热镀锌IF钢质量改进工艺研究.pdf

年 月 第一期热镀锌 钢质量改进工艺研究罗石念(宁波钢铁有限公司 宁波)摘 要:通过扎根现场进行超深冲 镀锌板生产理论研究从冶炼成分、热连轧、冷轧、退火、热镀锌、光整工艺等全流程生产工序控制角度实地调研宁钢 镀锌板深冲性能不合的影响因素及内在机制根据下游企业设备现状优化制定工艺改进措施经实施验证热镀锌 钢新产品深冲性能全部满足交货标准彻底解决了此项质量问题关键词:钢热镀锌深冲性能连续退火 前言伴随着世界各国冶金生产技术的进步和轿车及家电制造工业的飞速发展 世纪 年代开始无间隙原子()钢得到了迅速开发 以 钢为基础发展起来的深冲热镀锌 钢板、深冲高强度烘烤硬化板等系列产品已成为第三代汽车及高等级家电冲压用钢板的主要标志 经过数年的不懈努力宁钢 钢研制开发已取得了长足的进步尤其是冷轧罩式退火用途产品具有屈服点低、深冲性能优异的特点获得了周边冷轧用户的肯定 而经连续退火的超深冲热镀锌板生产具有一定的难度近期某冷轧公司首次订购、使用宁钢 热轧卷生产超深冲 镀锌板时发现延伸率偏低甚至比同批生产的普板 深冲性能还差遂提出质量改进需求综合归纳世界各国的实际生产情况 钢热轧板冷轧后可通过三种途径实现钢板的再结晶退火即罩式退火、连续退火、连续热镀锌(线内完成连续退火)钢罩式退火的设备投资较少工艺较简单但生产周期长且整卷钢易出现头、中、尾段性能不均问题连续退火则生产周期短整卷钢性能十分均匀但其初期设备投资大生产工艺也相对复杂而热镀锌 钢需兼顾镀层附着力、带钢表面质量及深冲性能等多项技术指标制造工艺最为复杂且产品具备其它冷轧裸板所无法比拟的优异耐蚀性 对成品 钢板来说尤其是冷轧退火裸板具有优良的超深冲性能和非时效性相比较而言其镀锌板由于镀锌生产工艺的限制高温还原段退火仅能持续数十秒相比数十小时的高温罩式退火板而言其深冲性能难免有一定程度的下降但在适宜的生产工艺下仍能获得理想的深冲性能绝不应比普板还差鉴于此我们实地调研分析质量缺陷产生的原因并从冶炼成分、热连轧、冷轧、退火、热镀锌、光整工艺等全流程生产工序控制角度分析研究其产生的内在机理针对现场生产设备现状制定了适宜的工艺优化改进措施经现场应用验证完全切实可行新生产超深冲镀锌产品全部符合交货技术条件要求彻底杜绝了此类质量问题的发生 超深冲镀锌板的质量问题 年初某冷轧公司首次采购 吨宁钢 热卷并首次在其建材型卧式退火镀锌机组生产超深冲镀锌家电板成品牌号 连续生产 卷镀锌卷后实物质量性能检测结果显示总体延伸率 值(标距)为 其中延伸率较低的钢卷经数次复验性能仍然很差始终不能满足交货标准要求迫切需要研究解决此项质量问题热镀锌 钢的生产工艺流程为:转炉冶炼 真空脱气 连铸 热轧 冷轧 热镀锌(线内完成连续退火)光整 超深冲镀锌板生产过程的每一步工序都对产品的最终机械性能产生影 年 月 第一期热镀锌 钢质量改进工艺研究 响 虽然热镀锌 钢板凭借其优异的耐蚀性能在各类轿车及高档家电制造中得到了十分广泛的应用但对现有的建材型镀锌线来说要获得超深冲性能却并不容易 在各类常用的深冲成形性能指标中除塑性应变比 值、加工硬化指数 值外钢板屈服强度和延伸率 