劉元博，郭 鵬

(本鋼板材股份有限公司 遼寧本溪 117000)

帶鋼由卷筒卷取成卷,鋼卷通過(guò)卸卷小車移出卷筒后，如整個(gè)帶卷逐漸塌陷，呈現(xiàn)橢圓形狀，稱為塌卷或扁卷,這樣的鋼卷無(wú)法正常開平，影響成材率及用戶使用[1]-[5]。熱軋雙相鋼[6](Dual Phase，簡(jiǎn)稱DP)是由鐵素體(F)+少量(體積分?jǐn)?shù)<20%)馬氏體(M)組成的高強(qiáng)度汽車用鋼，因其具有高強(qiáng)度和良好的沖壓成形性能而在汽車用鋼領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，也是本鋼主要產(chǎn)品。目前生產(chǎn)熱軋雙相鋼時(shí)，出現(xiàn)不同程度的扁卷缺陷，造成無(wú)法上機(jī)開卷，導(dǎo)致鋼卷無(wú)法使用產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)損失和材料浪費(fèi)。

1 雙相鋼的組織特點(diǎn)

雙相鋼是由馬氏體、奧氏體或貝氏體與鐵素體基體兩相組織構(gòu)成的鋼。一般將鐵素體與馬氏體相組織組成的鋼稱為雙相鋼。雙相鋼是低碳鋼或低合金高強(qiáng)度鋼經(jīng)臨界區(qū)熱處理或控制軋制后而獲得。雙相鋼的主要組成成分主要是鐵素體和少量的馬氏體(M)組成的，其中馬氏體所含體積分?jǐn)?shù)一般情況下小于20%，該種鋼的力學(xué)性能特點(diǎn)是強(qiáng)度比較高。普通高強(qiáng)鋼的制作過(guò)程是通過(guò)控制軋制細(xì)化晶粒，再加上微合金元素的碳?xì)浠衔锒龀鰜?lái)的強(qiáng)化基體。而雙相鋼是把較硬的馬氏體融合在純凈鐵素體的晶界或晶內(nèi)。馬氏體呈島狀分布在鐵素體晶粒之間，這樣得到的高強(qiáng)鋼，既具有了鐵素體不銹鋼的強(qiáng)度，有著奧氏體不銹鋼良好的韌性。

2 雙相鋼的生產(chǎn)工藝及現(xiàn)有問(wèn)題

2.1 生產(chǎn)工藝

生產(chǎn)工藝流程：

鐵水預(yù)處理→轉(zhuǎn)爐冶煉→爐外精煉(LF)→寬板坯連鑄(CC)→蓄熱式加熱爐加熱→2300 mm機(jī)組熱連軋(控軋控冷)→層流冷卻→卷取→檢驗(yàn)→包裝出廠

熱軋工藝流程：

加熱爐→高壓水粗除鱗→定寬機(jī)減寬→粗軋→飛剪→高壓水精除鱗→精軋→層流冷卻→卷取→打捆→稱重→標(biāo)識(shí)→入庫(kù)

熱軋雙相鋼主要分為低溫卷取和中溫卷取兩中生產(chǎn)工藝。

低溫卷取是在終軋后和卷取前完成馬氏體和鐵素體組織的轉(zhuǎn)變，這樣一來(lái)便可以得到低溫卷取型熱軋雙相鋼，一般情況下，卷曲溫度要低于300 ℃，可以加速形成馬氏體，可以有效避免了鐵素體的時(shí)效，同時(shí)可以防止馬氏體的自回火(圖1 低溫卷取工藝圖)。該種方法的優(yōu)點(diǎn)是由于該種型號(hào)鋼只有一小部分合金含量，所以成本低，比較經(jīng)濟(jì)。但是對(duì)工藝要求比較嚴(yán)格，再加上低溫卷取的卷取溫度的原因，所以該方案并不滿足我們的要求，一般不會(huì)采用。

