連續(xù)熱鍍鋅工藝對IF鋼力學(xué)性能的影響

1、連續(xù)熱鍍鋅工藝對IF鋼力學(xué)性能的影響程國平,袁明生,張紅(寶鋼股份公司技術(shù)中心,上海201900摘要:對影響熱鍍鋅IF鋼力學(xué)性能的主要工藝參數(shù)進(jìn)行了研究,其中包括各段退火溫度、帶鋼速度、退火張力和拉矯延伸率等。結(jié)果表明,影響IF鋼熱鍍鋅板力學(xué)性能的主要因素是退火溫度制度、退火張力和拉矯延伸率。關(guān)鍵詞:連續(xù)熱鍍鋅;IF鋼;退火;拉矯中圖分類號:TG113125文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:1008-0716(200102-0009-05I nfluence of Continuous H ot Dip G alvanizing Process on Property of IF SteelCHENG

2、Guo2pingY UAN Ming2shengZHANG Hong(B aosteel T echnical Center,Shanghai201900,ChinaAbstract:The investigation about the main technological parameters which affect the property of IF steel is made in the paper,including annealing tem perature of every section,speed of strip,tension of an2 nealing and

3、 tem pering rate.The result shows that tem perature,tension of annealing,and tem pering rate are the main factors.K ey Words:C ontinuous hot dip galvanizing;IF steel;Annealing;T em pering1引言熱鍍鋅鋼板具有優(yōu)良的耐腐蝕性和良好的成形、焊接、涂漆等綜合性能,主要應(yīng)用于建筑、汽車和家電等行業(yè)。在20世紀(jì)90年代,日本熱鍍鋅鋼板應(yīng)用比例為:建筑約36%、汽車約33%、家電約16.5%;歐共體和美國則為:汽車約42%

4、、建筑約31%、家電約25%1。汽車工業(yè)對熱鍍鋅板的表面質(zhì)量和成形性等提出了很高的要求,大大推動了鋼板熱鍍鋅技術(shù)的進(jìn)步。熱鍍鋅技術(shù)進(jìn)步包括鍍鋅層厚度均勻性、表面質(zhì)量和鍍層冶金學(xué)方面(如合金相組成、形態(tài)的控制技術(shù),以及鋼基板的冶金生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)步,特別是近年快速發(fā)展的爐外精煉、真空脫氣、連鑄連軋、連續(xù)退火技術(shù)等等25。目前,以超低碳無間隙原子鋼(IF鋼為基板生產(chǎn)的超深沖熱鍍鋅鋼板正逐步成為高技術(shù)含量和高附加值產(chǎn)品的象程國平碩士1973年生1998年畢業(yè)于北京科技大學(xué)現(xiàn)從事金屬材料研究電話26647108征。寶鋼從90年代初開始熱鍍鋅IF鋼的研究,現(xiàn)已成功地開發(fā)出兩個(gè)級別的鋼種:ST06Z和ST07Z

5、,并轉(zhuǎn)入批量生產(chǎn),生產(chǎn)總量已超過1萬t6。但是與實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果相比,在大生產(chǎn)中存在屈服強(qiáng)度偏高、延伸率偏低而且波動范圍較大等問題。對此,筆者對連續(xù)退火和拉矯工藝進(jìn)行了系統(tǒng)研究,其中包括退火加熱段結(jié)束溫度、均熱段結(jié)束溫度、緩冷段結(jié)束溫度、帶鋼速度、退火張力和拉矯延伸率等對熱鍍鋅IF鋼力學(xué)性能的影響。2實(shí)驗(yàn)材料和過程實(shí)驗(yàn)用材從大生產(chǎn)冷軋板取樣,其化學(xué)成分和前工序的工藝條件如表1和表2所示。表1試樣的化學(xué)成分T able1Chemical com position of test steel%C S i Mn P S T.Al N T i0.0030.0120.150.010.0050.0580.0

