热轧工艺对MR T-2.5CA马口铁硬度的影响与防御措施

2022-11-12张军锋李建军

山西冶金 2022年6期

张军锋，李建军，张维，刘伟

（唐山钢铁集团高强汽车板有限公司，河北唐山 066000）

马口铁是两面镀有纯锡的冷轧低碳钢板或钢带，广泛应用于制罐、包装材料、冲压容器等行业，根据调制度等级的不同可划分为MR T-1～MR T-5，根据退火工艺分为CA和BA。马口铁成品的厚度从0.2～0.5 mm不等，其所采用热轧基料厚度一般在2.5～4.0 mm之间，冷轧压下率最高达到90%以上，冷轧过程一般采取单机架或者连轧机组轧制。冷轧前需对热轧原料进行纵剪分条，由于冷轧压下率大和纵剪分条的影响，热轧原料组织性能的均匀性将严重影响冷轧生产的稳定性和退火后的硬度均匀性，进而影响后续制罐成型工艺。针对热轧产品各项性能指标对冷轧产品的遗传性影响，本文分析了不同热轧工艺下MR T-2.5CA的组织均匀性与冷轧退火板的硬度关系，为冷轧生产稳定性和退火后产品硬度的均匀性提供了依据。

1 实验材料及方法

MR T-2.5CA实验钢成分见表1，成分设计主要采用低碳低硅成分，加少量的锰来保证产品的性能。产品主要生产工艺路线为：铁水预处理→转炉→LF精炼→连铸→热轧→分条→酸洗→冷轧→连退→拉矫→镀锡，热轧原料厚度为3.0～5.0 mm。热轧工艺见图1所示，钢坯经加热炉加热至1 180～1 220℃，经两架粗轧机轧制后进入精轧，根据成品厚度一般中间坯厚度设定为35～55 mm之间，精轧入口温度为1 010～1 050℃，精轧经过7机架轧制，经层流冷却后钢卷尾部切除8 m后进行取样分析。拉伸试样沿轧制横向，试样的标距，式中：S0为试样平行长度部分的原始横截面积；采用Z330E型330 kN电子拉力试验机进行室温拉伸试验，拉伸应变速率为0.006 7 s-1；沿轧向切取金相试样尺寸为10 mm×10 mm，经研磨、抛光后用4%硝酸酒精腐蚀，制备金相试样，用光学显微镜（OM）观察显微组织构成。

表1 MR T-2.5CA的化学成分 %

图1 热轧工艺示意图

2 试验过程与分析

2.1 热轧轧制工艺

本实验根据不同层冷模式和卷取温度设计两种实验方案，工艺参数见表2，其中1号方案采用001冷却模式，该冷却模式主要为UFC低压开启该冷却模式为前段冷却；2号方案采用201冷却模式，该冷却模式为UFC关闭下的常规冷却前段集中冷模式。热轧产品规格为1 260 mm×3.5 mm。

表2 热轧轧制工艺

2.2 生产过程跟踪

采用在线横断面温度检测仪对不同工艺下带钢横向温度进行检查，结果见下页图2，1号方案的实验钢横向和纵向均存在温度不均的现象，如下页图2-1所示，通过线横断面温度检测仪温度分析发现其中不同位置最大温度波动在80℃左右，如图3-1所示，带钢经过精轧后在高温区快速进入层流冷却段，实现钢带表面的快速温降；2号方案实验钢横向纵向温度均匀，不同位置温差较低，带钢热成像云图未出现大面积的蓝色区域，2号实验方案主要通过降低高温段温度梯度，降低高温度的冷却强度，缓解了带钢局部冷却强度，使得带钢表面温度均匀如图2-2所示，其不同位置温度波动在40℃以内，如图3-2所示。

图2 试验钢横向温度示意图

图3 试验钢横向温度曲线

热轧过程中，由于冷却不均，热轧供料沿横向存在性能差异，实际测量上表现为硬度分布不均。在冷轧过程中，热轧原料的性能差异必然影响冷轧轧制过程，在相对较软的部位，金属延伸较容易，而高硬度区延伸困难。因此，为了精确研究冷轧过程及其规律，必须考虑轧件沿宽度方向的性能差异[1]。

2.3 热轧带钢检验与分析

对1号热轧带钢进行横向力学性能和硬度检查，检测结果见图4，1号钢横向不同位置抗拉强度波动最大达到82 MPa，屈服强度波动达到65 MPa，热轧带钢表面硬度（HRB）波动最大达到3.4，存在严重的力学性能和硬度波动。通过对2号钢进行物理性能和硬度均匀性的检测，发现2号钢抗拉强度波动为40 MPa，屈服强度波动为37 MPa，硬度（HRB）波动为1，力学性能和硬度相对均匀。对比分析发现，横向温度波动与力学性能和硬度波动强相关，温度低点则强度和硬度偏高，温度高时强度和硬度偏低，说明热轧原料冷却不均是影响带钢力学性能不均的直接原因。

图4 试验钢横向温度对强度和硬度的影响（横纵坐标标题）

对1号带钢横向不同位置进行金相分析：分别取1号试验钢横向3和4位置进行金相观察，如图5所示，两个位置的金相组织均为铁素体+少量珠光体。对比观察发现，3号位置组织中存在一定量的准多边形铁素体，平均晶粒尺寸为6.3 μm，4号位置显微组织主要为多边形铁素体，平均晶粒尺寸为6.7 μm，带钢不同位置组织差异与带钢强度差异相对应，主要与带钢横向温度不均有关[2]。

图5 1号试验钢的显微组织

2.4 冷轧带钢检验与分析

1号钢和2号钢在经过相同的酸洗、6机架冷轧和连续退火工艺后，轧制成厚度为0.30 mm的冷轧退火板。对MR T-2.5CA冷轧退火板横向硬度进行测量，检测结果见图6。1号试验钢硬度波动较大，波动范围为58～65，最大波动达到6，且61.5%的点超出冷轧板要求的最高硬度值60 HR30T，硬度波动与前文所述的热轧横断面温度、性能和硬度（HR，30 t）波动趋势一致。2号试验钢硬度（HR，30 t）波动较小，波动范围在56～58，最大波动为2，符合产品要求的硬度值，满足后续的成型加工工艺。

图6 冷轧板横向硬度波动情况

卷取温度影响到氮化物及碳化物的析出过程，卷取温度越低，铁素体中固溶N越多，固溶的AlN就越多。由于冷轧后退火工序为连退，对于连退而言，固溶的AlN将限制再结晶铁素体晶粒的长大，因此不能形成所需的薄的圆饼状晶粒，使得塑性得不到提高，硬度也较高[3]。由此可知，卷取温度设计为680℃，更有利于后续冷轧产品硬度的降低。

由于热轧马口铁带钢冷却不均，造成了带钢沿横向性能的差异，在经过冷轧后，热轧性能的差异遗传到冷轧带钢中，而通过提高热轧带钢的卷取温度和层流冷却模式的调整，能有效改善带钢性能不均匀的现象，从而提高冷轧生产稳定性和降低带钢不同位置力学性能的波动幅度，提高产品的整体使用性。同时卷取温度提高后更利于冷轧退火的组织性能均匀性的提高。