不同连续退火机组DC06钢种同质化的工艺改进

供稿|张倩，刘晓峰，崔勇

无间隙原子钢(Interstitial-free steel，简称IF钢)因其优异的深冲性能而成为继沸腾钢、铝镇静钢后的第三代汽车冲压用钢，成功解决了汽车难冲件的成形问题[1]。目前，在国内一些主要钢厂，IF钢的最终退火方式为连续退火。与罩式炉相比，连续退火具备产品表面质量好、板形好、性能均匀、缺陷少、生产效率高、节省劳动力、成材率高等优点，从而取代了罩式退火技术，实现了冷轧带钢的快速、经济和大规模生产[2]。本钢集团引进冷轧连续退火线大幅提高了本钢汽车板的市场占有率，尤其是2#连续退火机组设计宽度为2150 mm，填补了国内2050 mm以上宽度冷轧产品的空白。但是冷轧连续退火线生产产品性能存在差异，本文通过分析影响因素进而调整连续退火工艺参数实现了产品性能的同质。

产品现状及问题

冷轧IF钢作为本钢汽车板主要的供货钢种，尤其DC06钢种主要大量用于门内板、行李箱盖板、油底壳等极难冲件，这就对钢的性能提出更高的要求。冷轧IF钢的性能与钢的化学成分、热轧工艺、冷轧工艺及退火工艺有关，而退火工艺是影响IF钢生产的关键工序[3]。

本钢DC06钢生产以1#和2#连续退火机组为主，成分要求及工序流程均一致，主要成分见表1。两条连续退火线的工艺完全相同，具体工艺参数见表2。

表1 DC06化学成分(质量分数，%)

表2 DC06工艺参数

两条连续退火线生产的DC06性能存在的一定的差异。以2020年某月宽度≤1700 mm的DC06钢性能数据为例，见表3。

从表3可以看出，2#连续退火线生产的DC06钢的屈服强度较1#连续退火线的低8.4 MPa，抗拉强度低5.1 MPa。由于1#连续退火投产时间较早且生产较为成熟，因此以1#连续退火线产品性能为标杆，对2#连续退火线的工艺进行调整以实现产品性能一致性。

表3 两条连续退火线DC06钢性能对比

影响因素分析

IF钢性能主要受退火后晶粒尺寸、晶粒形貌及位错密度影响。由于IF钢含碳量极低，在退火过程中只涉及铁素体的再结晶及晶粒长大，故缓冷段、快冷段、过时效段及终冷段工艺对晶粒尺寸及形貌的影响可忽略，而退火后的平整过程对IF钢的位错密度有影响。因而对IF钢性能起决定性影响的主要工艺参数为退火温度、保温时间及平整延伸率。

退火温度和工艺速度

选取DC06钢(宽度≤1700 mm)，限定其他工艺参数，观察屈服强度/抗拉强度与退火温度及工艺速度的关系，如图1和图2所示。

从图1和图2可以看出，屈服强度和抗拉强度与退火温度呈反比，与工艺速度呈正比，且抗拉强度相较于屈服强度对温度和速度的敏感度更高些。退火温度每提高10 °C，屈服平均降低1.8 MPa，抗拉强度降低2.9 MPa；工艺速度每提高20 m/min，屈服强度提高1.2 MPa，抗拉强度提高1.5 MPa。

图1 DC06钢性能与退火温度的关系：(a)屈服强度；(b)抗拉强度

图2 DC06钢性能与工艺速度的关系：(a)屈服强度；(b)抗拉强度

由于两条连续退火线投产时间及产线设备的供应商不同，退火炉的实际能力也不同。本钢1#连续退火线退火炉供货商为日本JFE，2#连续退火线退火炉供应商为比利时DREVER，各段道次数及长度具体见表4。

表4 1#、2#连续退火线退火炉各段道次数及长度对比

从表4可以发现，2#连续退火线加热和保温段的长度较1#连续退火线长近230 m，在相同工艺速度下，带钢在2#连续退火线加热和保温段的时间大于1#连续退火线。以0.8 mm的板厚度为例，在速度同为200 m/min的条件下，根据公式(1)可知，2#连续退火线经过加热和保温段的时间较1#连续退火线多69 s。

式中，t为带钢经过加热和保温段时间，s；s为加热和保温段长度，m；v为工艺速度，m/min。

由于两条连续退火线的DC06钢种退火温度一致，2#连续退火线的再结晶和晶粒长大的时间较1#连续退火线长，再结晶过程会更加充分，晶粒度相对更小，因此屈服强度和抗拉强度相对也会相对较低。因而提高其屈服强度和抗拉强度可考虑降低退火温度和提升工艺速度。

