SPHD带钢边部混晶产生原因及整改措施研究_侯朝君.pdf

图 2试验热轧 SPHD 带钢横向拉伸力学性能SPHD 带钢边部混晶产生原因及整改措施研究侯朝君，刘金英（唐山瑞丰钢铁（集团）有限公司技术处，河北唐山063000）摘要：针对 SPHD 热轧钢板生产过程中易出现边部混晶问题，利用生产现场跟踪调研、微观组织检验、拉伸实验等相关实验手段，研究分析 SPHD 热轧带钢边部混晶产生原因，并阐明混晶产生的机理。通过提高加热温度、终轧温度及严格控制从粗轧到层冷的各工段横向温度均匀性和冷却工艺，使带钢宽度方向的横向温差满足30，终轧边部温度850，产品组织性能均匀性得到明显提高，混晶组织得到消除，提高了成材率，满足了市场需求。关键词：混晶；SPHD；组织性能；钢板；双相区轧制中图分类号：TG142.41文献标识码：A文章编号：1672-1152（2023）05-0019-030引言在低碳钢板轧制过程中，边部混晶经常出现，易引起钢板组织性能不均匀，导致低碳钢在后续深加工过程中出现质量问题1，SPHD 多用于冲压用钢，在后续加工过程中更容易出现边裂、边部黑线、横向性能差、冲压开裂、冲压橘皮状缺陷等问题，还会增加经济损失，延长后续加工工序。然而，在钢铁产品的生产和销售中，钢板质量对企业的影响至关重要，它不仅直接影响到产品的竞争力和企业的经济效益，还关系到企业的整体形象和信誉。为此，针对唐山某钢铁有限公司生产 SPHD 过程中出现的边部混晶问题专门成立了技术攻关小组，进行工艺整改和产品追踪，最终取得良好的效果。1试样取样及试验方法从唐山某钢铁有限公司 950 生产线的现场初始热试验某批次 SPHD 带钢中取样，从带尾 20 m 的位置沿板宽纵向切取试样，而后检测其物理性能，取样位置如图 1 所示，抽测其力学性能试验结果如图 2 所示。收稿日期：2022-12-09第一作者简介：侯朝君（1989），男，河北唐山人，毕业于山东工业职业学院冶金技术专业，大专，工程师，现为唐山瑞丰钢铁（集团）有限公司处（部）长助理，主要从事生产技术质量管理工作。总第 208 期2023 年第 5 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 208No.5，2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.05.0081-1宽向取样位置示意图1-2宽向取样位置实物图图 1试验热轧 SPHD 带钢现场取样示意图2-1屈服强度2-2抗拉强度2-3断后伸长率由图 2 检测结果发现，带钢宽度方向的性能波动较大，带钢边部（1、7 点）与带钢中部（4 点）的 3 种性能指标（屈服强度、抗拉强度、断后伸长率）相比较，物理性能差异分别为：屈服强度边部最高为 329 MPa，中间部位最低为 247 MPa，最大相差 82 MPa；伸长率由中间部位 50.5%降到边部 34.5%，相差 16%；抗拉强度最高为 376 MPa，最低为 339 MPa，相差 37 MPa。由试验结果数据可知，横向性能差影响较大的是塑性指标，对于强度指标的影响较小，但均未达到公司的性能要求目标范围（见表 1）。与目标要求值对比分析后可以看出，带钢两侧区域和边部位置强度偏高，断后伸长率偏低，无法满足后工序深加工性能要求。2微观组织检验及结果分析为探究造成试验中带钢强度高、宽度方向性能波动大和断后伸长率偏低的原因，在其不同部位取样，进行光学显微组织检测，结果如图 3 所示。