值亦是其重要的成形性能参数 针对其实际成形过程而言延伸率 值、塑性应变比 值、加工硬化指数 值最为关键 质量缺陷的微观检测分析冷轧公司反馈宁钢 热轧卷有较明显夹杂缺陷典型形貌如图 并认为这是造成镀锌成品板性能不合的重要原因对缺陷板取样用扫描电镜做夹杂分析 样品表面片状缺陷在扫描电镜下观察认定为氧化铁皮开裂且部分脱落(如图)对氧化铁皮脱落区域及周边基体进行能谱分析分析结果表明在氧化铁皮脱落位置存在不同含量的非金属夹杂物具体检测结果见表 图 热轧板缺陷形貌表 热轧缺陷板能谱分析结果谱图标签总量谱图.谱图.谱图.谱图.谱图.分析认为这种氧化铁皮在酸洗机组经疏松、酸洗后可消除不足以对后续镀锌板深冲性能产生影响为此需进一步查找后工序的内在质量原因冷轧公司继续反馈在延伸率较高的镀锌卷上发现如图 所示的缺陷 经对缺陷板进行剪切取样并作脱锌处理将处理好的样品镶嵌后横截面磨制抛光至镜面采用电子探针分析发现试样缺陷部位存在皮下链状氧化铝夹杂见图 图 镀锌板面缺陷图 镀锌板面缺陷的电子探针分析经检测分析认为这种微量氧化铝夹杂不足以造成深冲性能不合且仅在延伸率偏高的钢卷上发现此缺陷说明其并非造成此批产品性能不合的主要原因故仍需深入研究热轧后工序的质量控制问题 年 月 第一期 影响 镀锌板深冲性能的工艺因素研究 决定 镀锌板深冲性能的因素包括化学成分设计及热轧、冷轧、退火、镀锌工艺等 宁钢 钢化学成分中、含量一般均能控制在 以内/含量的控制不仅完全满足了固定间隙、原子的要求而且还能满足进一步抑制镀锌板时效性能所需过剩 的要求其它锰、磷、硫、酸溶铝元素的控制在目前国内现有的 钢生产中处于优良水平并已在多家冷轧企业中得到了大批量试制验证故此肯定宁钢 钢各元素成分不会对镀锌板深冲性能造成恶化影响重点应研究后续轧制、退火、镀锌工艺的影响.热轧工艺对 镀锌板深冲性能的影响在 钢的热连轧生产中均采用“低温加热、高温终轧、高温卷取”生产工艺)热轧板坯加热 钢中分布有含/、的碳氮化物这一类二次相连铸坯加热过程中会发生二次相粒子的溶解 这些碳氮化物溶解、析出由溶度积来控制故与热轧过程中的加热温度及板坯/、等含量密切相关 当化学成分给定时低温加热可抑制二次相粒子固溶这些未溶解的碳氮化物必定粗大因而低温加热对提高塑性应变比 值有利产品深冲性能提高)终轧温度控制 钢板需得到粗大的铁素体晶粒实行高温终轧可延长带钢组织从奥氏体向铁素体转变的时间从而为铁素体晶粒长大提供有利条件)卷取温度控制 对卷取温度的控制研究表明:卷取温度的变化对、和 粒子的影响不大但对 粒子的影响较大高温卷取有利于 粒子的析出和长大有利于铁素体晶粒的长大 另外当碳含量较高时会析出较多的 粒子 卷取温度的高低直接影响到第二相质点的析出和析出物的形态、大小、分布卷取温度越高越有利于第二相质点的析出和晶粒粗化越有利于 钢深冲性能的提高.冷轧工艺对 镀锌板深冲性能的影响冷轧工艺对 钢板的塑性应变比 值影响较大 钢板化学成分及热轧工艺一定时随着冷轧总压下率的增加钢板塑性应变比 值增加当冷轧总压下率达到 值达到一个峰值继续再增大冷轧压下率钢板 值开始降低 一般对 钢而言控制冷轧总压下率在 左右较为适宜.