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            厚規格350Mpa級高強鍍鋁鋅結構鋼開發論文

            發布時間:2022-05-06 14:55:31 文章來源:SCI論文網 我要評論














            SCI論文(www.0546wclm.com)

            摘  要 :通過低碳、低錳和中碳、中錳以及低碳、微合金這三種成分體系設計,同時配以相對合理的熱軋工藝和冷軋工藝設計, 篩選出低碳、微合金成分及相應工藝利用其微合金細晶強化和析出沉淀強化機制以達到穩定提高材料強度的目的,成功開發出 2.00mm 厚規格 350Mpa 級高強鍍鋁鋅結構鋼 , 通過放量生產結果驗證 :產品機械性能完全符合標準和用戶加工使用要求,材料 厚度2.00mm, 屈服強度平均值達到 372MPa, 抗拉強度平均值達到434MPa, 延伸率平均值達到 30%。

            關鍵詞 :厚規格 ;高強鋼 ;350MPa 級 ;熱鍍鋁鋅

            標準要求鍍鋁鋅板作為涂層產品,是冶金行業的深加工和 高附加值產品,具有高耐腐蝕性、外表美觀、深加工性能優良、 成本低等特點,廣泛應用于電器柜、建筑、輕工、汽車零部件、 農牧等行業。隨著國家經濟的不斷發展和產業結構的提檔升級, 一方面冷軋板或涂漆板逐漸被耐蝕性優良的熱鍍鋁鋅板替代, 另一方面高強度厚規格鍍鋁鋅板越來越受市場所青睞,特別是 在某些機械支撐、承載應用和建筑應用領域。為順應市場需求, 努力拓展梅鋼厚規格鍍鋁鋅高強度等級品種,在梅鋼冷軋廠鍍 鋁鋅產線開發了厚度 1.95mm ~ 2.00mm, 350Mpa級高強厚規格 鍍鋁鋅結構鋼 [1]。

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            1  標準要求

            在開發厚規格高強鋼時主要參照了美標 ASTMA792/ A792M–09,340MPa 強度級別鍍鋁鋅產品,性能及成分要求如 表 1、表2 所示。并與一些國內知名下游用戶展開合作。它們在 最初國內沒有很好供貨廠家的情況下, 主要采購進口材料。我們 與它們開展合作, 并針對它們對進口材料性能(表 3)要求, 組織 開展研究分析工作。該用戶要求材料在沖孔、輥壓折彎時不得有 毛刺、孔變形和開裂等情況, 所以要求此厚規格產品不僅具備一 定的強度等級, 還具備一定的變形能力, 所以要求斷后伸長率需 大于 18%。


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            2  工藝方案設計及樣件生產比較

            2.1  工藝流程

            鋼水預脫硫→轉爐→精煉 (LF 爐或氬站) →連鑄→熱連軋→ 酸軋→連續熱鍍鋁鋅。

            2.2  成分體系

            梅鋼酸洗機組因焊機最大可焊熱卷厚度 4.00mm,成品厚度 約 2.00mm,壓縮比約 50% 左右。如采用低碳軟鋼,材料存儲畸 變能較小,熱處理后晶粒尺寸差異較大,組織不良。如采用中 碳、中錳鋼,因熔煉成分波動較大,在滿足性能下限要求時,由 于波動有時強度較高,造成延伸率較低,用戶加工開裂風險較 大。如采用低合金高強鋼, 強度級別和穩定性能夠得到較好的保 證,但可能會增加冷軋機組軋制能耗和合金成本 [2,3]。

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            充分討論上述情況后,對三種成分體系配以相應生產工藝, 并對結果進行分析、比較,從整體上擇優選擇。然后再對選擇的 成分體系及其對應的生產工藝進行改進、優化, 提高滿足用戶使 用能力, 確定最優成分體系及其對應的生產工藝。

            2.2.1  典型成分體系、對應工藝

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            2.2.2 試驗料生產過程及成品性能

            試驗三卷材料,分別采用上述三種典型成分及相同的熱 軋、冷軋工藝,通過過程工藝和成品性能結果,反饋材料的性 能情況。

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            三卷試驗料,鋼卷之間對應道次采取相同壓縮比。從軋制力 分布(圖 2)上觀察,各道次的三個成分試驗卷軋制力大小順序呈現出一致性, 即

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            從成 品 力學性 能和硬度(表 6)觀察,成分 3 比成分 2 高 38Mpa、9, 成分2 比成分 1 高 33Mpa、6.5, 成分 3 提高幅度較大。

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            2.2.3  試驗料生產小結

            (1)成分 1 屈服 287Mpa 低于用戶性能要求下限 ;成分 2 屈 服 320Mpa 緊貼下限 ;成分 3 屈服 358Mpa、抗拉 434Mpa 和伸長 率 32% 能較好滿足用戶性能要求。

