厚规格350Mpa级高强镀铝锌结构钢开发

邵远飞

（江苏省南京市雨花台区梅山街道梅钢公司，江苏 南京 210039）

标准要求镀铝锌板作为涂层产品，是冶金行业的深加工和高附加值产品，具有高耐腐蚀性、外表美观、深加工性能优良、成本低等特点，广泛应用于电器柜、建筑、轻工、汽车零部件、农牧等行业。随着国家经济的不断发展和产业结构的提档升级，一方面冷轧板或涂漆板逐渐被耐蚀性优良的热镀铝锌板替代，另一方面高强度厚规格镀铝锌板越来越受市场所青睐，特别是在某些机械支撑、承载应用和建筑应用领域。为顺应市场需求，努力拓展梅钢厚规格镀铝锌高强度等级品种，在梅钢冷轧厂镀铝锌产线开发了厚度1.95mm～2.00mm，350Mpa级高强厚规格镀铝锌结构钢[1]。

1 标准要求

在开发厚规格高强钢时主要参照了美标ASTMA792/A792M–09，340MPa强度级别镀铝锌产品，性能及成分要求如表1、表2所示。并与一些国内知名下游用户展开合作。它们在最初国内没有很好供货厂家的情况下，主要采购进口材料。我们与它们开展合作，并针对它们对进口材料性能（表3）要求，组织开展研究分析工作。该用户要求材料在冲孔、辊压折弯时不得有毛刺、孔变形和开裂等情况，所以要求此厚规格产品不仅具备一定的强度等级，还具备一定的变形能力，所以要求断后伸长率需大于18%。

表1 Grade 50CL1力学性能要求

表3 下游用户力学性能要求

2 工艺方案设计及样件生产比较

2.1 工艺流程

钢水预脱硫→转炉→精炼(LF炉或氩站)→连铸→热连轧→酸轧→连续热镀铝锌。

2.2 成分体系

梅钢酸洗机组因焊机最大可焊热卷厚度4.00mm，成品厚度约2.00mm，压缩比约50%左右。如采用低碳软钢，材料存储畸变能较小，热处理后晶粒尺寸差异较大，组织不良。如采用中碳、中锰钢，因熔炼成分波动较大，在满足性能下限要求时，由于波动有时强度较高，造成延伸率较低，用户加工开裂风险较大。如采用低合金高强钢，强度级别和稳定性能够得到较好的保证，但可能会增加冷轧机组轧制能耗和合金成本[2,3]。

图1 零件加工过程及缺陷

充分讨论上述情况后，对三种成分体系配以相应生产工艺，并对结果进行分析、比较，从整体上择优选择。然后再对选择的成分体系及其对应的生产工艺进行改进、优化，提高满足用户使用能力，确定最优成分体系及其对应的生产工艺。

2.2.1 典型成分体系、对应工艺

表4 三个典型成分体系

表5 关键工艺参数设计

2.2.2 试验料生产过程及成品性能

试验三卷材料，分别采用上述三种典型成分及相同的热轧、冷轧工艺，通过过程工艺和成品性能结果，反馈材料的性能情况。

三卷试验料，钢卷之间对应道次采取相同压缩比。从轧制力分布（图2）上观察，各道次的三个成分试验卷轧制力大小顺序呈现出一致性，即。

图2 五连冷轧轧机各道次轧制力

从成品力学性能和硬度（表6）观察，成分3比成分2高38Mpa、9，成分2比成分1高33Mpa、6.5，成分3提高幅度较大。

表6 成品镀铝锌成品性能

2.2.3 试验料生产小结

（1）成分1屈服287Mpa低于用户性能要求下限；成分2屈服320Mpa紧贴下限；成分3屈服358Mpa、抗拉434Mpa和伸长率32%能较好满足用户性能要求。

（2）成分3晶类度I9.0级，晶粒最细小。成分1、3组织是铁素体、珠光体；成分2组织是铁素体、少量珠光体和渗碳体。

（3）不同成分、相同热、冷轧工艺，且相同规格，采用低碳加微铌（Nb0.015%）的成分3，在冷轧各道次中，轧制压力最大。

综上所述，成分3晶粒度较细小，组织良好，力学性能满足用户加工性能要求。同时也说明了低碳微合金成分体系能很好地保证厚规格高强度、高成形性能。

图3 三种成分成品样金相组织

3 工业生产

3.1 成分、工艺设计原理

经查阅相关资料，微铌的细化晶粒作用效果较好，同时伴随着二相粒子析出沉淀强化作用。铌元素是强碳化物，与碳结合力较强，其细化晶粒主要作用在加热炉及热轧中晶界处化合态铌阻碍奥氏体长大，大大细化奥氏体，故铁素体得到细化。在后续冷轧热处理中，由于细小原始晶粒尺寸的遗传性和退火时铌对晶界钉扎阻碍铁素体长大，成品铁素体较细小，强度和塑性可同时得到明显提高。