退火及镀锌工艺对 镀锌板深冲性能的影响.退火工艺对 镀锌板深冲性能的影响几乎所有的生产实践经验都显示随着退火温度的提高 钢板塑性应变比 值均提高 钢板延伸率随退火温度提高而增加而屈服强度、抗拉强度则随退火温度提高而下降 值得注意的是退火保温时间的影响只在退火温度稍高于钢板再结晶温度时才显著在完全充分再结晶区一味延长退火保温时间的作用很小.镀锌工艺对 镀锌板深冲性能的影响 镀锌板在镀锌线内完成再结晶退火过程影响最终产品深冲性能的因素主要包括退火工艺、光整工艺 退火工艺是 镀锌板生产中决定产品最终性能的关键工艺之一 在 镀锌板的实际生产中连续退火工艺参数的不稳定和再结晶退火不充分是造成最终产品深冲性能不合或不稳定的重要因素热镀锌 钢板深冲性能随退火温度的升高和保温时间的增加而提高 采用连续退火或连续热镀锌可使 钢各部分组织性能均匀表面质量更好并能很方便地控制退火工艺参数我们判断该批 钢实际生产时延伸率最低的 钢卷应为其镀锌机组换钢种、换规格后的第一卷得到现场证实 按照生产经验 镀锌板在镀锌机组进行再结晶退火时退火板温一般应比生产普通 钢板高出 以上否则若镀锌 钢退火时板温尚未达到再结晶温度只发生部分再结晶则成形性能反而不如常规 钢板 年 月 第一期热镀锌 钢质量改进工艺研究 图 退火温度对 钢板晶粒度的影响 对 钢冷轧试样进行、的模拟退火试验如图 所示退火温度由 升温过程中晶粒直径(均值)分别为.、.、.、.晶粒在 以上发生急剧长大从而大幅提高钢板延伸率值 成品 钢板金相组织应由纯净、粗大的铁素体组成其延伸率与晶粒度密切相关本文得出在常规 钢成分设计范围内及现有装备条件下镀锌带钢生产时 板温宜才能确保完成再结晶与晶粒长大该冷轧公司生产 普碳镀锌板时退火温度由于 普碳板的再结晶温度低在此温度下退火已能全部完成再结晶及晶粒长大故冲压性能尚可 后面跟着生产 镀锌板仍在此温度下退火或升温不够高 钢板连再结晶都无法完成更无法完成晶粒长大过程因此产品延伸率低甚至还达不到 镀锌板的水平这就是此批 镀锌板深冲性能不合格的内在机理 镀锌板连续退火生产中的新发现 现场跟踪研究连续退火工艺对 镀锌板深冲性能的影响发现镀锌带速极限比(本文自定义为 值)及 板温对成品带钢深冲性能(尤其是延伸率 值)影响很大这里我们定义 值为:某规格带钢实际带速/镀锌线对该规格带钢规定带速 统计得出当 值.时成品镀锌板可获得较理想的延伸率值 一般 而当 值.时镀锌成品板延伸率较低 值多在 以下 我们知道冷轧及退火工艺对 钢的织构有重要影响 超低碳钢的冷轧织构主要由平行于板法向的 纤维织构及平行于轧向的 纤维织构 和 组成这些织构也受热轧织构影响 大冷轧压下率的 钢板经退火可增强其 纤维织构减弱 纤维织构冷轧后的再结晶过程中加热速度对再结晶及织构形成有一定影响因此 镀锌板的走带速度对其深冲性能势必产生影响 升温速度较慢时亦即走带速度控制在相对较低的范围内这样在大量其它取向织构组份的形核发生之前在慢速加热过程中优先形成的 织构的初始晶核有充足长大时间这样一来经再结晶发展起来的 织构组份比快速加热(高 