轧、退火、平整工艺对DR8 性能的影响，帮助客户使用一次冷轧轧程生产DR8 酒精罐产品，达到降低成本，提高生产效率的目的。

1 二次冷轧轧程生产工艺介绍

1.1 热轧材质

客户此前采用TDR-2.5S 热轧产品，原料实际成分如表1 所示。

表1 TDR-2.5S 化学成分 %

1.2 二次冷轧轧程生产工艺

客户采用二次冷轧轧程工艺生产高硬度DR8酒精罐产品，生产工艺：热卷—冷轧—脱脂—退火—冷轧—脱脂—退火—平整—拉矫—镀铬。主要工艺参数如表2 所示。

表2 冷轧生产工艺参数

1.3 产品性能

客户采用二次冷轧轧程工艺生产高硬度DR8酒精罐产品，成品性能如表3 所示。

表3 成品性能

客户采用二次冷轧轧程工艺生产高硬度DR8酒精罐产品，成品性能满足标准要求。

2 一次冷轧轧程生产工艺试验

2.1 试验内容及方法

为提高产品强度，帮助客户试验采用一次冷轧轧程工艺生产。从原料选择方面，建议客户试用C、Mn 含量更高的热轧成分体系，通过增加合金元素含量，利用合金强化作用，提高产品强度。同时选择适宜的冷轧压下率、退火温度、平整压下率等关键工艺参数，试验采用一次冷轧轧程工艺生产。生产工艺方案如表4 所示。

表4 一次冷轧轧程生产工艺方案

2.2 热轧材质选择

2.2.1 试验卷成分设计

推介客户采用高级别TDR-5S 热轧牌号进行试验，试验钢卷成分如表5 所示。

表5 TDR5S 化学成分 %

成分设计采用高Als、高N 设计，m（Als）∶m（N）=20∶1，析出的AlN 阻碍晶粒长大，达到细化晶粒作用。

因晶界可以阻止位错滑移，晶界的总面积越大，即晶粒直径越小越细化强度越高。晶粒平均直径d（m）和屈服强度σy（Pa）的关系式，用霍尔-佩奇公式表示：

式中：ky是晶界阻力；d是多晶体的晶粒直径；σi为组织位错滑移的摩擦力。

通过运用细晶强化机理，采用一次冷轧一次退火，代替二次轧制、两次退火，达到优异的性能。

2.2.2 试验卷热轧工艺设计

采用全流程的细化晶粒控制方案，通过热轧靠近Ar3（Ar3+0～+50 ℃以内）温度终轧，控制“水冷→空冷→水冷”三段式层流冷却路径控制，第一段水冷快速到铁素体转变C 曲线的鼻尖处（A1 点）附近，通过中间较慢的空冷，提高铁素体转变比例，同时铁素体相变诱导AlN 快速析出，AlN 析出可抑制冷轧罩式退火时的晶粒长大，细化晶粒，第二段水冷快速到贝氏体转变温度区间，避开珠光体转变区间，形成铁素体+贝氏体的组织，铁素体+贝氏体有较高的均匀延伸和加工硬化指数，有利于冷轧实现较高的冷轧压下率，贝氏体在冷轧罩式退火后形成细小索氏体组织。热轧工艺有利于冷轧罩式退火细化晶粒，从而提高屈服强度，改善二次冷轧加工性能。进而通过较低的而两次冷轧平整压下量实现高屈服强度和高延伸，保证产品抗折弯度合格。

2.2.3 热轧成品性能

对试验卷进行拉伸性能检测，结果如表6 所示。

表6 热卷力学性能

对试验钢进行金相组织分析，放大倍数为100倍，横、纵向金相组织如图1 所示。

金相组织为铁素体+珠光体+贝氏体，铁素体+贝氏体组织有较高的均匀延伸和加工硬化指数，有利于冷轧罩式退火细化晶粒，从而提高屈服强度，改善二次冷轧加工性能。

图1 金相组织分析

2.3 冷轧工艺设计

r值是评价镀铬板冲压性能好坏的重要参数之一，也是评价冷轧板制耳性能好坏的主要参数。r 值越高，说明制耳性能越好，冲压性能越好，产品冲压时不易开裂。查询压下率对冲压制耳率的影响，如图2 所示。

图2 冷轧压下率与产品r 值影响

皇冠盖、旋开盖、及冲压变形率较小的浅冲罐，要求比较低的制耳率（Δr≤0.5），根据宝钢对冷轧压下率与产品塑性应变比r值影响的研究[1]，如低碳钢镀铬基板冷轧压下率在85%～90%时，r值较高，制耳率较低。为保证镀铬板有良好的冲压性能、制耳效果，因此推荐客户冷轧压下率控制在85%~90%左右，建议客户使用2.75 mm 厚度TDR-5S 材质热卷，冷轧至0.285 mm 厚度，冷轧压下率89.6%。

2.4 退火工艺设计

取TDR-5S 材质0.285 mm 厚度冷轧板样品，模拟退火温度对镀铬成品性能的影响，如图3 所示。

图3 镀铬成品硬度随退火温度的趋势图

退火温度在600 ℃以下时，硬度随退火温度的升高而降低，退火温度达到600 ℃及以上时，硬度比较稳定，因此推荐客户采用610 ℃的退火温度。

2.5 平整工艺设计

选取TDR-5S 材质冷轧、退火后样品，模拟不同二次冷轧压下率对性能的影响，如下页图4 所示。

图4 加工硬化曲线

客户DR8 酒精罐产品屈服强度要求：（550±50）MPa，按照强度目标范围控制，推荐客户采用18.59%～30.00%的平整压下率，建议客户第一道次平整厚度为0.23 mm，第二道次平整厚度为0.2 mm，综合平整压下率为29.80%。

3 结果与分析

3.1 力学性能

客户采用一次冷轧轧程生产工艺方案进行试验，取镀铬成品样品，进行纵向力学性能检测，如表7 所示。

表7 成品力学性能检测

通过批量工艺实验，成品力学性能满足DR8 产品性能要求。

3.2 金相组织

取镀铬成品样品进行金相组织分析，放大倍数为500 倍，横、纵向金相组织如图5 所示。

金相组织为铁素体+渗碳体，晶粒比较细小，渗碳体弥散分布于晶界内。

图5 金相组织分析

4 结论

1）采用C、Mn 含量更高的材质生产DR8 酒精罐产品，运用细晶强化机理，使热板形成铁素体+贝氏体的组织，有利于冷轧罩式退火细化晶粒，从而提高屈服强度，改善二次冷轧加工性能。

2）为保证DR8 产品有良好的冲压性能、获得良好的制耳效果，推荐客户冷轧压下率控制在85%~90%左右，采用610 ℃高温退火工艺，保证AlN 充分析出，阻碍晶粒长大，提高产品强度，平整压下率控制在18.59%～30%，可以实现使用一次冷轧轧程生产DR8 酒精罐产品。

3）使用一次冷轧轧程生产DR8 酒精罐产品，较客户原工艺相比，较少一道冷轧工序、一道退火工序，生产效率提高一倍，成材率提高了1%，生产成本大幅度降低，达到预期目标。