中溫條件下的卷取型熱軋雙相鋼由于存在Cr、Mo等可以穩(wěn)定奧氏體的元素，所以可以控制其在奧氏體亞穩(wěn)態(tài)無(wú)相變轉(zhuǎn)變區(qū)發(fā)生卷取。卷取發(fā)生后，在空氣中冷卻到室溫的過(guò)程中，殘余奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變，得到馬氏體組織，參照下圖(圖2 中溫卷取工藝圖)，可以得到馬氏體和鐵素體的混合組織。該種方法有優(yōu)點(diǎn)是在加工過(guò)程中可以很好地控制溫度，得到想要的組織。缺點(diǎn)是相對(duì)于低溫卷取工藝來(lái)說(shuō)經(jīng)濟(jì)成本較高。

圖1 低溫卷取工藝圖

圖2 中溫卷取冷卻工藝圖

2.2 扁卷缺陷原因分析

現(xiàn)有的工藝生產(chǎn)完成后出現(xiàn)扁卷缺陷，產(chǎn)生這個(gè)問(wèn)題主要是工藝設(shè)定和溫度控制所造成的。一方面是因?yàn)榫砣囟冗^(guò)高[6]、[7]、冷卻速度慢導(dǎo)致鋼板組織中產(chǎn)生珠光體，卷取過(guò)程中施加在卷板上的拉應(yīng)力也會(huì)加速珠光體的轉(zhuǎn)變，除此之外，溫度和鐵素體平均精力之間存在一定聯(lián)系，當(dāng)溫度升高時(shí)，經(jīng)歷直徑也會(huì)增大。同時(shí)第二相體積分?jǐn)?shù)會(huì)逐漸降低。還會(huì)造成的影響有降低雙相鋼的抗拉強(qiáng)度，增大伸長(zhǎng)率，所以鋼材就會(huì)發(fā)生扁卷。

3 預(yù)防熱軋雙相鋼扁卷的措施

3.1 影響因素

卷取溫度和組織轉(zhuǎn)變是主要的影響因素，其中卷取溫度決定了精軋后的冷卻速度，最終導(dǎo)致組織發(fā)生轉(zhuǎn)變。對(duì)比不同工藝條件下熱態(tài)成品微觀組織情況，在卷取溫度相同、冷卻速度不同的情況下，在較慢的冷卻速度情況下，珠光體片層間距明顯粗化，這是因?yàn)樵诼倮鋮s情況下奧氏體中的碳有充足的時(shí)間析出，鐵素體為bcc結(jié)構(gòu)，本身容碳量低，碳的充分析出降低了碳對(duì)鐵素體晶格畸變的影響，鐵素體晶格畸變程度降低，因而成品的熱膨脹量就小。如果卷取溫度不同，但是冷卻速度相同的情況下，將卷取溫度降低至640 ℃，會(huì)發(fā)現(xiàn)組織中出現(xiàn)了少量的粒狀貝氏體，粒狀貝氏體可以提高鋼材的強(qiáng)度，但是鋼的塑性也會(huì)被降低，所以應(yīng)該避免粒狀貝氏體的出現(xiàn)。[8]

3.2 預(yù)防措施

在預(yù)防扁卷缺陷的研究過(guò)程中，利用本鋼2300熱連軋機(jī)組先進(jìn)的軋制和冷卻裝備，并充分考慮以下問(wèn)題：①超快冷條件下雙相鋼的相變規(guī)律；②殘余奧氏體在加工過(guò)程中由于操作不當(dāng)可能發(fā)生的組織轉(zhuǎn)變以及新組織會(huì)對(duì)鋼的力學(xué)性能可能產(chǎn)生的影響；③雙相鋼中鐵素體和馬氏體不同的成分比例，會(huì)對(duì)力學(xué)性能產(chǎn)生的影響；④卷曲溫度的高低與馬氏體組織之間存在何種關(guān)系。同時(shí)通過(guò)相關(guān)基礎(chǔ)理論問(wèn)題的研究，確定F+M雙相鋼控軋控冷生產(chǎn)工藝和組織轉(zhuǎn)變規(guī)律。經(jīng)過(guò)翻閱資料調(diào)查研究，我們初步制定了預(yù)防扁卷的工藝措施，步驟如下：

3.2.1 細(xì)化晶粒

可以達(dá)到增強(qiáng)組織性能預(yù)防扁卷的有效方法，溫度對(duì)細(xì)化晶粒至關(guān)重要，實(shí)際生產(chǎn)中在保證性能指標(biāo)的同時(shí)降低板坯的加熱溫度,對(duì)雙相鋼的加熱溫度優(yōu)化調(diào)整，并制定出最優(yōu)的溫度范圍，為后續(xù)軋制提供有利條件。

