试析轧钢工艺对钢板性能的影响

张亮亮

（莱芜钢铁集团银山型钢有限公司板带厂，山东 济南 271104）

在轧钢生产中，影响钢板力学与化学性能的主要因素包括加热温度、开轧温度、终轧温度、冷却速度及卷取温度等，在这些影响因素的共同作用下，钢板的力学性能、化学性能以及规格形态极易发生改变，进而影响成品钢质量。因此，钢铁企业应及时分析总结影响钢板性能的主要因素，并制订切实可行的优化方案，最大限度地降低钢板质量缺陷出现的概率。

1 加热温度对钢板力学性能的影响及解决方法

以B1500HS高强度钢板为例，当钢板进入到精轧工序以后，精轧加热温度对钢板内部的晶粒组织将产生严重影响，这些晶粒组织也称之为奥氏体组织，在加热过程中，一旦奥氏体组织的结构状态发生改变，钢板本身的物理力学性能也将随之改变。例如，在对B1500HS高强度钢板进行加热处理后，将钢板分别保温0 min、4 min、8 min和12 min，然后利用电子万能试验机对钢板进行单向拉伸实验，从实验结果可以看出，B1500HS高强度钢板在不同的保温时间段，所表现出来的抗拉强度值也明显不同，随着保温时间的增加，钢板的抗拉强度呈现出先升后降的趋势。加热温度为830℃时，保温时间为12 min的情况下，抗拉强度为1 425.02 Mpa。加热温度为870℃时，保温时间为8 min的情况下，抗拉强度为1 615.02 MPa。加热温度为910℃时，保温时间为4 min的情况下，抗拉强度为1 655.02 MPa。加热温度为950℃时，保温时间为4 min的情况下，抗拉强度为1 625.07 MPa。由此可以看出，要想获得最佳的抗拉强度，应合理控制钢板的加热时间，以减少加热温度对钢板力学性能的不良影响[1]。

2 开轧温度对钢板力学性能的影响及解决方法

开轧温度主要是指轧钢生产第一道工序的轧制温度，一般情况下，开轧温度要低于加热温度，据现场生产数据表明，二者的差值介于50～100℃之间。以含磷高强IF钢为例，在不同开轧温度下，对钢板内部组织结构造成的不良影响进行实验分析，钢板在经过退火工序后，内部组织结构也发生了改变，当开轧温度为800℃和850℃时，α纤维组织密度较高，最大值停留在20°附近。开轧温度为700℃时，α纤维组织密度最大值停留在30°附近，其组织形态均为立方体，这种结构形态对钢板的深冲性能极为不利。但是，当开轧温度为750℃时，α纤维组织密度最大值停留在55°附近，在这一区域，α纤维组织密度几近消失。而从γ纤维组织结构密度看，开轧温度为850℃时，密度较低，开轧温度在750℃与800℃时，γ纤维组织结构密度较高，而开轧温度700℃时，结构密度则略低于850℃开轧温度时的密度。由此可以看出，钢板α纤维组织密度与开轧温度之间存在着正比关系，即开轧温度降低，α纤维组织密度也随之降低。而γ纤维组织结构密度则与开轧温度之间存在着反比关系，即开轧温度降低，γ纤维组织结构密度则随之升高。因此，为了获得深冲性能较好的钢板，开轧温度一般控制在750℃左右。

3 终轧温度对钢板性能的影响及解决方法

终轧温度主要是指热轧板在离开最后一道精轧工序时的温度，现场实验数据表明，终轧温度对热轧钢板的显微组织以及力学性能都将产生不利影响。以12Mn钢为例，当终轧温度从900℃降到780℃时，σb由470 MPa提升到510 MPa，σs由320 MPa提升到390 MPa，在这种情况下，钢板的延伸率也随之降低。18LT热轧链条钢本身的强度与终轧温度之间也存在反比关系，如表1所示。

