武冠華，孫宏亮，高江濤

( 唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北 唐山 063000)

摘要: 本文通過(guò)產(chǎn)線試制和實(shí)驗(yàn)室模擬相結(jié)合的方式，研究了卷取溫度對(duì) 350 MPa 級(jí)結(jié)構(gòu)級(jí)鍍鋅產(chǎn)品退火后組織和性能的影響。結(jié)果表明: 卷取溫度從 560 ℃ 提升至 600 ℃，熱軋基料第二相組織比例降低19．5% ，性能下降約 20 MPa，冷硬組織退火過(guò)程中的性能轉(zhuǎn)變趨勢(shì)溫度降低 20 ℃，使得退火工藝窗口左移。低溫卷取鋼卷的冷硬強(qiáng)度更高，且隨著退火溫度升高，其強(qiáng)度降低梯度更大，這是由于低溫卷取鋼卷積累了更高的位錯(cuò)密度和形變能，在退火初期再結(jié)晶速率更快。隨著退火溫度升高，第二相纖維組織逐漸消失，兩種卷取溫度鋼卷的強(qiáng)度和延伸率趨于一致?；谠囼?yàn)結(jié)果進(jìn)行的產(chǎn)線試制表明，提高卷取溫度可以有效改善熱軋基料的板形，減少邊部浪形，降低冷軋生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，并使退火后產(chǎn)品性能分布范圍收窄，性能控制穩(wěn)定性增強(qiáng)。

關(guān)鍵詞: 卷取溫度; 退火工藝; 冷軋; 低溫卷取; 位錯(cuò)密度; 形變能; 邊部浪形

0 引言

冷軋結(jié)構(gòu)級(jí)產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于橋梁、高速公路、鐵路、建筑等領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)建筑中，其中鍍層板因具有良好的耐腐蝕性能，伴隨著近年來(lái)我國(guó)光伏行業(yè)的發(fā)展，用量出現(xiàn)顯著提升^［1－3］。結(jié)構(gòu)級(jí)產(chǎn)品通常采用低合金或碳素的成分體系，結(jié)合終端用戶的應(yīng)用特點(diǎn)和加工工藝，通過(guò)全流程工藝把控成品性能，其中熱軋卷取溫度和冷軋退火溫度為影響成品性能的兩個(gè)重要參數(shù)。

河鋼集團(tuán)唐鋼公司采用輥壓成型的方式，利用碳錳成分體系與低卷取溫度、低退火溫度的工藝相結(jié)合開(kāi)發(fā)出低成本 S350GD + Z 產(chǎn)品，但成品性能波動(dòng)范圍較大，同時(shí)低卷取溫度提高了熱軋帶鋼邊部與中部的溫度差，導(dǎo)致熱板內(nèi)應(yīng)力加劇，出現(xiàn)邊部浪形，增加冷軋軋制風(fēng)險(xiǎn)和成品板形控制風(fēng)險(xiǎn)^［4，5］。 為解決上述問(wèn)題，本文以產(chǎn)線試驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室模擬相結(jié)合的方式，以唐鋼 S350GD + Z 產(chǎn)品為研究對(duì)象，研究了熱軋卷取溫度對(duì)冷軋產(chǎn)品退火后組織和性能的影響。

1 試驗(yàn)材料及方法

1．1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用材料為同爐冶煉的 S350GD + Z 鑄坯，為碳、錳成分設(shè)計(jì)，具體化學(xué)成分如表 1 所示。

1．2 試驗(yàn)方法

鑄坯在熱軋產(chǎn)線軋至 4．5 mm，分別執(zhí)行現(xiàn)行卷取溫度 560 ℃和試驗(yàn)卷取溫度 600 ℃，后經(jīng)過(guò)酸軋產(chǎn)線軋至 1．8 mm，在不同卷取溫度對(duì)應(yīng)的鋼卷上分別切取 30 mm × 300 mm 的板狀試樣。利用Gleeble － 3500 熱模擬試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行退火工藝模擬，熱模擬試驗(yàn)方案參考產(chǎn)線工藝制定，帶速 80 m /min，入鋅鍋溫度 455 ℃，退火溫度以 655 ℃為起點(diǎn)向高、低兩個(gè)方向以 5 ～ 20 ℃ 的溫度梯度延伸，溫度區(qū)間610 ～ 700 ℃。

試驗(yàn)各階段的性能試樣為標(biāo)距 80 mm 的標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，應(yīng)用 Zwick Z100 拉伸試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)，在拉伸試樣平行段的對(duì)應(yīng)位置取金相試樣，應(yīng)用 4% 硝酸酒精溶液侵蝕后，應(yīng)用 Zeiss AXIO Imager． A2m 型號(hào)光學(xué)顯微鏡及 SIGMA － HD 掃面電鏡進(jìn)行顯微組織的觀察和采集。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2. 1 熱軋性能及組織

