分享：冷軋連退帶鋼力學(xué)性能不合格原因

冷軋連退工藝退火加熱和冷卻的時(shí)間越短,加熱和冷卻周期就短,生產(chǎn)連續(xù)緊湊可以避免罩式退火工藝中鋼卷因多次搬運(yùn)造成的劃傷、黏結(jié)、折邊等缺陷,這樣不僅可以生產(chǎn)深沖用鋼,還可以生產(chǎn)多種強(qiáng)度級(jí)別的高強(qiáng)鋼。冷軋連退工藝具有生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品成品率高、產(chǎn)品種類多、生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)[1-3],同時(shí)也存在工藝技術(shù)繁瑣、操作難度大、工藝區(qū)間窄、退火組織不均勻等缺點(diǎn)。冷軋連退工藝操作不當(dāng)會(huì)引起產(chǎn)品力學(xué)性能不合格等質(zhì)量問(wèn)題。 

1.   連退生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)述

連續(xù)退火為帶鋼連續(xù)通過(guò)退火爐,退火爐無(wú)封口,帶鋼不經(jīng)過(guò)停留而直接進(jìn)行卷取的生產(chǎn)方式。再結(jié)晶退火是連退生產(chǎn)的核心工序,而再結(jié)晶退火的關(guān)鍵設(shè)備是退火爐,退火爐由明火加熱段、輻射保溫段和快冷段組成。再結(jié)晶退火過(guò)程通過(guò)明火段和輻射段把帶鋼溫度提高到再結(jié)晶溫度以上、珠光體開(kāi)始奧氏體化溫度（Ac1）以下,并通過(guò)調(diào)整帶鋼的運(yùn)行速率來(lái)控制保溫時(shí)間,使帶鋼在爐內(nèi)完成再結(jié)晶退火,進(jìn)而獲得材料需要的組織和性能。帶鋼最終的組織和性能主要受爐內(nèi)氣氛、爐內(nèi)帶鋼溫度和帶鋼運(yùn)行速率等因素的影響。 

2.   常見(jiàn)力學(xué)性能不合格情況及原因

冷軋連退帶鋼力學(xué)性能的常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目一般為屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率等,常見(jiàn)的不合格情況主要有屈服強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)、屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均低于標(biāo)準(zhǔn)、斷后伸長(zhǎng)率低于標(biāo)準(zhǔn)、斷后伸長(zhǎng)率低于標(biāo)準(zhǔn)且抗拉強(qiáng)度高于標(biāo)準(zhǔn)等。 

某冷軋廠生產(chǎn)的Q355XG鋼原料厚度為3.5 mm、成品厚度為2.36 mm、壓下率為33%。表1,2分別為Q355XG鋼試樣1~5的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果和退火工藝參數(shù),其中試樣1為力學(xué)性能合格試樣,試樣2~5分別為屈服強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)、屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均低于標(biāo)準(zhǔn)、斷后伸長(zhǎng)率低于標(biāo)準(zhǔn)、斷后伸長(zhǎng)率低于標(biāo)準(zhǔn)且抗拉強(qiáng)度高于標(biāo)準(zhǔn)試樣,工藝參數(shù)中TV為厚度與板帶運(yùn)行速率的乘積,當(dāng)厚度一定時(shí),TV越大,板帶運(yùn)行速率越快,退火時(shí)間越短。表3為Q355XG鋼化學(xué)成分的出廠要求,試樣1~5的化學(xué)成分均符合出廠要求。 

2.1   屈服強(qiáng)度低于標(biāo)準(zhǔn)

試樣1,2的顯微組織形貌分別如圖1,2所示。由圖2可知：試樣2組織中珠光體有球化趨勢(shì),為典型的高溫退火組織。追溯退火工藝,試樣2明火段板帶溫度過(guò)高,實(shí)際溫度大部分時(shí)間在Ac1（730 ℃）以上,已經(jīng)達(dá)到珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變溫度,經(jīng)過(guò)后續(xù)輻射段保溫（低于明火段20~40 ℃）,組織接近雙相區(qū)球化退火組織,強(qiáng)度大幅降低,又因退火時(shí)間較短,晶粒未完全回復(fù)為等軸晶粒,抗拉強(qiáng)度降幅小于屈服強(qiáng)度,最終導(dǎo)致試樣的屈服強(qiáng)度不合格。 

圖  1  試樣1顯微組織形貌

圖  2  試樣2顯微組織形貌

2.2   屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均低于標(biāo)準(zhǔn)

試樣3的顯微組織形貌如圖3所示。由圖3可知：試樣3晶粒趨于等軸,整體晶粒較大。追溯退火工藝,試樣3的TV較小,板帶運(yùn)行速率慢,退火時(shí)間長(zhǎng),晶?；貜?fù)和長(zhǎng)大的時(shí)間充足,導(dǎo)致試樣的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均偏低[4],同時(shí)明火段板帶溫度較低,實(shí)際溫度在Ac1附近,珠光體球化趨勢(shì)不明顯,組織基本為熱軋態(tài)珠光體。 

圖  3  試樣3顯微組織形貌

2.3   斷后伸長(zhǎng)率低于標(biāo)準(zhǔn)

試樣4的顯微組織形貌如圖4所示。由圖4可知：試樣4組織中晶粒大小不均,小晶粒較多,強(qiáng)度較大。追溯退火工藝,試樣4的TV過(guò)小,退火時(shí)間短,導(dǎo)致再結(jié)晶后晶粒未完全長(zhǎng)大,晶粒不均勻,拉伸受力時(shí),大晶粒與小晶粒變形不一致,大小晶粒的交界處優(yōu)先形成裂紋,降低了材料的塑性。 

圖  4  試樣4顯微組織形貌

2.4   斷后伸長(zhǎng)率低于標(biāo)準(zhǔn)且抗拉強(qiáng)度高于標(biāo)準(zhǔn)

試樣5的顯微組織形貌如圖5所示。由圖5可知：試樣5晶粒延伸度較大,晶粒度級(jí)別較高,晶粒長(zhǎng)大程度不明顯。追溯退火工藝,試樣4的明火段溫度偏低,TV偏大,退火溫度低、時(shí)間短,整個(gè)再結(jié)晶過(guò)程未進(jìn)行完全,造成材料的強(qiáng)度偏高且斷后伸長(zhǎng)率偏低。 

圖  5  試樣5顯微組織形貌

3.   解決措施

對(duì)退火工藝進(jìn)行追溯,厚度為2.36 mm的Q355XG鋼適宜的退火溫度為Ac1以上15~25 ℃,即745~755 ℃?？刂泼骰鸲螠囟葹?45~755 ℃,TV為115~117。減小板帶溫度和板帶運(yùn)行速率的波動(dòng)范圍,保證退火工藝穩(wěn)定運(yùn)行,可以使材料獲得良好的力學(xué)性能。 

4.   結(jié)論

（1）當(dāng)退火速率較慢,即TV較小時(shí),明火段板帶溫度升高,當(dāng)板帶溫度比Ac1高30 ℃時(shí),組織中珠光體趨于球化轉(zhuǎn)變,材料的強(qiáng)度明顯降低。 

（2）當(dāng)退火速率較快,即TV較大時(shí),明火段板帶溫度下降,當(dāng)板帶溫度比Ac1高10 ℃時(shí),晶粒再結(jié)晶或者晶粒長(zhǎng)大不完全,造成材料強(qiáng)度偏高、斷后伸長(zhǎng)率偏低。 

（3）調(diào)整退火速率,保證退火溫度比Ac1高15~25 ℃,可以使材料獲得良好的組織和性能。

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