表1 不同终轧温度下18LT热轧链条钢的强度值

通过对12Mn钢和18LT热轧链条钢力学性能的分析可以看出，如果终轧温度逐步升高，对这两个钢种的强度影响程度也将越来越小，这时，也能够有效改善钢板的冲压成形性能，对提高成品钢板质量起到积极的作用。因此，技术人员在实际生产当中，完全可以采用提高终轧温度，或者对轧制钢进行正火、淬火、回火与再结晶退火等处理方式，避免终轧温度对钢板性能产生的不利影响。

4 轧后冷却速度对钢板性能的影响及解决方法

现场实验数据表明，热轧钢板经过最后一道轧制工序后，钢板本身冷却速度的快慢与钢板性能存在密切关系，以含碳量（质量分数）为0.15%、含锰量（质量分数）为0.8%的低碳锰钢板为例，钢板的强度与韧性都会随着轧后冷却速度的变化而发生改变。当冷却速度在10℃/s以下，或者在40℃/s以上时，抗拉强度σb、屈服强度σs均与冷却速度呈正比关系，即冷却速度增加，强度值也随之增加。当轧后冷却速度介于10～40℃/s之间时，钢板强度与冷却速度的变化不存在关联性。以12Cr2Mo1VR钢为例，当轧后冷却速度介于20～30℃/s之间时，钢板中的不均匀碳化物经过正火加热形成的奥氏体将重新融入到钢板的奥氏体组织中，在这一冷却速度区间，碳的扩散相比对高冷速时要充分得多，因此，Cr、Mo、V的碳化物形成速度较为平缓，进而延缓了贝氏体的转变速度。在这种情况下，钢板的力学性能较为优越。而当冷却速度介于5～15℃/s之间时，钢板中的碳扩散速度处于不均衡态势，在这种情况下，钢板内部组织的析出物将随着冷却速度的加快而出现长大的现象，继而对钢板的冲击韧性产生不良影响。为了规避轧后冷却速度对钢板力学性能产生的不利影响，技术人员可以将钢板经过正火处理后，以25～45℃/s的速度对其进行加速冷却，然后再利用710～740℃的温度对钢板进行回火处理，这对改善成品钢的力学性能都会起到关键性作用[2]。

5 卷取温度对钢板性能的影响及解决方法

卷取温度主要是指热轧钢板到达卷取机时的温度，通过现场实验发现，卷取温度对钢板内部的奥氏体组织结构也会产生不利影响。以09MnNb钢为例，当轧后冷却速度介于21～28℃/s之间时，卷取温度越高，钢板的强度越低，当卷取温度分别为690℃和560℃，冷却速度分别为24℃/s和25℃/s时，钢板的强度变化幅度较大，冲击功ak值的提升速度也较为明显。当冷却速度介于9～13℃/s之间时，随着卷取温度的升高，钢板强度则随之下降。在空冷状态下，冷却速度为3℃/s时，随着卷取温度的升高，钢板强度曲线也呈现出下降趋势。卷取温度达到850℃时，σs的值仅为400 MPa。在对卷取温度这一影响因素进行分析时发现，卷取温度的变化对钢板内部的金相组织影响最大，当卷取温度为690℃，冷却速度为24℃/s时，钢板内部的铁素体晶粒粗大，形状呈多边形，而珠光体则呈现块状分布。当卷取温度为560℃，冷却速度为25℃/s时，钢板内部则为粗状的贝氏体组织结构。为了改善这一状况，技术人员应当及时对轧后冷却与卷取工艺参数进行调整与有效控制，进而在改善成品钢质量的同时，能够保证钢板的内部组织结构保持相对稳定的状态。

6 结语

通过轧钢工艺对钢板性能影响因素的分析可以看出，影响钢板力学性能与内部组织结构的因素多与每一道生产工序温度参数有关。因此，钢铁企业应当对加热温度、开轧温度、终轧温度、冷却速度、卷取温度进行合理控制，使温度范围既能够满足轧钢生产工艺需求，同时，也能够最大限度地降低对钢板性能的影响概率，进而使钢板性能得到有效改善。