连续热镀锌工艺对IF钢力学性能的影响

1、连续热镀锌工艺对IF钢力学性能的影响程国平,袁明生,张红(宝钢股份公司技术中心,上海201900摘要:对影响热镀锌IF钢力学性能的主要工艺参数进行了研究,其中包括各段退火温度、带钢速度、退火张力和拉矫延伸率等。结果表明,影响IF钢热镀锌板力学性能的主要因素是退火温度制度、退火张力和拉矫延伸率。关键词:连续热镀锌;IF钢;退火;拉矫中图分类号:TG113125文献标识码:B文章编号: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引言热镀锌钢板具有优良的耐腐蚀性和良好的成形、焊接、涂漆等综合性能,主要应用于建筑、汽车和家电等行业。在20世纪90年代,日本热镀锌钢板应用比例为:建筑约36%、汽车约33%、家电约16.5%;欧共体和美国则为:汽车约42%

4、、建筑约31%、家电约25%1。汽车工业对热镀锌板的表面质量和成形性等提出了很高的要求,大大推动了钢板热镀锌技术的进步。热镀锌技术进步包括镀锌层厚度均匀性、表面质量和镀层冶金学方面(如合金相组成、形态的控制技术,以及钢基板的冶金生产技术进步,特别是近年快速发展的炉外精炼、真空脱气、连铸连轧、连续退火技术等等25。目前,以超低碳无间隙原子钢(IF钢为基板生产的超深冲热镀锌钢板正逐步成为高技术含量和高附加值产品的象程国平硕士1973年生1998年毕业于北京科技大学现从事金属材料研究电话26647108征。宝钢从90年代初开始热镀锌IF钢的研究,现已成功地开发出两个级别的钢种:ST06Z和ST07Z

5、,并转入批量生产,生产总量已超过1万t6。但是与实验室研究结果相比,在大生产中存在屈服强度偏高、延伸率偏低而且波动范围较大等问题。对此,笔者对连续退火和拉矫工艺进行了系统研究,其中包括退火加热段结束温度、均热段结束温度、缓冷段结束温度、带钢速度、退火张力和拉矫延伸率等对热镀锌IF钢力学性能的影响。2实验材料和过程实验用材从大生产冷轧板取样,其化学成分和前工序的工艺条件如表1和表2所示。表1试样的化学成分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期宝钢技术表2试样前工序的工艺条件T able 2T echnical paremeters for preprocedure of sample热轧条件冷轧条件再加热温度终轧温度卷取温度热轧板厚度mm 成品厚度mm 冷轧压下率%12209206603.50.8784.5 1.0785.71.574试样尺寸220mm ×70mm ,长度方向垂直于轧向。在实验室的CCT -AWY 型薄板连续退火模拟试验机上进行模拟连续热镀锌退火过程。退火工艺如图1所示,加热段结束后温度为F 1,均热段结束后温度为F 2,缓冷段结束温度为F 3。退火后的试样,一部分经实验

7、室二辊轧机平整处理以研究平整率对力学性能的影响,一部分未作平整。然后把试样剪成两片,每片为35mm ×220mm ,再加工成J IS 5#标准拉伸试样,测定其力学性能 。图1热镀锌退火工艺示意图Fig.1Annealing process of hot dip galvanizing在G leeble1500热模拟试验机上完成模拟不同张力连续热镀锌退火过程。试样预先加工成J IS 5#标准拉伸试样,并在两端距端部14mm 处钻出8mm 的圆孔以便加载。试样在0750N 范围内某一恒定载荷下退火,退火后的试样测定其力学性能。3实验结果3.1温度F 1和F 2对IF 钢热镀锌钢板力学性能

8、的影响模拟生产线上带钢运行速度为80m/min 的条件下,F 1和F 2对力学性能的影响见图2(a 。可见,在720800范围内,随F 2的升高,屈服强度和抗拉强度下降,延伸率、r 值和n 值有较大幅度的提高;F 2高于800以后,除了r 值继续增加外,其它性能的变化较小。从图中还可发现在均热温度低于800时,F 1对IF 钢力学性能影响较大。加热结束温度高则屈服强度和抗拉强度低,延伸率、r 值和n 值高。而在均热温度高于800时,F 1对力学性能没有显著影响。因此,在大生产中保证均热温度高于800,对于稳定IF 钢的力学性能是有利的。均热结束温度为840时,加热结束温度F 1对IF 钢热镀锌

9、钢板的力学性能影响见图2(b 。可见,在500800范围内,加热结束温度F 1对IF 钢力学性能的影响不大。3.2缓冷段结束温度F 3对IF 钢热镀锌钢板力学性能的影响当F 1=650,F 2=840,带钢速度为80m/min 时,缓冷段结束温度F 3对IF 钢热镀锌钢板力学性能的影响见图3。可见,F 3对力学性能的影响也不大。3.3连续热镀锌退火时机组速度对IF 钢热镀锌钢板力学性能的影响当F 1=700,F 2=840时,连续热镀锌退火带钢速度对IF 钢热镀锌钢板力学性能的影响见图4。厚度小于1.5mm 时,带钢运行速度对产品的屈服强度影响不大。如速度从60m/min 增加到150m/mi

10、n 时,屈服强度基本不变。当厚度为1.5mm 时,带钢速度对产品屈服强度的影响较大,带钢速度快,屈服强度升高。而且对于厚规格产品即使在较低的带钢运行速度下也不能得到与薄规格产品相当的屈服强度值。在实验条件下,带钢速度对抗拉强度、延伸率、n 值和r 值的影响较小。总的看来,相同带钢速度下,薄规格产品较厚规格产品的延伸率、n 值和r 值要高,而屈服强度和抗拉强度要低。1宝钢技术2001年第2期图2F1和F2温度对IF钢热镀锌板力学性能的影响Fig.2In fluence of F1and F2temperature on properties of hot dip galvanizing IF s

