雙相高強(qiáng)鋼在酸洗軋機(jī)聯(lián)合機(jī)組高效率生產(chǎn)的研究

劉曉峰 屈鐳 劉展岳 甘茂林

摘 要：隨著汽車輕量化技術(shù)推進(jìn)，冷軋雙相高強(qiáng)鋼在汽車領(lǐng)域的使用范圍及占比逐年增加。但由于該鋼種加工工藝決定了鋼中的碳、錳及硅元素含量較高，在實(shí)際生產(chǎn)過程中焊接不良、酸洗效率偏低及軋制不穩(wěn)定等方面對此類鋼種的高效生產(chǎn)影響較大。通過對該類鋼種從焊接工藝對焊接質(zhì)量的影響，原料條件對酸洗效率的影響以及穩(wěn)定軋制影響因素的分析及改善，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率提升30%。

關(guān)鍵詞：高強(qiáng)鋼；酸洗；軋制；板型控制；效率化生產(chǎn)

STUDY ON THE EFFICIENCY PRODUCTION OF DP IN PICKLING- MILL LINE

Liu Xiaofeng? ? Qu Lei? ? Liu Zhanyue? ? Gan Maolin

（Cold Rolling Mill of Benxi Steel Plates Co.， Ltd. Benxi 117000，China）

Abstract：With the advancement of HSS technology in the automotive industry， the use and proportion of DP high-strength steel in automobiles have been increasing year by year. However， due to the high content of C， Mn， and Si elements in DP steel determined by its processing technology， it has a significant impact on the efficient production of such steels in terms of poor welding quality， low pickling efficiency， and unstable rolling during actual production. This paper analyzes and improves the influence factors on welding quality from welding process， the effect of hot rolling material conditions on pickling efficiency， as well as stable rolling for this type of steel to achieve 30% increase in production efficiency while ensuring product quality.

Key words： high-strength steel; pickling; rolling; plate shape control; efficient production

0? ? 前? ? 言

隨著汽車輕量化技術(shù)的發(fā)展，冷軋雙相高強(qiáng)鋼在汽車領(lǐng)域使用范圍、比率及強(qiáng)度也逐漸提高。雙相高強(qiáng)鋼材料的特點(diǎn)，隨著強(qiáng)度的提升，加工難度及生產(chǎn)效率，特別是酸軋機(jī)組的生產(chǎn)難度也隨之急劇增加。為確保企業(yè)的競爭力，冷軋雙相高強(qiáng)鋼酸軋機(jī)組高效生產(chǎn)日益成為鋼鐵企業(yè)的關(guān)注點(diǎn)。

某廠酸軋產(chǎn)線由激光焊機(jī)、拉矯機(jī)（最大為3%）、紊流酸洗及5機(jī)架6輥CVC構(gòu)成，設(shè)計穩(wěn)定生產(chǎn)最高強(qiáng)度為780 MPa。由于雙相高強(qiáng)鋼的平均碳含量較高，酸軋生產(chǎn)過程中存在焊接不良導(dǎo)致的重焊、斷帶現(xiàn)象[1]，容易造成酸洗效率較低且直接影響最終產(chǎn)品質(zhì)量，并且在后續(xù)軋制過程中由于較高的軋制力導(dǎo)致板型控制難度大等問題。為快速提高雙相高強(qiáng)鋼的生產(chǎn)效率，本文對雙相高強(qiáng)鋼酸軋機(jī)組的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行研究。

1? ? 焊接質(zhì)量研究

為確保雙相高強(qiáng)鋼最終性能，與其他產(chǎn)品相比，此類鋼種合金成分含量較高，平均碳當(dāng)量的升高急劇增加了焊接難度，具體參見表1。

通過現(xiàn)場杯凸設(shè)備對不同工藝條件下焊縫質(zhì)量評價來看，對平均碳含量較高的雙相高強(qiáng)鋼，必須減少前加熱的功率，提高后加熱的功率來提高焊縫杯凸質(zhì)量。同時，對此類鋼種的焊縫斷面進(jìn)行顯微分析，如圖1所示。通過電鏡分析可明顯看出母材主要為F+P組織，在不投入前后加熱的情況下焊縫附近存在明顯的M組織，由于焊縫部分的M導(dǎo)致焊縫“硬、脆”，在大范圍變形、軋制期間無法與附近鋼基協(xié)調(diào)變形產(chǎn)生焊縫斷帶。

