U型卷取工艺试验研究

王 鹏

(山东钢铁集团日照有限公司钢铁研究院，山东 日照 276805)

热轧带钢在卷取过程中，卷取温度全长设定为同一目标温度值，称之为等温卷取。等温卷取工艺下，钢卷内外圈由于热辐射及与空气对流换热而导致温度较低，同钢卷的中间部分相比，渗碳体、AlN的析出少且不易粗大，从而使钢卷头尾部分的材料性能变差，影响最终产品通卷性能的均匀。

控制冷却技术是提高热轧组织性能的重要手段，而层流冷却系统已成为热轧带钢控制冷却的重要工艺手段[1]。为了消除性能要求严格的钢种钢卷头尾与中间部分性能差异，例如深冲超低碳IF钢和高强系列钢板，国内很多钢厂热轧生产一般会使用U型卷取工艺(即提高头尾的卷取温度目标值使卷取温度分布呈现U型，如图1所示)，来改善冷热轧钢卷的头尾性能。

为了验证热轧U型卷取工艺的实际作用效果，我们选取四炉低碳铝镇静钢DC01进行工艺对比试验，其化学成分如表1所示。为保证生产工艺的一致性，四炉DC01从炼钢到冷轧均为集中生产，热轧和冷轧成品规格和工艺制度保持一致。

图1 U型卷取工艺控制示意图

牌 号CSiMnPSAlsDC01≤0.03≤0.03≤0.03≤0.02≤0.02≤0.06

1 热轧组织与性能情况

1.1 热轧工艺情况

试验钢热轧生产分别执行等温卷取和U型卷取工艺进行对比，其中等温卷取工艺全长卷取温度设定为同一目标值，而U型卷取工艺以带钢中部温度为基准，中部采用原始目标卷取温度，通过设定头、尾部冷却长度和冷却温度实现全长的U型控制。具体为等温卷取工艺目标卷取温度设定为700 ℃，如图2所示，U型卷取工艺中部目标卷取温度为700 ℃，头部、尾部50 m目标卷取温度为730 ℃，如图3所示。

图2 等温卷取实际温度控制曲线

图3 U型卷取实际温度控制曲线

对热轧卷的头部、尾部取样，对比不同层流冷却工艺下的热轧头尾部组织和性能。

1.2 热轧金相组织

由图4和图5的热轧头部、尾部试样的显微组织可见：

(1)由于钢卷外圈散热较快，卷芯热传导散热较尾部慢，所以热轧尾部晶粒较头部更为细小。

(2)与等温卷取相比，U型卷取工艺下热轧卷头部、尾部晶粒尺寸更粗大。

(3)与等温卷取相比，U型卷取工艺下热轧卷头部、尾部晶粒尺寸相差更小，晶粒更加均匀。

(a)头部 (b)尾部图4 等温卷取热轧头尾部200倍金相组织对比

(a)头部 (b)尾部图5 U型卷取热轧头尾部200倍金相组织对比

1.3 热轧头尾力学性能

对热轧卷的头部、尾部试样做拉伸实验，测试热轧屈服强度ReL、抗拉强度Rm和延伸率A50指标，结果见表2。

表2 热轧卷头尾拉伸性能结果

从表2中热轧卷头尾部试样的性能结果可见：

(1)在两种工艺下，热轧卷头部和尾部屈服强度差异变化较大。其中等温卷取工艺下，尾部屈服强度比头部屈服强度平均高20 MPa，原因为尾部散热较头部快，温度低，晶粒更细小，屈服强度增加，这与金相组织相对应；U型卷取工艺下，热轧卷头部和尾部的屈服强度差异明显减小。

(2)在两种工艺下，热轧卷头部和尾部的抗拉强度、延伸率指标差异不大。

2 冷轧组织与性能情况

2.1 酸洗表面质量

热轧基板在酸洗工序头尾出现横折印问题，缺陷长度与头尾U型长度基本对应。经分析U型卷取工艺提高了热轧头尾部卷取温度，在带头带尾实际温度控制会出现超过设定值的情况下，导致头尾屈服强度降低，屈服平台长度加长，上下屈服点应力差增大，便可能加重横折印缺陷的产生(见图6)。

图6 酸洗横折印缺陷

由于存在屈服平台，横折印缺陷在低碳铝镇静钢中很常见，一般产生于冷轧开卷矫直后，存在轻微手感，经冷轧机的连续轧制变形后基本可消除。

2.2 冷轧金相组织

由图7和图8的冷轧头部、中部、尾部试样的显微组织可见：

(1)带钢经退火再结晶后，整体的金相组织晶粒度均在8.5～9.5级之间，冷轧卷头部和尾部的晶粒大小差异较热轧卷减小。

(2)等温卷取的钢卷经冷轧退火后，卷中部与头尾部的晶粒相差较大，其中中部晶粒相对粗大，等轴晶粒分布更多，因此中部组织明显更为均匀。

(3)U型卷取的钢卷经冷轧退火后，卷中部与头尾部的晶粒相差不大，头尾部晶粒一般较中部晶粒仍稍微细小些，但通卷组织更为均匀。

(a)头部

(a)中部

(a)尾部图7 等温卷取冷轧头中尾500倍金相组织对比

2.3 冷轧力学性能

冷轧连续退火生产的产品同一个钢卷上性能的波动，主要是由于热轧冷却不均，以致碳氮化合物不均匀析出以及平整量变动而造成的[2]。对退火后的冷轧卷头部、中部、尾部取样分析，整体来看，两种工艺下的冷轧卷头部、中部、尾部的屈服强度与抗拉强度值相差10 MPa左右，延伸率相差5%以内；如表3所示，对于冷轧卷的头尾部与中部的屈服强度和抗拉强度差异，U型卷取工艺下该性能差明显低于等温卷取工艺下的冷轧卷，即U型卷取比等温卷取的冷轧卷通卷性能更加均匀。

(a)头部

(a)中部

(a)尾部图8 U型卷取冷轧头中尾500倍金相组织对比

表3 冷轧卷强度性能结果(单位：MPa)

3 结论

(1)U型卷取工艺使得热轧卷头尾部的屈服强度差异减小，可提高冷轧卷通卷的性能均匀性，对屈服强度的影响要高于对抗拉强度的影响。

(2)U型卷取工艺可能会加重酸洗工序热轧原料头尾部横折印缺陷的产生，主要为低碳铝镇静钢，通过工艺调整可减轻该缺陷。

(3)U型卷取工艺效果良好，可以推广应用到超低碳钢、低合金高强钢、双相钢等性能要求较高的钢种。