6、0160.08292001年第2期寶鋼技術(shù)表2試樣前工序的工藝條件T able 2T echnical paremeters for preprocedure of sample熱軋條件冷軋條件再加熱溫度終軋溫度卷取溫度熱軋板厚度mm 成品厚度mm 冷軋壓下率%12209206603.50.8784.5 1.0785.71.574試樣尺寸220mm ×70mm ,長度方向垂直于軋向。在實(shí)驗(yàn)室的CCT -AWY 型薄板連續(xù)退火模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行模擬連續(xù)熱鍍鋅退火過程。退火工藝如圖1所示,加熱段結(jié)束后溫度為F 1,均熱段結(jié)束后溫度為F 2,緩冷段結(jié)束溫度為F 3。退火后的試樣,一部分經(jīng)實(shí)驗(yàn)

7、室二輥軋機(jī)平整處理以研究平整率對力學(xué)性能的影響,一部分未作平整。然后把試樣剪成兩片,每片為35mm ×220mm ,再加工成J IS 5#標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣,測定其力學(xué)性能 。圖1熱鍍鋅退火工藝示意圖Fig.1Annealing process of hot dip galvanizing在G leeble1500熱模擬試驗(yàn)機(jī)上完成模擬不同張力連續(xù)熱鍍鋅退火過程。試樣預(yù)先加工成J IS 5#標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣,并在兩端距端部14mm 處鉆出8mm 的圓孔以便加載。試樣在0750N 范圍內(nèi)某一恒定載荷下退火,退火后的試樣測定其力學(xué)性能。3實(shí)驗(yàn)結(jié)果3.1溫度F 1和F 2對IF 鋼熱鍍鋅鋼板力學(xué)性能

8、的影響模擬生產(chǎn)線上帶鋼運(yùn)行速度為80m/min 的條件下,F 1和F 2對力學(xué)性能的影響見圖2(a ?？梢?在720800范圍內(nèi),隨F 2的升高,屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度下降,延伸率、r 值和n 值有較大幅度的提高;F 2高于800以后,除了r 值繼續(xù)增加外,其它性能的變化較小。從圖中還可發(fā)現(xiàn)在均熱溫度低于800時(shí),F 1對IF 鋼力學(xué)性能影響較大。加熱結(jié)束溫度高則屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度低,延伸率、r 值和n 值高。而在均熱溫度高于800時(shí),F 1對力學(xué)性能沒有顯著影響。因此,在大生產(chǎn)中保證均熱溫度高于800,對于穩(wěn)定IF 鋼的力學(xué)性能是有利的。均熱結(jié)束溫度為840時(shí),加熱結(jié)束溫度F 1對IF 鋼熱鍍鋅

9、鋼板的力學(xué)性能影響見圖2(b ?？梢?在500800范圍內(nèi),加熱結(jié)束溫度F 1對IF 鋼力學(xué)性能的影響不大。3.2緩冷段結(jié)束溫度F 3對IF 鋼熱鍍鋅鋼板力學(xué)性能的影響當(dāng)F 1=650,F 2=840,帶鋼速度為80m/min 時(shí),緩冷段結(jié)束溫度F 3對IF 鋼熱鍍鋅鋼板力學(xué)性能的影響見圖3?？梢?F 3對力學(xué)性能的影響也不大。3.3連續(xù)熱鍍鋅退火時(shí)機(jī)組速度對IF 鋼熱鍍鋅鋼板力學(xué)性能的影響當(dāng)F 1=700,F 2=840時(shí),連續(xù)熱鍍鋅退火帶鋼速度對IF 鋼熱鍍鋅鋼板力學(xué)性能的影響見圖4。厚度小于1.5mm 時(shí),帶鋼運(yùn)行速度對產(chǎn)品的屈服強(qiáng)度影響不大。如速度從60m/min 增加到150m/mi