由于焊接部位溫度較高，焊接后在高溫區(qū)域的焊縫受空冷、加之鋼的導(dǎo)熱速度較快，使焊縫溫度下降速度較快，一般10 s內(nèi)焊縫部位的溫度由1 350 ℃下降至60 ～ 80 ℃。高冷速使焊縫處存在明顯的馬氏體組織，降低了焊縫的延展性。根據(jù)分析，控制焊縫的核心為如何減少正常焊接條件下焊縫與周圍的溫度差，即合理的利用焊機(jī)預(yù)熱系統(tǒng)[2]。焊縫處熱量由焊接時激光溶解基材的熱量、焊接前/后加熱等三部分構(gòu)成。很明顯焊接階段的能量必須至少滿足材料的熔化條件，為必備條件。其能量無法降低，焊接后加熱溫度明顯低于焊縫溫度，同時可降低焊縫周圍溫度差，為有益條件。但前加熱的投入使焊接過程中相同焊接功率的焊縫溫度更高，不利于焊縫質(zhì)量。

2 酸洗效率的研究

由于雙相高強(qiáng)鋼的Mn、Si元素含量相對較高，在早期工藝設(shè)定時酸洗段溫度基本按照85-87 ℃控制，換酸量按照15 m3/h的設(shè)備上限控制，但酸軋機(jī)組實(shí)際生產(chǎn)期間仍發(fā)現(xiàn)酸洗效率較低，酸洗后表面發(fā)暗，嚴(yán)重時甚至產(chǎn)生明顯欠酸洗現(xiàn)象，直接影響成品機(jī)組生產(chǎn)后表面質(zhì)量。另外，酸洗溫度及換酸量基本已到最大，且無調(diào)整空間，只能通過降低酸洗速度改善表面質(zhì)量。酸洗速度160 mpm時表面氧化鐵皮殘留嚴(yán)重，酸洗速度降低到80 mpm后表面質(zhì)量較好，如圖3所示。因此，通過降低酸洗速度，酸洗后表面質(zhì)量明顯得到改善。

為進(jìn)一步提高酸洗效率，從工藝上首先觀察酸洗工藝與酸洗后表面質(zhì)量之間的關(guān)系進(jìn)行觀察。通過現(xiàn)場觀察酸洗不良的情況多發(fā)于帶鋼中部，且多為邊部80 mm左右，頭尾100 m左右酸洗效果良好。推測酸洗后表面質(zhì)量可能與熱軋卷冷卻制度有關(guān)[3]。為進(jìn)一步分析酸洗效率偏低的原因，以DP780鋼種，3.0 mm厚度產(chǎn)品為例，對不同卷取溫度熱軋原料取樣，采用掃描電鏡、EDS能譜分析卷取溫度對鐵皮的影響，分析照片見圖4。通過分析發(fā)現(xiàn)表面為Si富集。從電鏡分析來看，在較高的熱軋卷取溫度情況下，雙相高強(qiáng)鋼表面Si致密富集，且富集層厚度隨著卷取溫度的下降而逐漸降低。與630 ℃卷曲溫度情況下相比，采用550 ℃的熱軋卷取時表面富硅層下降29%。該現(xiàn)象與現(xiàn)場觀察到的酸洗最大速度與卷取溫度之間的關(guān)系圖趨勢完全對應(yīng)，圖5為基于相同酸洗出口表面質(zhì)量基礎(chǔ)情況下，熱軋不同卷取溫度產(chǎn)品的酸洗效率對比圖。通過表層氧化鐵皮分析及熱軋卷取溫度與酸洗效率對應(yīng)關(guān)系可確定，對DP系列鋼種影響酸洗效率的主要原因?yàn)橛捎谠现懈逽i、高M(jìn)n導(dǎo)致的基材表面Si富集降低了酸洗效率，而下降熱軋原料的卷取溫度可顯著改善酸洗效率。

通過對原料卷取溫度進(jìn)行優(yōu)化后，對熱軋原料在550 ℃情況下進(jìn)一步對拉矯延伸率與酸洗質(zhì)量進(jìn)行細(xì)致分析，圖6為在拉矯機(jī)插入量參數(shù)不變的情況下，通過調(diào)整拉矯機(jī)彎曲張力（拉矯延伸率），酸洗最高速度發(fā)生明顯變化（規(guī)格為3.0 mm×1 250 mm），但在1.2%延伸后再持續(xù)增加拉矯延伸率對酸洗效率已無明顯效果。由于基材表層富集Si，在此部分富集層的遮蓋下，小的拉矯延伸率造成的表面裂紋無法穿透富集層，即無法有效提高酸洗速度。但當(dāng)拉矯延伸率足夠大且形成穿透裂紋足夠多時，對酸洗效率已無明顯影響。

