梅钢平整大延伸实现高硬度等级镀锡板的研究

魏宝民,穆海玲,白振华

(1.梅山钢铁公司技术中心,江苏南京210039; 2.燕山大学机械工程学院,河北秦皇岛066004)

梅钢平整大延伸实现高硬度等级镀锡板的研究

魏宝民1,穆海玲1,白振华2

(1.梅山钢铁公司技术中心,江苏南京210039; 2.燕山大学机械工程学院,河北秦皇岛066004)

在试验室模拟了连续退火生产镀锡板MR T-4CA不同延伸率的平整,研究平整延伸率对连续退火生产MR T-4CA镀锡板力学性能影响关系,比较了仅通过增加平整量生产的高硬度级别镀锡板与二次冷轧产品的差异性,并评估了梅钢连退平整机大延伸率轧制的负荷能力,提出了通过平整大延伸实现高硬度级别镀锡板的建议,为工业应用提供参考。

镀锡板;平整;高硬度;力学性能;负荷

1 引言

随着钢质罐与铝质罐以及其它代用材料的竞争越来越激烈,制罐行业使用的基本材料镀锡板呈现高强减薄趋势。二次冷轧产品以其规格薄、强度大、精度高为特点,充分体现了材料优势,其应用领域不断扩大[1,2]。尽管目前利用连退机组在线平整机生产二次冷轧产品存在较高的运行风险,但随着技术和管理水平不断进步,这将是一个发展趋势,据了解国内新建的专门用于生产镀锡板连退机组的在线平整机已经具有二次冷轧功能。本文在试验室模拟了连续退火生产镀锡板MR T-4CA不同延伸率的平整,研究平整延伸率对连续退火生产MR T-4CA镀锡板力学性能影响关系,比较了仅通过增加平整量生产的高硬度级别镀锡板与二次冷轧产品的差异性,并评估了梅钢连退平整机大延伸率轧制的负荷能力,提出了通过平整大延伸率实现高硬度级别镀锡板的建议,为工业应用提供参考。

2 材料及试验方法

试验所用材料为梅钢冷轧厂生产的MR T-4CA连续退火态镀锡基板,厚度为0.32mm,主要成分列于表1。

表1 MR T-4CA化学成分(质量分数,%)

利用燕山大学六辊650mm中试轧机对退火态镀锡基板进行不同延伸率的平整模拟试验,分别进行了2.1%、3.4%、5.8%、6.8%、8.3%、10.2%、13.2%、14.5%和16.3%九个延伸率的平整试验,试验后分别对钢板进行显微组织观察,拉伸测试以及表面洛氏硬度测试,并与二次冷轧产品分别就硬度、拉伸测试以及显微组织观察进行比较。观察比较试样在不同的平整延伸率时拉伸特性、表面硬度等的变化情况。为了便于比较,试样剪切方向为轧制方向(纵向)和垂直于拉伸方向(横向),观察带钢纵向和横向拉伸特性的差别[3]。同时应用《梅钢1420双机架平整机组轧制力预报》软件对不同平整延伸率下平整机的轧制负荷进行预测。

3 试验结果及分析

3.1 力学性能

实验钢板的原始表面硬度(HR30T,以下硬度均为HR30T)为58.6,随着平整延伸率的增加,硬度呈上升趋势,当平整延伸率为16.3%时,硬度升高至71.4,硬度的变化趋势如图1所示。这是由于随着变形的增大,位错钉扎作用逐渐增加,出现了加工硬化,材料的表面硬度提高。

图1 平整延伸率和钢板表面硬度的变化关系

由图1可以看出,试验料MR T-4CA经5%左右平整延伸率时其硬度可达到T5级别,经10%左右其硬度可达到T6级别,经14%左右其硬度可达到二次冷轧DR7级别,经大于16%其硬度可达到二次冷轧DR8级别[4],这为通过大的平整延伸率实现高硬度级别镀锡板提供了可能性。

钢板的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率随平整延伸率的变化如图2所示,三个拉伸性能指标均包括横向和纵向性能。可以看出,实验钢板随着延伸率的增大,横向和纵向的屈服强度、抗拉强度均呈上升趋势。实验结果同时表明,在相同的条件下,钢板横向的屈服强度和抗拉强度要高于对应的纵向指标,并且随着延伸率的增大,高出的值呈增加趋势,如图2(a)所示。这是由于随着延伸率的增大,晶粒发生滑移,滑移面和附近的晶格扭曲,使晶粒沿纵向拉长,造成材料横向的残余应力大于纵向的,因而横向的塑性变形强度大于纵向。实验材料随着延伸率的增大,横向和纵向的断后伸长率均呈下降趋势,如图2(b)所示。当平整延伸率为10%左右即强度在T6级别时,其断后伸长率为10%以上;当平整延伸率为14%～16%即强度在DR7-DR8级别时,其断后伸长率为3%～5%。由图2(b)还可以看出,在相同的条件下,钢板横向的断后伸长率小于纵向断后伸长率,其原因和上述延伸率造成材料纵、横向强度差异的原因相同。

3.2 试验料与二次冷轧产品的对比

将平整延伸率16.3%梅钢试验料(记为1#样)与其成分相近的两个二次冷轧产品DR8(分别记为2#、3#样)相比较。在强度和硬度方面来看,1#样品的硬度为71.4,2#、3#分别为71.3和71.1,三个样品的硬度相当,均在DR8的要求范围[4],三个样品的表面硬度和拉伸测试结果如图3所示。