表 1试验 SPHD 热轧带钢拉伸性能与目标性能比较数据对比屈服强度/MPa抗拉强度/MPa断后伸长率/%实验值24732933637634.550.5目标值25028033036040551/4 和中心得中间处1234567中心1/41/4操作侧传动侧带钢宽1234567340320300280260240220200屈服强度/MPa3103052851234567283249329247横向取样位置380370360350340330320抗拉强度/MPa3703733571234567360356376339横向取样位置555045403530断后伸长率/%391234567横向取样位置41475050.54934.5试（实）验研究山西冶金E-mail:第 46 卷864862860858856854852850848846边部 20 mm 终轧温度/12345678910通卷边部 20 mm 位置测温采集点传动侧 W20操作侧 W20850845840835830825边部终轧温度/12345678910通卷边部测温采集点传动边操作边表 3针对带钢出现的边部温降所制定的相应解决方案项目原因解决方案目的边部温度低边部自然冷却速度快提高整体温度提高边部温度边部水冷速度过快控制逆喷分布减少带钢边部温降，降低带钢中间与边部的温差控制冷却水分段利用除尘水边部降温减少带钢飞溅水降温轧后冷却不均层冷沿横向冷却强度差异控制层冷水分布平衡层冷各部分冷却强度，使组织均匀改进侧喷水处理夹送辊切水板漏水问题图 3试验热轧 SPHD 带钢不同部位金相组织形貌由图 3 金相组织可以看出，沿带钢宽度不同部位取样的晶粒明显分布不均匀，且在带钢边部出现严重的混晶问题2。正常组织为等轴的铁素体+珠光体晶粒，晶粒度等级在 9 级左右，而产生混晶的部位出现了粗大的铁素体晶粒，尤其是操作侧边部晶粒大小严重不均匀，晶粒度由 10 级到 6.5 级，出现了很大的差异。3混晶产生原因及机理研究通过现场跟踪生产测得 SPHD 带钢宽度方向终轧和卷取温度分布如表 2 所示。由表 2 可以看出，两侧终轧温度较中间部位平均温度低 40，边部温度均低于 850，操作测温度较传动侧更低，混晶也更严重（见图 3）。实测带钢通卷边部和距边部 20 mm 位置终轧温度曲线如图 4 所示。分析图 4 可知，操作侧和传动侧两边部变形温度均低于 SPHD 相变点 850，这是由于边部散热快，温度较低，优先进入铁素体转变区，即在精轧末期低温部分进入两相区轧制3，先共析铁素体经过加工变形，储存变形畸变能，变形畸变推动铁素体晶界移动扩大，畸变能通过晶粒异常长大的方式得到释放，从而得到异常长大的晶粒，得到混晶组织，使得产品强韧性变差。同时温度过低导致残余应力的产生，使钢板过硬和强度增加，塑性变差，伸长率降低。另外，因轧后冷却不均，温度较高部位的晶粒充分长大，造成了晶粒尺寸的偏差较大。4边部混晶缺陷的整改措施经攻关小组成员现场跟踪生产过程，分析整个生产工艺流程中对带钢边部温度影响最大的工艺环节是加热到层冷工艺环节，故为了减少边部粗晶、混晶问题，须严格控制从加热到层冷的各种温度和冷却工艺4。造成边部温度较低的原因有两种。针对边部的自然冷却速度较快所导致的降温，可以通过提高整体温度来解决，如提高加热温度和终轧温度，这也是解决问题最快且最直接的方法，可避免钢板出现低温区的组织转变，但为了保证目标性能，热轧酸洗低碳钢SPHD 的生产工艺已经使温度大幅降低，很难实现较高的终轧温度，因此需要综合治理此问题。基于此，针对带钢出现的边部温度低的问题详细列出了相应的解决方案（见表 3）。针对边部水冷速度过快问题，可通过控制逆喷水分布以及不同区段的冷却水、改进侧喷水等方法来缓解水冷速度过快的问题，平衡层冷各部分冷却速度，使组织均匀。通过采取上述措施后，SPHD 边部混晶问题得到有效解决，组织为铁素体+珠光体，晶粒度等级在 8.59.5 级，满足质量要求，改善后组织如下页图 5 所示。