            (2)成分 3 晶類度 I9.0 級,晶粒最細小。成分 1、3 組織是鐵 素體、珠光體 ;成分2組織是鐵素體、少量珠光體和滲碳體。

            (3)不同成分、相同熱、冷軋工藝,且相同規格,采用低碳 加微鈮(Nb0.015%) 的成分 3,在冷軋各道次中, 軋制壓力最大。

            綜上所述,成分 3 晶粒度較細小,組織良好,力學性能滿足 用戶加工性能要求。同時也說明了低碳微合金成分體系能很好 地保證厚規格高強度、高成形性能。

            3  工業生產

            3.1  成分、工藝設計原理

            經查閱相關資料,微鈮的細化晶粒作用效果較好,同時伴隨 著二相粒子析出沉淀強化作用。鈮元素是強碳化物, 與碳結合力 較強,其細化晶粒主要作用在加熱爐及熱軋中晶界處化合態鈮 阻礙奧氏體長大,大大細化奧氏體,故鐵素體得到細化。在后續 冷軋熱處理中,由于細小原始晶粒尺寸的遺傳性和退火時鈮對 晶界釘扎阻礙鐵素體長大, 成品鐵素體較細小, 強度和塑性可同 時得到明顯提高。

            3.2  放量生產和措施保證

            3.2.1  煉鋼工藝設計

            (1)鑒于產品厚度規格為 1.95mm ~ 2.00mm, 對材料成形性 要求較高, 且材料有焊接過程, 為降低硫元素帶來的熱脆性和焊 接質量不良, 要求在生產中, 冶煉鐵水全部進行預脫硫處理。

            (2)LF 爐處理應防止鋼水增氮,全程保持微正壓操作,精煉 時間≥ 35min, 過程使用深度改性渣, 確保硫控制在0.010% 以下。

            (3)轉爐不允許補吹, 轉爐自由氧終點控制 <750ppm。

            (4)鋼包上臺前純吹氬時間不低于 5min。

            3.2.2  熱軋工藝設計

            熱軋工藝設計采取低終軋低卷?。‵T/CT :840/540℃)。熱 卷厚度為4.0mm,板寬方向溫度均勻性較好,微合金化擴大奧氏 體區,降低Ar3 線,精軋出口邊部溫度可較好保證在Ar3 線上, 防止兩相區軋制。低終軋低卷取可獲得較細小的晶粒和均勻彌 散分布的滲碳體析出物。冷卻方式采用前段冷卻, 減少出精軋后 高溫段時間, 進一步細化晶粒組織。

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            3.2.3  冷軋工藝設計

            為實現高厚度低合金的高強度要求,需進行充分退火,故采 用高退火溫度和低退火速度。鈮的析出物對晶界釘扎阻礙晶界的推移,限制再結晶,提高了再結晶溫度,同時厚度為2.00mm,為 確保退火充分性,加熱段 / 均熱段設計為 650/770度,退火速度 70m/min 以下。帶鋼入鍋溫度不宜過低,如溫度過低,鋅鍋內帶 鋼附近鋅液溫度低造成鐵在鋅液溶解量下降, 且帶鋼附近鐵濃度 較高,會產生大量鋅渣,嚴重影響表面質量。如溫度過高,鐵基 體上合金層增厚使合金層脆硬,惡化鍍層附著力,同時鐵溶解量 增加,后續析出鋅渣增多,所以入鋅鍋溫度 590℃~600℃,其中 厚規格偏下限控制。為確保晶粒細化,冷卻段采用快速冷卻至入 鍋溫度,三臺固定風機和一臺移動風機功率設定 100%,壓力設定 1000Pa,在確保均熱和入鍋溫度前提下, 盡可能提高退火速度。

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            3.3  放量生產質量情況

            2018 年 1 月份~ 4 月份在梅鋼冷軋廠鍍鋁鋅 C208 機組試制 生產了厚規格 350Mpa級高強鍍鋁鋅板,厚度為 1.97mm,寬度為 1250mm,共生產 687t,工藝按照既定設計方案執行,生產過程 控制穩定,力學性能、表面質量、規格尺寸精度、板形等均滿足 標準和用戶要求。

            3.3.1  力學性能

            力學性能達到設計目標,能較好滿足用戶要求,屈服強度 均值為 379Mpa, 抗拉強度均值為442Mpa, 延伸率均值為 30.3%, 詳見圖4。

            3.3.2  金相組織

            從鍍鋁鋅成品金相組織(圖 5)觀察,等軸狀鐵素體已發生 完全再結晶,組織主要為鐵素體、游離滲碳體(晶界處)。鐵素 體晶粒較細小,且晶粒間尺寸較均勻,晶粒度等級I9.0 級。晶粒 組織、尺寸及均勻性都達到預期效果。充分利用鈮析出物細晶 強化和析出沉淀強化機制,使得厚規格鍍鋁鋅屈服強度穩定在 350Mpa 以上。在高強度的穩定性上,此成分設計要優于碳錳鋼 成分體系。

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            4  結語

            (1)通過合理的成分,熱軋工藝和冷軋工藝設計,梅鋼鍍鋁 鋅產線具備了穩定生產2.00mm 厚規格屈服 350Mpa級以上的高 強結構鋼的能力。

            (2)通過放量生產驗證以及用戶的使用反饋,產品力學性 能、表面質量、鍍層均勻性、尺寸精度、板形等均滿足標準和用 戶使用。

            參考文獻

            [1]  欒彩霞主編 . 高強度低合金鍍鋅板的開發 . 河南冶金 ,2011.
            [2]  崔忠圻 , 劉北興編著 . 金屬學與熱處理原理 [M]. 哈爾濱 :哈爾濱工業大學出版 社 ,1998.
            [3]  張啟富 . 現代鋼帶連續熱鍍鋅 [M]. 北京 : 冶金工業出版社 .2001.

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