3.2 放量生产和措施保证

3.2.1 炼钢工艺设计

（1）鉴于产品厚度规格为1.95mm～2.00mm，对材料成形性要求较高，且材料有焊接过程，为降低硫元素带来的热脆性和焊接质量不良，要求在生产中，冶炼铁水全部进行预脱硫处理。

（2）LF炉处理应防止钢水增氮，全程保持微正压操作，精炼时间≥35min，过程使用深度改性渣，确保硫控制在0.010%以下。

（3）转炉不允许补吹，转炉自由氧终点控制<750ppm。

（4）钢包上台前纯吹氩时间不低于5min。

3.2.2 热轧工艺设计

热轧工艺设计采取低终轧低卷取（FT/CT：840/540℃）。热卷厚度为4.0mm，板宽方向温度均匀性较好，微合金化扩大奥氏体区，降低Ar3线，精轧出口边部温度可较好保证在Ar3线上，防止两相区轧制。低终轧低卷取可获得较细小的晶粒和均匀弥散分布的渗碳体析出物。冷却方式采用前段冷却，减少出精轧后高温段时间，进一步细化晶粒组织。

表7 热轧关键工艺参数（℃）

3.2.3 冷轧工艺设计

为实现高厚度低合金的高强度要求，需进行充分退火，故采用高退火温度和低退火速度。铌的析出物对晶界钉扎阻碍晶界的推移，限制再结晶，提高了再结晶温度，同时厚度为2.00mm，为确保退火充分性，加热段/均热段设计为650/770度，退火速度70m/min以下。带钢入锅温度不宜过低，如温度过低，锌锅内带钢附近锌液温度低造成铁在锌液溶解量下降，且带钢附近铁浓度较高，会产生大量锌渣，严重影响表面质量。如温度过高，铁基体上合金层增厚使合金层脆硬，恶化镀层附着力，同时铁溶解量增加，后续析出锌渣增多，所以入锌锅温度590℃～600℃，其中厚规格偏下限控制。为确保晶粒细化，冷却段采用快速冷却至入锅温度，三台固定风机和一台移动风机功率设定100%，压力设定1000Pa，在确保均热和入锅温度前提下，尽可能提高退火速度。

表8 连续热镀锌关键工艺参数（℃）

3.3 放量生产质量情况

2018年1月份～4月份在梅钢冷轧厂镀铝锌C208机组试制生产了厚规格350Mpa级高强镀铝锌板，厚度为1.97mm，宽度为1250mm，共生产687t，工艺按照既定设计方案执行，生产过程控制稳定，力学性能、表面质量、规格尺寸精度、板形等均满足标准和用户要求。

3.3.1 力学性能

力学性能达到设计目标，能较好满足用户要求，屈服强度均值为379Mpa，抗拉强度均值为442Mpa，延伸率均值为30.3%，详见图4。

图4 放量试制力学性能

3.3.2 金相组织

从镀铝锌成品金相组织（图5）观察，等轴状铁素体已发生完全再结晶，组织主要为铁素体、游离渗碳体（晶界处）。铁素体晶粒较细小，且晶粒间尺寸较均匀，晶粒度等级I9.0级。晶粒组织、尺寸及均匀性都达到预期效果。充分利用铌析出物细晶强化和析出沉淀强化机制，使得厚规格镀铝锌屈服强度稳定在350Mpa以上。在高强度的稳定性上，此成分设计要优于碳锰钢成分体系。

图5 退火后金相组织

4 结语

（1）通过合理的成分，热轧工艺和冷轧工艺设计，梅钢镀铝锌产线具备了稳定生产2.00mm厚规格屈服350Mpa级以上的高强结构钢的能力。

（2）通过放量生产验证以及用户的使用反馈，产品力学性能、表面质量、镀层均匀性、尺寸精度、板形等均满足标准和用户使用。