3.2.2 改進(jìn)粗軋水除鱗模式

終軋溫度的合適范圍是控制在800 ℃-1000 ℃，工業(yè)上采用滿道次滿水的方式將其控制在此范圍內(nèi)。雙相鋼的力學(xué)性能是：屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比較低，但總延伸率和均勻延伸率相對(duì)較高。經(jīng)轉(zhuǎn)變得到的鐵素體和馬氏體雙相組織，可以同時(shí)獲得鐵素體和馬氏體的優(yōu)良性能，增強(qiáng)硬度和韌性。

3.2.3 優(yōu)化精軋軋制工藝

為了使鋼材可以得到更好的力學(xué)性能，我們一般把固態(tài)相變和熱塑性變形結(jié)合起來(lái)，通過(guò)這種方式，可以得到較為細(xì)小的奧氏體晶粒，達(dá)到我們預(yù)期的目標(biāo)。避免了原有1070 ℃進(jìn)精軋，900℃出精軋獲得的粗大奧氏體晶粒導(dǎo)致屈服強(qiáng)度和屈強(qiáng)比高。

3.2.4 卷取溫度

熱軋產(chǎn)品的最終性能是否良好在很大程度上取決于卷取溫度是否合適，二者之間有必然的聯(lián)系。經(jīng)過(guò)研究造成扁卷的原因有：冷卻時(shí)間、溫度變化，冷卻速度，同時(shí)這些因素還會(huì)影響最終性能。因此卷取溫度要適中。假如卷曲溫度過(guò)高，鋼組織中就會(huì)有珠光體的出現(xiàn)，假如卷取溫度過(guò)低，就會(huì)有貝氏體的出現(xiàn)，總而言之，這兩者都會(huì)影響鋼材性能。在CCT 曲線上(圖2)可以看到溫度間隔為100 ℃ 的奧氏體亞穩(wěn)區(qū)，在此范圍內(nèi)則可得到鐵素體+馬氏體雙相組織。原卷取溫度過(guò)高達(dá)到650 ℃導(dǎo)致晶粒粗大，M氏體含量低，材料強(qiáng)度差，易引起扁卷(圖3)。

在工業(yè)生產(chǎn)中一般會(huì)用三段式冷卻來(lái)降低卷曲溫度。當(dāng)溫度降低至800 ℃-1000 ℃時(shí)將帶鋼終軋，采用合理的冷卻速度冷卻，當(dāng)其組織成分轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體時(shí)在空冷一段時(shí)間。此時(shí)帶鋼有大約75%-90%的部分完成鐵素體轉(zhuǎn)變。此時(shí)如果冷卻速度過(guò)慢，組織中將會(huì)出現(xiàn)珠光體，為了避免這種情況，應(yīng)該加快冷卻速度，當(dāng)溫度達(dá)到500 ℃時(shí)進(jìn)行卷取。

經(jīng)工藝優(yōu)化，卷取溫度降低后，提高卷取均勻性,晶粒細(xì)化程度增加，同時(shí)，M氏體含量增加，材料的強(qiáng)度增加(圖4)，達(dá)到避免扁卷缺陷的目的。

圖3 (高溫卷取)M氏體含量13%

圖4 (低溫卷取)M氏體含量18%

4 結(jié)論

熱軋工藝，特別是卷取溫度設(shè)定決定了出精軋后層冷冷卻速度的控制，因此根據(jù)雙相鋼特點(diǎn)制定卷曲溫度低于500 ℃-550 ℃；

優(yōu)化冷卻工藝，獲得合理的組織組成，在合理溫度區(qū)間內(nèi)，適當(dāng)降低溫度，以便得到細(xì)小奧氏體晶粒，增加冷速避免貝氏體出現(xiàn)在雙相鋼中；

設(shè)定合理的冷卻方式，通過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，采取三段式冷卻的中溫卷取工藝在實(shí)際生產(chǎn)中，是獲得良好組織性能，避免扁卷的最佳方案。