值)时更强这就是镀锌带速极限比 值对成品带钢深冲性能具有较大影响的内在原因其内在机制进一步阐述如下图 钢冷轧板退火加热速度对深冲织构的影响图 示出 钢冷轧板退火加热速度对成品板深冲织构及非深冲织构的影响其中 或其它 取向织构称为深冲织构其它非 取向织构称为非深冲织构由图 我们可以得出 钢退火板中不同取向织构形核顺序与温度及加热时间的关系 钢热镀锌板采用连续退火如图 中的左部虚线段其所对应的时间段的物理意义为:在其它取向织构晶粒形核前 或其它 取向织构晶粒初始形核及长大的时间 钢板热镀锌生产中当退火带钢走带速度较适宜时(如.)或其它 取向织构晶粒初始形核及 年 月 第一期长大时间较充分有机会吞并后形核的 等非深冲织构晶粒而长大从而获得良好的深冲性能镀锌成品板延伸率 值高反之当退火带钢走带速度过快例如 值.时 及其它 取向织构晶粒形核后来不及充分长大成品镀锌板中 等非深冲织构晶粒所占相对百分比增大织构分布趋向散漫化因而深冲性能下降延伸率降低另外发现 镀锌带钢生产时 板温对成品带钢延伸率 值影响较大在该公司卧式镀锌线现有装备条件下为获得优良深冲性能一般 板温宜并最好控制为图 热镀锌板退火温度对延伸率 值的影响图 示出热镀锌 钢板退火温度对其深冲性能的影响当退火板温时/钢板的延伸率 值开始由左右明显上升当退火板温 时 钢镀锌板的延伸率升高至最大值 在该冷轧公司镀锌线的生产实践也证实 热镀锌板的 还原段退火板温应控制在 以上综合国内外超深冲镀锌板生产经验为保证 镀锌带钢板形质量及表面质量、带钢粗糙度水平光整轧制宜采用四辊光整轧机 用湿平整工艺光整 赴现场实地跟踪调查发现该司生产 镀锌板仍按常规 料镀锌板工艺使用光整轧制 拉矫工序生产而 钢镀锌板生产中忌用拉矫工艺因其易导致带钢屈服强度、延伸率等塑性指标迅速变差 生产镀锌普板时为解决带钢的时效问题光整后在拉矫机组的延伸率控制为.左右而 钢无时效后患因此光整后我们要求拉矫机组的延伸率(尤其是生产.以下薄规格带钢)控制为 通过生产现场反复调试针对 镀锌板的冷轧压下率设置、镀锌机组预热段、均热段、还原段、冷却段退火曲线设置、锌锅锌液成分配比、最佳锌液温度设置、气刀锌层刮扫等核心控制工艺进行了全面优化调整 本试制工艺经现场实际应用后续生产 钢镀锌板延伸率控制在 以上塑性应变比 值(平均)达.以上用于制作电饭煲外壳、电视机背板等板厚规格.全部满足交货技术条件要求 结语)镀锌板退火带速极限比(值)及 板温对成品带钢延伸率影响很大 其内在机制在于慢速加热过程中优先形成的 织构的初始晶核有充足长大时间在民营公司卧式镀锌线现有装备条件下为获得良好深冲性能宜控制 板温)通过现场攻关研究优化设计并控制 镀锌板连续退火温度制度及光整轧制、拉矫工艺控制拉矫延伸率为 使产品目标性能达到最佳延伸率 值塑性应变比 值(平均)达.以上参考文献李姚兵周欢苏岚等.超低碳 钢组织与性能的研究.钢铁钒钛():.:.().孙齐磊.材料腐蚀与防护.北京:化学工业出版社:.贾攀.钢发展及生产工艺研究.甘肃冶金():.():.齐达裴宏江马海龙等.热镀锌家电板表面处理工艺及表面质量要求对比.首钢科技():.收稿日期: