熱軋工藝對MR T-2.5CA馬口鐵硬度的影響與防御措施

張軍鋒，李建軍，張 維，劉 偉

（唐山鋼鐵集團高強汽車板有限公司，河北 唐山 066000）

馬口鐵是兩面鍍有純錫的冷軋低碳鋼板或鋼帶，廣泛應用于制罐、包裝材料、沖壓容器等行業，根據調制度等級的不同可劃分為MR T-1～MR T-5，根據退火工藝分為CA和BA。馬口鐵成品的厚度從0.2～0.5 mm不等，其所采用熱軋基料厚度一般在2.5～4.0 mm之間，冷軋壓下率最高達到90%以上，冷軋過程一般采取單機架或者連軋機組軋制。冷軋前需對熱軋原料進行縱剪分條，由于冷軋壓下率大和縱剪分條的影響，熱軋原料組織性能的均勻性將嚴重影響冷軋生產的穩定性和退火后的硬度均勻性，進而影響后續制罐成型工藝。針對熱軋產品各項性能指標對冷軋產品的遺傳性影響，本文分析了不同熱軋工藝下MR T-2.5CA的組織均勻性與冷軋退火板的硬度關系，為冷軋生產穩定性和退火后產品硬度的均勻性提供了依據。

1 實驗材料及方法

MR T-2.5CA實驗鋼成分見表1，成分設計主要采用低碳低硅成分，加少量的錳來保證產品的性能。產品主要生產工藝路線為：鐵水預處理→轉爐→LF精煉→連鑄→熱軋→分條→酸洗→冷軋→連退→拉矯→鍍錫，熱軋原料厚度為3.0～5.0 mm。熱軋工藝見圖1所示，鋼坯經加熱爐加熱至1 180～1 220℃，經兩架粗軋機軋制后進入精軋，根據成品厚度一般中間坯厚度設定為35～55 mm之間，精軋入口溫度為1 010～1 050℃，精軋經過7機架軋制，經層流冷卻后鋼卷尾部切除8 m后進行取樣分析。拉伸試樣沿軋制橫向，試樣的標距，式中：S0為試樣平行長度部分的原始橫截面積；采用Z330E型330 kN電子拉力試驗機進行室溫拉伸試驗，拉伸應變速率為0.006 7 s-1；沿軋向切取金相試樣尺寸為10 mm×10 mm，經研磨、拋光后用4%硝酸酒精腐蝕，制備金相試樣，用光學顯微鏡（OM）觀察顯微組織構成。

表1 MR T-2.5CA的化學成分 %

圖1 熱軋工藝示意圖

2 試驗過程與分析

2.1 熱軋軋制工藝

本實驗根據不同層冷模式和卷取溫度設計兩種實驗方案，工藝參數見表2，其中1號方案采用001冷卻模式，該冷卻模式主要為UFC低壓開啟該冷卻模式為前段冷卻；2號方案采用201冷卻模式，該冷卻模式為UFC關閉下的常規冷卻前段集中冷模式。熱軋產品規格為1 260 mm×3.5 mm。

表2 熱軋軋制工藝

2.2 生產過程跟蹤

采用在線橫斷面溫度檢測儀對不同工藝下帶鋼橫向溫度進行檢查，結果見下頁圖2，1號方案的實驗鋼橫向和縱向均存在溫度不均的現象，如下頁圖2-1所示，通過線橫斷面溫度檢測儀溫度分析發現其中不同位置最大溫度波動在80℃左右，如圖3-1所示，帶鋼經過精軋后在高溫區快速進入層流冷卻段，實現鋼帶表面的快速溫降；2號方案實驗鋼橫向縱向溫度均勻，不同位置溫差較低，帶鋼熱成像云圖未出現大面積的藍色區域，2號實驗方案主要通過降低高溫段溫度梯度，降低高溫度的冷卻強度，緩解了帶鋼局部冷卻強度，使得帶鋼表面溫度均勻如圖2-2所示，其不同位置溫度波動在40℃以內，如圖3-2所示。

圖2 試驗鋼橫向溫度示意圖

圖3 試驗鋼橫向溫度曲線

熱軋過程中，由于冷卻不均，熱軋供料沿橫向存在性能差異，實際測量上表現為硬度分布不均。在冷軋過程中，熱軋原料的性能差異必然影響冷軋軋制過程，在相對較軟的部位，金屬延伸較容易，而高硬度區延伸困難。因此，為了精確研究冷軋過程及其規律，必須考慮軋件沿寬度方向的性能差異[1]。