组织改善后带钢终轧和卷取横向温度均匀性明表 2SPHD 带钢宽度方向终轧及卷取温度分布部位操作侧边部1/4 处中心1/4 处传动侧边部终轧温度832841870880869885865882847832卷取温度540570570590570595569590530565图 4试验热轧 SPHD 带钢实测终轧温度4-1通卷边部终轧温度曲线4-2通卷边部 20 mm 终轧温度曲线3-1操作侧 020 mm3-2操作侧 2040 mm3-3操作侧 4060 mm3-4操作侧 1/4 处3-5中心处不正常组织：边部混晶正常组织：铁素体+珠光体202023 年第 5 期340320300280260240220200整改后屈服强度/MPa1234567270整改后横向取样位置5-1操作侧 0 mm5-4操作侧 1/4 处5-5中心处正常组织：铁素体+珠光体图 5热轧工艺、设备改善后 SPHD 带钢不同部位金相组织形貌表 5整改后 SPHD 带钢宽度方向终轧及卷取温度分布 显提高，基本可以保证横向温差30，具体温度分布如表 5 所示。按图 1 的取样方式对整改后钢板进行取样，检测其力学性能，结果显示：屈服强度最低为 252 MPa，最高为 270MPa，相差 18MPa；抗拉强度最低为 339MPa，最高为 364 MPa，相差 25 MPa；断后伸长率最小为45%，最大为 50.5%，相差 5.5%。由此可以看出，带钢宽度方向力学性能波动较整改前明显减小，相对较均匀，如图 6 所示。客户对产品质量给予充分肯定，每月的采购量由 5 000 t 增大到 2 万 t。6-1屈服强度部位操作侧边部1/4 处中心处1/4 处传动侧边部终轧温度868875882898880900875895880870卷取温度560580575600580600575595560585图 6整改后带钢横向性能波动6-3断后伸长率6-2抗拉强度5结论1）由于带钢边部温降过快，导致轧制时边部区域温度低于 SPHD 相变点 850，进入双相区轧制，缩小横向温差，减少边部温降，可以有效避免在两相区轧制。2）通过提高加热温度、终轧温度、严格控制从粗轧到层冷的各工段横向温度均匀性和冷却工艺，使带钢宽度方向横向温差满足30，终轧边部温度850。3）经整改后，产品组织性能均匀性得到明显提高，混晶组织得到了消除，所得晶粒度等级在 8.59.5级，组织性能较均匀，SPHD 边部混晶问题得到了有效解决，提高了成材率，满足了市场需求。参考文献1董学涛，全世铨，王亚东，等.SPHE 压缩机壳体冲压制耳缺陷分析J.金属世界，2021，3（10）：46-482王乙法，余伟，轩康乐，等.高强热轧带钢不均匀冷却及控制技术J.金属热处理，2017，42（8）：192-1973王素芬，李志杰，周建强.SPHC 带钢冷却过程温度与相变耦合预测模型J.热加工工艺，2019，48（9）：176-179.4王川，康永林.超低碳铝镇静钢冷轧薄板再结晶温度及性能研究J.热加工工艺，2011，6（40）：36-39.（编辑：武倩倩）Research on the Causes and Rectification Measures of Mixed Crystal Formation at the Edgeof SPHD Strip SteelHou Chaojun,Liu Jinying（Technical Department of Tangshan Ruifeng Steel(Group)Co.,Ltd.,Tangshan Hebei 063000）Abstract:As to the problem of edge mixed crystals in the production process of SPHD hot rolled steel plates,relevant experimental methodssuch as production site tracking research,microstructure inspection,and tensile experiments were used to study and analyze the reasons foredge mixed crystals in SPHD hot rolled strip steel,and to elucidate the mechanism of mixed crystal production.By increasing the heating