图2 平整延伸率和钢板拉伸性能的变化关系

图3 三个样品性能比较

由图3可以看出,1#样品的屈服强度和抗拉强度无论横向还是纵向均与2#、3#相当,居于后者两样品中间;三个样品的横向强度均高于纵向强度,说明材料退火后经过较大的延伸率具有明显的方向性;在塑性方面, 1#样品的断后伸长率最低,2#样品居中,3#样品最高。

三个样品的显微组织如图4所示。

图4 三个样品显微组织比较

由显微组织可以看出,3#样品的铁素体晶粒最细,1#、2#相当,较3#略粗;3#样品晶粒均匀度最好,1#、2#相当;1#样品的晶粒变形度最大,2#次之,3#最小。综合来看,1#样品的晶粒均匀度和变形度与2#、3#样品存在一定的差距,这也是1#样品断后伸长率指标最低的原因所在。

这表明如果试图通过连退平整机大延伸的途径来实现产品调质度的升级,仅仅提高平整延伸率存在一定的风险,这样硬度指标虽然能够达到,但塑性指标不好,要从全工序对产品设计再审视。

3.3 梅钢连退平整机轧制的负荷评估

根据已知材料的强度,通过《梅钢1420双机架平整机组轧制力预报》软件,计算出不同平整延伸率的轧制力,以此来评估梅钢连退平整机对MR T-4CA料大延伸的负荷能力。通过多次计算发现,延伸率分配系数设定为0.6时,能够充分发挥第一机架和第二机架的轧制能力。摩擦系数按现场现有平整液的浓度测算,设定为0.5。表2是利用连退平整机将梅钢0.32mm MR T-4CA料经过2.1%、3.4%、5.8%、6.8%、8.3%、10.2%、13.2%、14.5和16.3%九个平整延伸率轧制力的数据,评估现场设备能否满足轧制负荷要求。

表2 轧制力计算结果

由表2数据可以看出,延伸率分配系数0.6,采用现有的平整液润滑模式下当平整延伸率小于10%时,连退平整机能够满足轧制负荷要求,平整延伸率13%～16%时一机架不能满足,二机架也已接近极限能力。如果梅钢连退平整机进行大于10%大延伸率试验,需提高平整液的润滑性。

4 结论

(1)实验钢板随着平整延伸率的增加,屈服强度和抗拉强度均呈上升趋势,断后伸长率均呈下降趋势,且横向强度高于对应的纵向强度,横向断后伸长率小于纵向断后伸长率。

(2)实验钢板随着平整延伸率的增加,表面硬度呈上升趋势,经5%左右平整延伸率硬度可达到T5级别,经10%左右其硬度可达到T6级别,经14%左右其硬度可达到二次冷轧DR7级别,经大于16%其硬度可达到二次冷轧DR8级别,这为通过大的平整延伸率实现高硬度级别镀锡产品提供了可能性。

(3)梅钢MR T-4CA经16.3%平整延伸率的试验料与二次冷轧产品DR8相比,梅钢试验料的硬度与其相当,但断后伸长率偏低,组织中晶粒均匀度和变形度还存在一定的差距,这也是梅钢试验料断后伸长率指标最低的原因所在。这表明如果试图通过连退平整机大延伸的途径来实现产品调质度的升级,仅仅提高平整延伸率存在一定的风险,这样硬度指标虽然能够达到,但塑性指标不好,要从全工序对产品设计再审视。

(4)采用现有的平整液润滑模式下当平整延伸率小于10%时,连退平整机能够满足轧制负荷要求,平整延伸率13%～16%时一机架不能满足,二机架接近极限能力。如果梅钢连退平整机进行大于10%大延伸率试验,需提高平整液的润滑性。

[1] 但锡安.二次冷轧镀锡薄钢板食品饮料罐的制造与应用分析[J].包装学报,2012.10(4):41 -46.

[2] 李秀军.二次冷轧技术的应用研究[J].宝钢技术,2006(增刊):61-63.

[3] 白振华,刘宏民,李秀军,等.平整轧制工艺模型[M].北京:冶金工业出版社,2010,85-87.

[4] 宝钢股份技术质量管理部.宝钢股份企业标准.第四分册[M].2009:130-132.

Research of Meigang Big Elongation Temper Rolling to Achieve High Hardness Grade Tinplate

WEI Bao-min1,MU Hai-ling1,BAI Zhen-hua2
(1.Technology Center of Meishan Iron&Steel Co.,Nanjing 210039,Jiangsu,China; 2.Mechanical College of Yanshan University,Qinhuangdao 066004,Heibei,China)

In this paper,Simulated the continuous annealing production of tinplate MR T-4CA different temper rolling elongation in the laboratory,Researched the relationship between elongation and the mechanical properties of continuous annealing production MR T-4CA tinplate,Compared the high hardness level tinplate only by increasing temper rolling elongation and two cold-rolled products,And evaluated load capacity of MeiGang continuous annealing temper mill under big elongation,Proposed the Suggestions of realizing the high hardness level tinplate by big elongation Temper rolling,Provide a reference for industrial application.

tinplate;temper rolling;high hardness;mechanical properties;load capacity

TG333

:A

1001-5108(2015)06-0043-05

魏宝民,工程师,主要从事金属材料加工方面的工作。