3 5 0 MP a含B结构级镀锌板工艺研究

供稿|王力达，孙璐，梅淑文，王淑华 / WANG Li-da, SUN Lu, MEI Shu-wen, WANG Shu-hua

结构级镀锌产品具有耐腐蚀性强、表面质量好、利于深加工、经济适用等特点，广泛应用于建筑、家电、机械、汽车等行业。结构级镀锌板现已成为唐钢的主要特色产品，其质量得到广大用户普遍认可，随着结构级镀锌板市场不断向海外扩展，使其向高端应用领域不断挺进，对产品的要求也越来越高。

本文针对客户提出350 MPa含B结构级镀锌板的技术要求，在原有结构级镀锌产品生产的基础上，进行改进和微调，成功开发出该产品，并得到用户认可。

技术要求

此次开发研制的350 MPa含B结构级镀锌产品主要国内加工后出口海外，因此对产品性能和表面质量要求较高，为保证产品后续加工要求，延伸率要求高于同级别产品，经与客户多次交流，制定牌号为C350，技术要求见表1。

热轧钢带化学成分及工艺优化

热轧钢带的性能和组织形态良好，不仅直接影响热基镀锌产品的性能，而且保证冷基镀锌产品的质量稳定。针对含B结构级镀锌产品的技术要求，本文选择现有同级别牌号S350X的热轧钢带，进行硼的微合金化，生产含B结构级镀锌产品热轧钢带原料，设计牌号为S350XB，

表2为同月份S350X与20炉S350XB两种钢实际化学成分和相同热轧工艺下的力学性能均值对比。可以看出，含B钢较无B钢抗拉强度相近，而屈服强度值平均下降39 MPa。

表1 C350技术要求

表2 S350X与S350XB化学成分及性能对比

热轧钢带金相组织及析出物分析

通过观察两种钢热轧钢带金相组织(见图1)，利用截线法测得S350X的晶粒尺寸约为6.7 μm，S350XB的晶粒尺寸约为8.9 μm。根据Hall-Petch关系：σy=σi+kd-1/2(式中σi、k为系数)，晶粒尺寸与屈服强度成反比，可以判断含B钢晶粒相对粗大导致其屈服强度降低[1.2]。

图1 相同热轧工艺下S350X与S350XB金相组织. (a) S350X；(b) S350XB

图2 钢中BN析出物粒子. (a) 析出物粒子；(b) 能谱图

利用透射电镜观察钢中析出物大小及形态(见图2)，钢中由于B元素的加入，优先与N形成粗大的BN强化相，阻止AlN的形成，削弱了AlN对晶界的钉扎作用，从而使铁素体晶粒粗大化，降低其屈服强度。

热轧工艺及化学成分优化

由分析可以得出含B钢屈服强度值相对较低的原因，虽然其热轧钢带性能已满足要求，但后续平整、酸洗、镀锌工序会使其性能降低30~40 MPa，最终热基镀锌产品屈服强度值将接近性能要求下限。为保证镀锌成品的性能，本文采用优化热轧工艺参数，调整终轧温度和卷取温度[3]，达到改变组织形态，细化基体晶粒，提高含硼钢热轧钢带屈服强度值。

表2、图3为热轧工艺参数优化及性能对比和工艺优化后S350XB金相组织。

经热轧工艺优化后S350XB热轧钢带屈服强度平均提升24 MPa，其晶粒尺寸测量平均为7.1 μm，较改进前晶粒得到细化。但为保证最终产品性能达到最佳状态，结合自身的生产能力，将S350XB中Mn含量提高0.2%，经多批次在线生产性能统计，其热轧钢带屈服强度平均值提升到422 MPa，保证最终热基镀锌C350产品性能的稳定。

表2 S350XB热轧工艺参数优化前后性能对比

图3 热轧工艺优化后S350XB金相组织

镀锌工艺研究

热基热镀锌产品性能主要依靠其热轧钢带性能的遗传，冷基镀锌产品经过冷轧、镀锌，组织发生再结晶，镀锌退火温度控制是保证产品性能的关键。选择优化后的含B热轧钢带S350XB，经冷轧后，采用热模拟实验与在线生产微调相结合方式，制定合理的冷基C350镀锌退火工艺参数。

热模拟实验

选取优化后S 3 5 0 X B的冷硬板(压下率为62.5%)，在Gleeble-3800实验机上进行热模拟实验，热模拟退火温度分别为640 ℃、660 ℃、680 ℃、700 ℃、720 ℃，加热到相应温度保温3 min后采用吹风冷却，冷却速度约8 ℃/s，温度冷却到460 ℃后空冷至常温。图4为热模拟镀锌退火工艺示意图，热模拟实验后试样制取标准拉伸试样，进行力学拉伸实验，其结果见图5。

图4 热模拟镀锌退火工艺示意

图5 热模拟实验结果

由热模拟实验结果，初步制定在线试生产C350产品镀锌退火温度为670~710 ℃，其生产结果见图6，可以看出，在退火温度700 ℃时，热模拟实验与在线生产，C350产品屈服强度均出现大幅度下降现象，这与以往同级别产品性能随退火温度变化规律不同，并且导致产品性能不合格。

金相组织及XRD分析

取热模拟温度680 ℃与700 ℃试样进行金相组织横向截面对比(图7)，其组织未发生明显变化。

对热模拟试样进行XRD分析(图8)，可以看出热模拟温度640 ℃、660 ℃、680 ℃时XRD曲线与700 ℃、720 ℃时明显不同，说明BN强化相发生改变。依此可以判断为导致在700 ℃温度其屈服强度值发生大幅度下降的原因。

图6 在线生产C350产品性能

图7 热模拟试样横向截面金相组织. (a) 680 ℃；(b) 700 ℃

图8 XRD分析曲线图

根据实验和多次在线生产结果分析，制定冷基结构级镀锌C350产品退火温度设定为680±5℃最佳。

结论

(1) 微合金元素B的加入，优先与N形成BN粗大粒子，削弱了AlN对晶界的钉扎作用，使含B热轧钢带基体晶粒粗大，导致其屈服强度降低。

(2) 通过优化化学成分和热轧工艺，细化晶粒组织，可提高含B钢屈服强度，保证最终热基镀锌产品性能。

(3) 冷基C350产品在镀锌退火700 ℃时，由于BN相的改变，出现屈服强度大幅度降低现象，导致性能不合格，在实际生产中尤为注意。本文以指导生产为目的，具体BN强化相的改变还需进一步研究。

(4) 经多次在线生产，确定冷基C350产品生产镀锌退火温度为680±5 ℃最佳。

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