缓冷工艺对510L 组织性能的影响

2021-11-19于银俊

河南冶金 2021年4期

于银俊

（安阳钢铁股份有限公司）

0 引言

由于客车载客量大，安全性能要求较高，因此对材料的抗疲劳性、装配精度以及性能稳定性的要求也较高。安钢生产的薄规格510L 经过开平、纵剪、焊接制管后用在客车上，客户反应由于薄规格510L 通卷性能波动大，造成制管后钢管在加工使用过程中出现辊弧不一致的现象，影响装配尺寸的精度，给客车加工生产造成很大的困扰，并带来了很大的安全隐患。

卷板在轧制过程以及后续冷却过程中温度不一致，导致卷板的通卷性能出现波动，这是所有钢厂都面临的问题，也是钢厂亟待解决的技术问题。为了解决此问题，笔者通过对比卷曲后缓冷与空冷工艺下热轧卷通卷的组织与性能，分析了造成510L通卷性能稳定性差的原因，创新性地提出了卷曲后通过缓冷工艺均匀热轧卷板的卷头、卷中和卷尾的冷却速率，使510L 的通卷组织更加均匀，进而减少通卷性能的波动，提高通卷性能的稳定性。

1 试验材料和方法

1.1 试验材料

试验生产的材料为安钢的510L，主要工艺流程：铁水预处理脱硫→150 t 转炉冶炼→LF 精炼炉→230 mm 双流板坯连铸→加热炉→高压水除鳞→粗轧→精轧→层流冷却→卷曲→取样检测→包装标识→入库。

1.2 试验方案

为避免成分和其他生产因素对此次试验造成影响，本次试验的2 个钢卷取自同一炉钢的板坯，同轧制批次号，轧制规格均为3.0 mm×1 500 mm，化学成分见表1。

表1 510L 化学成分 %

工艺一：空冷工艺，将卷曲后的钢卷空冷放置，冷却至室温；工艺二：缓冷工艺，将卷曲后的钢卷快速吊装到缓冷厢中进行堆垛，缓冷72 h，然后从缓冷厢中吊出，冷却至室温。

为了全面对比正常空冷和缓冷钢卷的通卷组织和性能情况，对采用工艺一和工艺二生产的钢卷的卷头、卷中和卷尾进行取样，分别对比不同位置的组织和性能。

1.3 试样检测方法

对试验钢卷进行分卷、取样，采用GB/T 2975取样方法分别在卷头、卷中和卷尾进行取样，利用PME3 Axiovert 200 光学显微镜和WAW-Y500 微机控制电液伺服万能试验机检测其组织和力学性能。

2 试验结果

2.1 试验钢卷不同位置的金相组织

不同工艺的钢卷在卷头、卷中和卷尾的组织形貌如图1 所示。

图1 不同位置的组织形貌

从图1 可以看出，空冷或者缓冷钢卷的组织均为铁素体+珠光体，空冷钢卷的卷头和卷尾的晶粒尺寸较卷中的尺寸小，经测量空冷试样的头部和尾部的晶粒度为11.5 级，而卷中为11 级，卷头和卷尾以准多边形铁素体为主，卷中以多变形铁素体和块状珠光体为主。缓冷钢卷的卷头、卷中、卷尾的晶粒尺寸较为均匀，经测量均为11 级，全部为多边形铁素体和块状珠光体。

2.2 试验钢卷不同位置的性能

采用空冷工艺，试验钢卷不同位置的力学性能如图2 所示。采用缓冷工艺，试验钢卷不同位置的力学性能分布如图3 所示。

从图2 可以看出，采用工艺一生产的钢卷的抗拉强度最高达到570 MPa，最低为533 MPa，相差37 MPa，屈服强度最高达到500 MPa，最低为442 MPa，相差58 MPa，延伸率最高为27%，最低为24%。

图2 采用工艺一生产的钢卷不同位置的力学性能

从图3 可以看出，采用工艺二生产的钢卷的抗拉强度最高达到548 MPa，最低为539 MPa，相差9 MPa，屈服强度最高为461 MPa，最低为440 MPa，相差21 MPa，延伸率最高为29%，最低为27%。

图3 采用工艺二生产的钢卷不同位置的力学性能

综合来看，热轧卷卷曲后无论是采用空冷工艺还是缓冷工艺，卷中的强度较卷头和卷尾均较低，经过缓冷工艺，钢卷的强度降低，通卷强度波动减少，塑性增加。

3 分析和讨论

对于低碳微合金钢来说，钢中常见的强化方式有细晶强化、沉淀强化、固溶强化和位错强化。510L 的主要强化方式是细晶强化[1]，根据Hall-Petch 公式：

可知，随着晶粒尺寸的减少，金属强度逐渐增高。钢卷在冷却过程中，由于卷头和卷尾部分直接与空气接触，散热较快，造成冷却速率大，导致卷头和卷尾的晶粒细小，而卷中部分由于散热慢，冷却速率低，造成晶粒有充分的长大时间，晶粒比卷头和卷尾的大。因此，空冷钢卷头部和尾部的细晶强化最高，卷中部的偏低，与图2 的检测结果相符合。

经过缓冷的钢卷，在钢卷冷却过程中，温度降低的较慢，钢卷的头、中、尾的冷却速率相对均匀，使得缓冷钢卷的头、中、尾处的组织更均匀，性能也更加稳定。同时，缓冷使钢中的位错密度减少，从而使钢板的内应力和不均匀性减少，降低了钢的强度，提高了材料的塑性[2]。

通过对比空冷和缓冷钢卷不同位置的组织和力学性能可知，通过缓冷工艺，钢卷组织的均匀度增加，性能稳定性增加，同时提高了通卷材料的塑性，与实际检测相符合。