從以上研究可知，影響雙相高強(qiáng)酸洗效率的主要原因?yàn)檩^高的卷取溫度產(chǎn)生的基材表面Si富集，通過降低熱軋卷取溫度，并配以合適的酸洗工藝可大幅度提高酸洗效率。但對于拉矯延伸率而言并非越大越好，在一定工藝條件下存在一個最大延伸率，當(dāng)超過此極限延伸率后，施加更大的延伸率對酸洗效率無促進(jìn)作用。

3? ? 軋制穩(wěn)定性及板型控制的研究

由于雙相高強(qiáng)鋼合金成分的影響，直接導(dǎo)致軋制過程中軋制力較大，軋制過程中軋制穩(wěn)定性及板形控制難度增加[4]。軋制設(shè)備采用5機(jī)架6輥CVC+機(jī)型，其有載輥縫可根據(jù)軋制材料特性進(jìn)行預(yù)先調(diào)整，但調(diào)整的前提假設(shè)為材料通卷穩(wěn)定。在實(shí)際生產(chǎn)過程中多發(fā)由于熱軋原料冷卻方式、熱軋溫度制度波動導(dǎo)致的原料強(qiáng)度變化，在控制系統(tǒng)中也考慮了彎輥力與軋制力的隨動功能，但實(shí)際制過程中仍多發(fā)由于軋制力波動產(chǎn)生的1-2號勒輥問題，通過勒輥形態(tài)觀察，產(chǎn)生問題部位的缺陷形態(tài)大部為中部浪形。從軋制角度來看，最大可能為彎輥力與軋制力的隨動比率大于實(shí)際需求的彎輥力，導(dǎo)致有載輥縫面積增加產(chǎn)生的中部延展過大。為此對軋制穩(wěn)態(tài)影響較大的1-2號工作輥及中間輥軋制力補(bǔ)償系數(shù)進(jìn)行調(diào)整，適當(dāng)降低1號軋制力補(bǔ)償系數(shù)，解決軋制力升高時1號中浪問題，同時考慮2號軋制力的增加幅度較大且較硬，增加2號軋制力補(bǔ)償系數(shù)，保證2號出口板型良好，確保軋制力波動情況下有載輥縫保持恒定，具體見表2。通過調(diào)整隨動系數(shù)基本杜絕了1-2號勒輥問題。

隨著發(fā)展雙相高強(qiáng)強(qiáng)度的逐漸增大同時厚度不斷減小，使實(shí)際軋制過程中軋制力進(jìn)一步增加，這大幅度增加了板型控制難度。在使用原有小輥功能的前期多發(fā)大范圍中浪無法控制，且隨著軋制力的增加，冷軋板中、肋浪趨勢加重。使用直接相對較大的工作輥時中、肋浪相對較小。對控制程序檢查發(fā)現(xiàn)在原一、二級控制中雖然有小輥軋制程序，但彎輥力并未考慮輥徑的影響。且對缺陷調(diào)查時發(fā)現(xiàn)浪形程度與軋輥直徑之間有著明顯的關(guān)系，可以確定產(chǎn)生問題的原因?yàn)樵谝欢◤澼伭η闆r下，輥徑直接影響彎輥的作用域，導(dǎo)致浪形的發(fā)生。在原有基礎(chǔ)上增加彎輥力與輥徑的補(bǔ)償系數(shù)，確保小輥徑對板型的影響。

4? ? 小? ? 結(jié)

1）對于平均碳當(dāng)量較高的雙相高強(qiáng)鋼種采用低前加熱的方式可明顯提高焊縫的韌性，減少軋制過程中的斷帶風(fēng)險。

2）雙相高強(qiáng)鋼在工藝允許的情況下可通過降低熱軋原料卷取溫度來減少基材表層硅富集層，同時配以合適的拉矯延伸率來大幅度的提高酸洗效率。

3）雙相高強(qiáng)鋼軋制過程中，為保證穩(wěn)態(tài)軋制必須考慮軋制力波動時彎輥力的隨動系數(shù)的準(zhǔn)確，同時如果使用小直徑工作輥也必須考慮輥徑對彎輥效率的影響。

4）通過對焊接、酸洗效率及穩(wěn)定軋制等方面的研究，冷軋雙相高強(qiáng)的生產(chǎn)效率提升30%以上。

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