表 2 為采用不同卷取溫度生產(chǎn)的 S350GD + Z熱軋基料熱軋性能，從性能情況可見(jiàn)，同成分鑄坯卷取溫度降低 40 ℃，熱軋基料的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度上升約 20 MPa。

圖 1 為不同卷取溫度下熱軋基料的顯微組織，1#試樣的組織為鐵素體、珠光體和少量貝氏體^{［7，8］}，鐵素體比例 40．5% ，呈針狀或片狀分布，部分位置呈現(xiàn)類似魏氏體的形貌^［9］; 2#試樣的組織為鐵素體和珠光體組成，鐵素體比例 60% ，分布的等軸性明顯增強(qiáng)。通過(guò)高倍電鏡組織觀察，1#試樣形成的珠光體片層間距較小，部分位置出現(xiàn)類似上貝氏體的形貌，同時(shí)存在少量的粒狀貝氏體組織，與之對(duì)比2#試樣的珠光體組織較為細(xì)小，內(nèi)部片層更加清晰。

2．2 退火性能及組織

將兩個(gè)卷取溫度下的熱卷轉(zhuǎn)序至酸軋產(chǎn)線，以60% 的冷軋壓下率軋至 1． 8 mm 厚度，經(jīng)檢測(cè) 1#、2#熱卷對(duì)應(yīng)的冷硬樣板的抗拉強(qiáng)度分別為 921 MPa和 847 MPa。將所制冷硬試樣以 1．2 所述工藝進(jìn)行熱模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)的具體退火溫度為 610 ℃、 630 ℃、640 ℃、650 ℃、655 ℃、660 ℃、670 ℃、 680 ℃、700 ℃。

基于材料科學(xué)理論，冷硬鋼帶在加熱過(guò)程中易發(fā)生回復(fù)與再結(jié)晶，實(shí)現(xiàn)應(yīng)力釋放和晶粒形核和長(zhǎng)大，伴隨此過(guò)程冷硬鋼帶將呈現(xiàn)強(qiáng)度逐步降低、塑性逐步升高的變化^［6］。

圖 2 為熱模擬退火后的材料性能。可見(jiàn)，兩個(gè)卷取溫度的試樣在 610 ～ 700 ℃ 區(qū)間退火時(shí)均呈現(xiàn)出強(qiáng)度先快速降低后緩慢降低的趨勢(shì)，在強(qiáng)度快速降低階段 1#試樣的強(qiáng)度均高于 2#試樣，并且不同卷取溫度對(duì)應(yīng)的趨勢(shì)轉(zhuǎn)折的退火溫度有明顯差異，1#試樣對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)折溫度為 660 ℃，2#試樣對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)折溫度為 640 ℃。隨著退火溫度溫度的提高，兩個(gè)卷取溫度下試樣的延伸率均在 655 ～ 670 ℃ 區(qū)間出現(xiàn)了一個(gè)短暫的平臺(tái)，平臺(tái)之前 1#試樣的延伸率均低于 2#試樣。

圖3顯示了 1 #、2 #試樣的冷硬及退火顯微組織。610 ℃ 時(shí)1 #、2 #試樣均已進(jìn)入再結(jié)晶階段，610 ℃和 630 ℃退火時(shí)，1#試樣的再結(jié)晶程度要明顯高于2#試樣，對(duì)應(yīng)圖3的性能變化呈現(xiàn)出更大的強(qiáng)度降低幅度，同時(shí)在此溫度區(qū)間1#、2#試樣的第二相組織仍呈現(xiàn)纖維化狀態(tài); 當(dāng)退火溫度達(dá)到655℃時(shí)，1#、2#試樣的第二相組織均已發(fā)生再結(jié)晶，但1 #試樣仍能觀測(cè)到部分纖維化組織; 680 ℃ 和700 ℃ 退火時(shí)，1 #、2 #試樣均已觀測(cè)不到纖維化組織，組織轉(zhuǎn)變?yōu)闉殍F素體與粒狀碳化物，伴隨著退火溫度的升高，部分鐵素體晶粒長(zhǎng)大，碳化物回溶比例提升。

結(jié)合金相組織變化，隨著回復(fù)再結(jié)晶的進(jìn)展，第二相組織的纖維化消失，材料強(qiáng)度的降低趨勢(shì)明顯放緩，發(fā)生此現(xiàn)象的原因?yàn)殍F素體晶粒長(zhǎng)大導(dǎo)致的強(qiáng)度降低與第二相中碳化物回溶和細(xì)化導(dǎo)致的強(qiáng)度上升交互影響^［10］。由于低溫卷取樣板的第二相比例更高，其第二相組織的回復(fù)再結(jié)晶需要更多的能量，因此卷取溫度提升后強(qiáng)度趨勢(shì)轉(zhuǎn)變點(diǎn)向左移。