10、n 時(shí),屈服強(qiáng)度基本不變。當(dāng)厚度為1.5mm 時(shí),帶鋼速度對產(chǎn)品屈服強(qiáng)度的影響較大,帶鋼速度快,屈服強(qiáng)度升高。而且對于厚規(guī)格產(chǎn)品即使在較低的帶鋼運(yùn)行速度下也不能得到與薄規(guī)格產(chǎn)品相當(dāng)?shù)那?qiáng)度值。在實(shí)驗(yàn)條件下,帶鋼速度對抗拉強(qiáng)度、延伸率、n 值和r 值的影響較小。總的看來,相同帶鋼速度下,薄規(guī)格產(chǎn)品較厚規(guī)格產(chǎn)品的延伸率、n 值和r 值要高,而屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度要低。1寶鋼技術(shù)2001年第2期圖2F1和F2溫度對IF鋼熱鍍鋅板力學(xué)性能的影響Fig.2In fluence of F1and F2temperature on properties of hot dip galvanizing IF s

11、teel sheet圖3F3溫度對IF鋼熱鍍鋅鋼板力學(xué)性能的影響Fig.3In fluence of F3temperature on properties of hot dip galvanizing IF steel sheet 3.4張力退火對IF鋼力學(xué)性能的影響在0750N范圍內(nèi)某一恒定載荷下模擬張力退火,不同載荷下的試樣經(jīng)一個(gè)退火周期后測定力學(xué)性能。力學(xué)性能與載荷的關(guān)系如圖5所示?？梢?隨載荷的增加,n值和延伸率下降十分明顯。當(dāng)載荷為0時(shí),n值和延伸率分別為0.31和48%;當(dāng)載荷增大到750N時(shí),n值和延伸率分別下降為0.26和41%。而且在比較小的載荷時(shí)就能對n值和延伸率產(chǎn)生比較

12、大的影響。但載荷在100650N范圍內(nèi)變化時(shí),n值和延伸率的下降幅度比較小。另外,張力載荷對屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的影響并不明顯,當(dāng)載荷由0增大到750N時(shí),屈服強(qiáng)度增加6MPa,而抗拉強(qiáng)度基本不變。3.5拉矯延伸率對IF鋼熱鍍鋅板力學(xué)性能的影響如前所述,在實(shí)驗(yàn)室采用平整處理來模擬研究熱鍍鋅生產(chǎn)線上光整和拉矯對IF鋼熱鍍鋅板力學(xué)性能的影響,結(jié)果如圖6所示。發(fā)現(xiàn)隨平整量加大,屈服強(qiáng)度迅速增加,n值和延伸率下降,而抗拉強(qiáng)度變化不大。11程國平等連續(xù)熱鍍鋅工藝對IF鋼力學(xué)性能的影響 圖4機(jī)組生產(chǎn)速度對IF 鋼熱鍍鋅鋼板力學(xué)性能的影響Fig.4In fluence of line speed on pro

13、pertiesof hot dip galvanizing IF steel sheet圖5恒定載荷對IF 鋼退火后力學(xué)性能的影響Fig.5In flusence of constant load on properties of IF steel after annealing圖6平整率對IF 鋼熱鍍鋅鋼板力學(xué)性能的影響Fig.6In fluence of tempering rate on the properties of IF steel sheet4討論在熱鍍鋅連續(xù)退火過程中,冷軋變形后的帶鋼完成再結(jié)晶和晶粒長大。對再結(jié)晶過程中表面洛氏硬度變化的研究發(fā)現(xiàn)(如圖7所示,冷軋變形后鋼板在

14、恒定60s 退火時(shí),在650左右開始再結(jié)晶,在780左右即可完成再結(jié)晶。提高退火溫度,再結(jié)晶的驅(qū)動力加大,完成再結(jié)晶的時(shí)間縮短,如在870時(shí),只需10s 鐘就能完成再結(jié)晶過程;同樣若降低退火溫度,則完成再結(jié)晶所需的時(shí)間就會相應(yīng)延長。具體到熱鍍鋅的退火周期來看,當(dāng)均熱段結(jié)束溫度F 2高于800時(shí)(如840,在均熱段內(nèi)鋼板可以完成再結(jié)晶,因此加熱段結(jié)束溫度F 1的影響就較小。當(dāng)F 2低于800時(shí),完成再結(jié)晶所需的時(shí)間延長,這時(shí),適當(dāng)提高加熱段結(jié)束溫度F 1將會增加有效的再結(jié)晶退火時(shí)間,促進(jìn)再結(jié)晶過程的進(jìn)行。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見 ,F 1在750時(shí),F 2的影響明顯減少。另外,機(jī)組生產(chǎn)速度的大小也直接決定