平整延伸率

平整的目的和作用是为了消除退火带钢的屈服平台，获得良好的带钢机械性能，改善板形并使带钢表面具有一定的粗糙度。

对于IF钢来说，平整延伸率对屈服强度影响较大，平整延伸率与屈服强度成正比关系[4]，这是由于IF钢中无C/N间隙原子，平整过程使位错密度增加，造成了加工硬化的效果，使屈服强度不断增加。同时平整后，表层部分晶粒被拉长，且变得细小，塑性变形扩展受到晶界的阻碍作用越大，故有利于提高钢的强度和硬度[5]。

图3可以看出，屈服强度与平整延伸率呈正比。平整延伸率每提高0.1%，屈服强度平均提高4.6 MPa；抗拉强度受平整延伸率影响不明显。为实现两条连续退火线DC06性能的同质，在降温提速的同时，也可通过调整平整延伸率的手段实现。

图3 性能与平整延伸率关系：(a)屈服强度；(b)抗拉强度

优化措施

为保证机组工艺操作的稳定性，提高2#连续退火线的工艺速度来减少带钢的保温时间的方案暂不考虑。选择厚度0.8 mm(1#样本)和1.4 mm(2#样本)两个厚度规格(分别为同一熔炼号)的DC06钢种进行对比。通过前期的分析结果，参照1#连续退火线，对2#连续退火线的退火温度及平整延伸率进行了调整，具体方案及性能情况见表5和表6。

表5 1#样本(0.8 mm)工艺调整实验方案及结果(与1#连续退火线0.8 mm产品对照)

表6 2#样本(1.4 mm)工艺调整实验方案及结果(与1#连续退火1.4 mm对照)

调整方案均依次按顺序进行，并根据前一个的实验结果反馈进行调整。方案1和方案2是对退火温度进行降温15 ℃和25 °C的实验，屈服强度和抗拉强度均有降低，降温25 °C后的抗拉强度更接近1#连续退火线的水平，降温实验停止。在方案2的基础上对平整延伸率进行调整，分别增加0.1%和0.2%，发现方案3的屈服强度更接近1#连续退火线的水平。通过拉伸实验数据对比，2#连续退火DC06钢种退火温度(825±10) °C，平整延伸率0.7%时性能与1#连续退火线的比较接近。

分析与讨论

将参照样本(1#连续退火线)与2#连续退火线工艺调整后的两个样本分别采用金相切割机水冷切割、夹持，用180#、320#、600#和800#砂纸研磨，3.5 μm抛光剂粗抛，再以0.5 μm细抛光,后采用体积分数4%的硝酸酒精腐蚀4 s后，利用ZEISSAxioPlan2显微镜进行金相观察(图4)。

图4 DC06钢种经不同处理工艺后的金相对比：(a)1#连续退火线0.8 mm样本(850 °C退火，平整延伸率0.6%)；(b)1#连续退火线1.4 mm样本(850 °C退火，平整延伸率0.6%)；(c)2#连续退火线0.8 mm样本(825 °C退火，平整延伸率0.7%)；(d)2#连续退火线1.4 mm样本(825 °C退火，平整延伸率0.7%)

通过金相对比，4个试样的晶粒度均为10，100%铁素体组织，晶粒形貌较接近，再结合拉伸实验数据：2#连续退火线退火温度降低25 °C、平整延伸率提高0.1%后，1#连续退火线和2#连续退火线生产的DC06钢种可实现性能同质。

结束语

(1)本钢2#连续退火线退火段工艺装备与1#连续退火线不同，在相同原料及工艺要求下，性能存在差异。因而产品的退火温度必须考虑设备结构进行调整，达到不同产线生产出相同性能产品的目的。

(2)IF钢的屈服强度与抗拉强度与退火温度成反比，与工艺速度呈正比，抗拉强度相对屈服强度对退火温度及工艺速度的敏感度较高；屈服强度与平整延伸率成正比，平整延伸率对抗拉强度的影响可忽略不计。

(3)针对DC06钢种，退火温度每提高10 °C，屈服平均降低1.8 MPa，抗拉强度降低2.9 MPa；工艺速度每提高20 m/min，屈服强度提高1.2 MPa，抗拉强度提高1.5 MPa；平整延伸率每提高0.1%，屈服强度平均提高4.6 MPa。

(4)在保证机组稳定运行的前提下，为实现DC06性能同质，2#连续退火线在原有工艺速度的基础上，需降温25 °C、提高平整延伸率0.1%，这既能节约能耗、降低成本，同时也为下一步同质同价奠定基础。