11、teel sheet图3F3温度对IF钢热镀锌钢板力学性能的影响Fig.3In fluence of F3temperature on properties of hot dip galvanizing IF steel sheet 3.4张力退火对IF钢力学性能的影响在0750N范围内某一恒定载荷下模拟张力退火,不同载荷下的试样经一个退火周期后测定力学性能。力学性能与载荷的关系如图5所示。可见,随载荷的增加,n值和延伸率下降十分明显。当载荷为0时,n值和延伸率分别为0.31和48%;当载荷增大到750N时,n值和延伸率分别下降为0.26和41%。而且在比较小的载荷时就能对n值和延伸率产生比较

12、大的影响。但载荷在100650N范围内变化时,n值和延伸率的下降幅度比较小。另外,张力载荷对屈服强度和抗拉强度的影响并不明显,当载荷由0增大到750N时,屈服强度增加6MPa,而抗拉强度基本不变。3.5拉矫延伸率对IF钢热镀锌板力学性能的影响如前所述,在实验室采用平整处理来模拟研究热镀锌生产线上光整和拉矫对IF钢热镀锌板力学性能的影响,结果如图6所示。发现随平整量加大,屈服强度迅速增加,n值和延伸率下降,而抗拉强度变化不大。11程国平等连续热镀锌工艺对IF钢力学性能的影响 图4机组生产速度对IF 钢热镀锌钢板力学性能的影响Fig.4In fluence of line speed on pro

13、pertiesof hot dip galvanizing IF steel sheet图5恒定载荷对IF 钢退火后力学性能的影响Fig.5In flusence of constant load on properties of IF steel after annealing图6平整率对IF 钢热镀锌钢板力学性能的影响Fig.6In fluence of tempering rate on the properties of IF steel sheet4讨论在热镀锌连续退火过程中,冷轧变形后的带钢完成再结晶和晶粒长大。对再结晶过程中表面洛氏硬度变化的研究发现(如图7所示,冷轧变形后钢板在

14、恒定60s 退火时,在650左右开始再结晶,在780左右即可完成再结晶。提高退火温度,再结晶的驱动力加大,完成再结晶的时间缩短,如在870时,只需10s 钟就能完成再结晶过程;同样若降低退火温度,则完成再结晶所需的时间就会相应延长。具体到热镀锌的退火周期来看,当均热段结束温度F 2高于800时(如840,在均热段内钢板可以完成再结晶,因此加热段结束温度F 1的影响就较小。当F 2低于800时,完成再结晶所需的时间延长,这时,适当提高加热段结束温度F 1将会增加有效的再结晶退火时间,促进再结晶过程的进行。由实验结果可见 ,F 1在750时,F 2的影响明显减少。另外,机组生产速度的大小也直接决定

15、了实际退火时间的长短。从实验结果来看,只要保证相应的退火温度(如F 1=700,F 2=840,热镀锌机组生产速度的改变对再结晶过程的影响较小。也就是说,机组速度变化引起退火时间的变化对再21宝钢技术2001年第2期结晶过程影响较小。这为以后提高机组速度,提高生产效率提供了实验基础。从不同板厚的退火实验来看,薄规格产品的延伸率、n 值和r 值比厚规格的产品的值要大,而屈服强度和抗拉强度则较低。这是因为薄规格钢板的冷轧压下率高,再结晶温度相应较低,同样的退火条件下,再结晶过程比较充分的缘故 。图7连续退火条件对再结晶过程的影响(试样厚度为1.0mm Fig.7In fluence of cont

16、inuous annealing condition on the process of recrystallization通过高温拉伸实验测定IF 钢冷轧钢板在840时的抗拉强度为30MPa 左右。如此低的强度,在张力载荷的作用下,带钢极易受拉变形。从研究结果来看,退火时的张力使延伸率和n 值下降。但是这种变形对IF 钢的屈服强度和抗拉强度影响不大,屈服强度略有升高,而抗拉强度基本不变。平整使钢板中位错密度大大增加,起到加工硬化的作用,屈服强度增加,n 值显著降低。经大生产试验,拉矫延伸率对钢板力学性能的影响与实验室的研究结果相吻合。5结论(1在热镀锌工艺中影响IF 钢板力学性能的主要因素是

17、退火温度制度、退火张力和拉矫延伸率。(2退火温度制度的设定应从满足钢板再结晶所要求的温度和时间来考虑,薄规格需要的温度低,时间短;厚规格需要的温度高,时间长。在满足充分再结晶的条件下,提高带钢速度不会影响产品的力学性能。(3退火张力对钢板的成形性能有不利影响,在允许的条件下应尽量减小。(4拉矫延伸率对屈服强度有显著影响,可以作为调整屈服强度目标值的手段来使用。参考文献1江社明1钢板热镀锌的技术进步和汽车用板的开发11999年第五届中国热浸镀锌学术技术交流会论文集,北京:中国腐蚀与防护学会,1999:13182马国和,肖白1汽车用热镀锌板连续退火工艺1轧钢,1998;(3:38423王先进,茹铮,马衍伟1我国汽车用钢板的现状和研究进展1钢铁,1998;33(10:68724黄建中,王向东1汽车用涂镀层钢板的现状与发展1钢铁,1997;32(11:72765Pradhan.R.