對(duì)比性能和組織變化情況可見(jiàn)，在 610 ～ 700 ℃區(qū)間退火后的樣板中第二相保持纖維狀時(shí)，低溫卷取對(duì)應(yīng)樣板強(qiáng)度高、延伸率低，當(dāng)?shù)诙嗬w維化消失后，兩個(gè)卷取溫度樣板的強(qiáng)度、延伸率水平趨近一致。

3 產(chǎn)線試制

基于試驗(yàn)參數(shù)，在產(chǎn)線進(jìn)行了兩個(gè)批次的小批量試制，試制卷僅對(duì)卷取溫度進(jìn)行了調(diào)整，其余參數(shù)與原工藝一致，具體工藝參數(shù)如表 3 所示。

如圖4所示，卷取溫度提升后熱軋帶邊部應(yīng)力緩解，邊浪問(wèn)題得到解決。圖5為原工藝鋼卷與試驗(yàn)卷性能對(duì)比，可見(jiàn)試驗(yàn)工藝鋼卷的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度均值有所降低，分布范圍明顯收窄，延伸率均值提升，分布范圍與原工藝一致。

在實(shí)際生產(chǎn)中，工藝溫度控制會(huì)因設(shè)備、排產(chǎn)、環(huán)境等因素的影響而發(fā)生波動(dòng)，結(jié)合本文 2． 3 的內(nèi)容，卷取溫度提升使強(qiáng)度降低的趨勢(shì)轉(zhuǎn)變溫度左移，讓設(shè)定的 655 ± 10 ℃ 退火溫度區(qū)間進(jìn)入了強(qiáng)度緩慢降低的階段，使得強(qiáng)度控制的穩(wěn)定性得到提升。

4 結(jié)論

(1) 卷取溫度從 600 ℃ 降低至 560 ℃，熱軋第二 相 組 織 比 例 提 升 19． 5% ，熱 軋 強(qiáng) 度 提 升 約 20 MPa，對(duì)應(yīng)的冷硬態(tài)再結(jié)晶前具有更高的強(qiáng)度，且隨著退火溫度升高具有更大的強(qiáng)度降低梯度。

(2) 卷取溫度提升將減少第二相組織回復(fù)再結(jié)晶所需的能量，卷取溫度提升40 ℃使強(qiáng)度趨勢(shì)轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度降低約 20 ℃，使得退火工藝窗口左移。

(3) 提高卷取溫度有利于改善熱軋基料板形，卷取溫度從560 ℃ 提升至600 ℃ ，熱帶邊部浪形明顯改善，冷軋生產(chǎn)和質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)得到降低，同時(shí)基于冷軋工藝調(diào)控，能夠提升退火后性能控制的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

［1］陳東，金向雷． 我國(guó)熱鍍鋅的現(xiàn)狀、技術(shù)進(jìn)展和發(fā)展動(dòng)向［C］．中國(guó)腐蝕與防護(hù)協(xié)會(huì)． 第四屆全國(guó)腐蝕大會(huì)論文集，2004．

［2］孫愷，王婷，楊昌橋． 光伏支架專用連續(xù)鍍鋅鋼帶 S450GD + Z的開(kāi)發(fā)［J］．河北冶金，2023(1) : 18 ～ 22．

［3］欒彩霞． 結(jié)構(gòu)用熱鍍鋅鋼帶的生產(chǎn)實(shí)踐［J］． 山東冶金，2012，34(01) : 9 ～ 11．

［4］張繼永，李愛(ài)民，李紅俊，等． 汽車大梁鋼板形缺陷產(chǎn)生的原因及對(duì)策［J］．河北冶金，2021(5) : 65 ～ 69．

［5］陳銀莉，余偉，蘇嵐，等． 熱軋帶鋼層流冷卻過(guò)程中殘余應(yīng)力分析［J］．材料熱處理學(xué)報(bào)，2010，31(06) : 155 ～ 160．

［6］胡康祥，蔡瑜，戎詠華． 材料科學(xué)基礎(chǔ)［M］． 上海: 上海交通大學(xué)出版社，2013．

［7］蘇震，邸洪雙，張?zhí)煊?，等?低碳低合金無(wú)碳化物貝氏體鋼熱處理工藝及組織性能研究［J］． 熱加工工藝，2024，53(17) : 140 ～ 145．

［8］高石，蔡慶伍，潘學(xué)福． 含 Nb無(wú)碳化物貝氏體/馬氏體鋼的組織與性能［J］．金屬熱處理，2015，40(06) : 16 ～ 20．

［9］王從道，李東暉． 超快冷技術(shù)下 Q345升級(jí)鋼魏氏組織的形成及控制［J］．寬厚板，2016，22(03) : 15 ～ 20．

［10］張翼，丁志龍． 退火溫度對(duì) 350MPa 級(jí)冷軋鋼板微觀組織和力學(xué)性能的影響［J］． 四川冶金，2023，45(05) : 30 ～ 33．