2.3 熱軋帶鋼檢驗與分析

對1號熱軋帶鋼進行橫向力學性能和硬度檢查，檢測結果見圖4，1號鋼橫向不同位置抗拉強度波動最大達到82 MPa，屈服強度波動達到65 MPa，熱軋帶鋼表面硬度（HRB）波動最大達到3.4，存在嚴重的力學性能和硬度波動。通過對2號鋼進行物理性能和硬度均勻性的檢測，發現2號鋼抗拉強度波動為40 MPa，屈服強度波動為37 MPa，硬度（HRB）波動為1，力學性能和硬度相對均勻。對比分析發現，橫向溫度波動與力學性能和硬度波動強相關，溫度低點則強度和硬度偏高，溫度高時強度和硬度偏低，說明熱軋原料冷卻不均是影響帶鋼力學性能不均的直接原因。

圖4 試驗鋼橫向溫度對強度和硬度的影響（橫縱坐標標題）

對1號帶鋼橫向不同位置進行金相分析：分別取1號試驗鋼橫向3和4位置進行金相觀察，如圖5所示，兩個位置的金相組織均為鐵素體+少量珠光體。對比觀察發現，3號位置組織中存在一定量的準多邊形鐵素體，平均晶粒尺寸為6.3 μm，4號位置顯微組織主要為多邊形鐵素體，平均晶粒尺寸為6.7 μm，帶鋼不同位置組織差異與帶鋼強度差異相對應，主要與帶鋼橫向溫度不均有關[2]。

圖5 1號試驗鋼的顯微組織

2.4 冷軋帶鋼檢驗與分析

1號鋼和2號鋼在經過相同的酸洗、6機架冷軋和連續退火工藝后，軋制成厚度為0.30 mm的冷軋退火板。對MR T-2.5CA冷軋退火板橫向硬度進行測量，檢測結果見圖6。1號試驗鋼硬度波動較大，波動范圍為58～65，最大波動達到6，且61.5%的點超出冷軋板要求的最高硬度值60 HR30T，硬度波動與前文所述的熱軋橫斷面溫度、性能和硬度（HR，30 t）波動趨勢一致。2號試驗鋼硬度（HR，30 t）波動較小，波動范圍在56～58，最大波動為2，符合產品要求的硬度值，滿足后續的成型加工工藝。

圖6 冷軋板橫向硬度波動情況

卷取溫度影響到氮化物及碳化物的析出過程，卷取溫度越低，鐵素體中固溶N越多，固溶的AlN就越多。由于冷軋后退火工序為連退，對于連退而言，固溶的AlN將限制再結晶鐵素體晶粒的長大，因此不能形成所需的薄的圓餅狀晶粒，使得塑性得不到提高，硬度也較高[3]。由此可知，卷取溫度設計為680℃，更有利于后續冷軋產品硬度的降低。

由于熱軋馬口鐵帶鋼冷卻不均，造成了帶鋼沿橫向性能的差異，在經過冷軋后，熱軋性能的差異遺傳到冷軋帶鋼中，而通過提高熱軋帶鋼的卷取溫度和層流冷卻模式的調整，能有效改善帶鋼性能不均勻的現象，從而提高冷軋生產穩定性和降低帶鋼不同位置力學性能的波動幅度，提高產品的整體使用性。同時卷取溫度提高后更利于冷軋退火的組織性能均勻性的提高。

3 結論

針對MR T-2.5CA一次冷軋板的硬度波動問題，系統分析了熱軋原料層流冷卻模式和卷取溫度等工藝對冷軋硬度的遺傳性，結論如下：

1）當熱軋工序的冷卻制度采用高溫區快速冷卻時，鋼帶溫降過快，造成板寬方向上橫向溫度不均。通過調整層冷模式，將冷卻后移，降低高溫區溫度梯度，使板寬方向上溫度均勻。

2）熱軋過程中，由于冷卻不均，鋼帶沿橫向存在性能差異和硬度分布不均，根據熱軋原料對冷軋硬度的遺傳性，在冷軋成品中也存在相應的硬度不均問題。

3）當卷取溫度較低時，鋼中固溶的AlN較多，導致冷軋、連退后的產品硬度偏高。

通過提高終軋溫度杜絕兩相區軋制，提高卷取溫度，減少固溶的AlN數量，將層流冷卻后移，降低高溫區溫度梯度，使板寬方向上溫度均勻，有效地改善了MR T-2.5CA一次冷軋板硬度波動大和硬度偏高的現象，使鋼板的硬度波動范圍達到56～58 HRB，滿足即定的硬度要求。