15、了實(shí)際退火時(shí)間的長短。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看,只要保證相應(yīng)的退火溫度(如F 1=700,F 2=840,熱鍍鋅機(jī)組生產(chǎn)速度的改變對再結(jié)晶過程的影響較小。也就是說,機(jī)組速度變化引起退火時(shí)間的變化對再21寶鋼技術(shù)2001年第2期結(jié)晶過程影響較小。這為以后提高機(jī)組速度,提高生產(chǎn)效率提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。從不同板厚的退火實(shí)驗(yàn)來看,薄規(guī)格產(chǎn)品的延伸率、n 值和r 值比厚規(guī)格的產(chǎn)品的值要大,而屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度則較低。這是因?yàn)楸∫?guī)格鋼板的冷軋壓下率高,再結(jié)晶溫度相應(yīng)較低,同樣的退火條件下,再結(jié)晶過程比較充分的緣故 。圖7連續(xù)退火條件對再結(jié)晶過程的影響(試樣厚度為1.0mm Fig.7In fluence of cont

16、inuous annealing condition on the process of recrystallization通過高溫拉伸實(shí)驗(yàn)測定IF 鋼冷軋鋼板在840時(shí)的抗拉強(qiáng)度為30MPa 左右。如此低的強(qiáng)度,在張力載荷的作用下,帶鋼極易受拉變形。從研究結(jié)果來看,退火時(shí)的張力使延伸率和n 值下降。但是這種變形對IF 鋼的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度影響不大,屈服強(qiáng)度略有升高,而抗拉強(qiáng)度基本不變。平整使鋼板中位錯(cuò)密度大大增加,起到加工硬化的作用,屈服強(qiáng)度增加,n 值顯著降低。經(jīng)大生產(chǎn)試驗(yàn),拉矯延伸率對鋼板力學(xué)性能的影響與實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果相吻合。5結(jié)論(1在熱鍍鋅工藝中影響IF 鋼板力學(xué)性能的主要因素是

17、退火溫度制度、退火張力和拉矯延伸率。(2退火溫度制度的設(shè)定應(yīng)從滿足鋼板再結(jié)晶所要求的溫度和時(shí)間來考慮,薄規(guī)格需要的溫度低,時(shí)間短;厚規(guī)格需要的溫度高,時(shí)間長。在滿足充分再結(jié)晶的條件下,提高帶鋼速度不會影響產(chǎn)品的力學(xué)性能。(3退火張力對鋼板的成形性能有不利影響,在允許的條件下應(yīng)盡量減小。(4拉矯延伸率對屈服強(qiáng)度有顯著影響,可以作為調(diào)整屈服強(qiáng)度目標(biāo)值的手段來使用。參考文獻(xiàn)1江社明1鋼板熱鍍鋅的技術(shù)進(jìn)步和汽車用板的開發(fā)11999年第五屆中國熱浸鍍鋅學(xué)術(shù)技術(shù)交流會論文集,北京:中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會,1999:13182馬國和,肖白1汽車用熱鍍鋅板連續(xù)退火工藝1軋鋼,1998;(3:38423王先進(jìn),茹錚,馬衍偉1我國汽車用鋼板的現(xiàn)狀和研究進(jìn)展1鋼鐵,1998;33(10:68724黃建中,王向東1汽車用涂鍍層鋼板的現(xiàn)狀與發(fā)展1鋼鐵,1997;32(11:72765Pradhan.R.