陳 普，侯元新，孟海燕，朱愛美

（山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 萊蕪271100）

1 前 言

目前我國60%以上人口以大米為主食，傳統(tǒng)的膳食結(jié)構(gòu)使得電飯煲基本成為必需品，電飯煲市場基數(shù)非常大，城鎮(zhèn)市場電飯煲普及率100%，農(nóng)村市場普及率有望達(dá)到50%以上，使得電飯煲成為廚房小家電行業(yè)規(guī)模最大的品類。但一個(gè)優(yōu)質(zhì)的電飯煲最重要的是它的內(nèi)膽。泰鋼冷軋部結(jié)合冷軋系統(tǒng)的六輥HC可逆軋機(jī)、全氫光亮罩式退火爐和四輥平整機(jī)的裝備特征，系統(tǒng)研究對深沖性能有較高要求的電飯煲內(nèi)膽用超深沖冷軋鋼帶核心技術(shù)，解決長期困擾企業(yè)冷軋鋼帶深沖性能差的問題，以提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品深沖性能。

2 產(chǎn)品開發(fā)及工藝優(yōu)化

2.1 產(chǎn)品技術(shù)要求

產(chǎn)品的質(zhì)量要求：物理性能，屈服強(qiáng)度≤230 MPa，抗拉強(qiáng)度 270～340 MPa，斷后伸長率≥45%，n值≥0.2，r值≥1.6，沖壓無開裂；尺寸偏差，厚度-0.02～0 mm，寬度0～+2 mm；板形不平度≤2 mm，鋼帶表面無肉眼可見黑斑、劃傷、擦傷、輥印、粘結(jié)、劃痕、硌印、結(jié)疤、裂紋、夾雜、氧化鐵皮、鐵銹和分層等缺陷。

2.2 酸洗表面質(zhì)量控制

熱軋鋼帶采用6段酸洗和5級逆流串級漂洗的推拉式鹽酸酸洗機(jī)組酸洗，并對酸洗工藝進(jìn)行了優(yōu)化。通過優(yōu)化酸洗鹽酸的濃度、溫度和漂洗水的理化指標(biāo)，消除了酸洗鋼帶存在的欠酸洗、過酸洗和酸洗發(fā)黃等缺陷，提高了酸洗板表面質(zhì)量。

2.2.1 提高酸洗濃度

提高鹽酸的溫度或濃度都可以提高酸洗速度，但提高濃度比提高溫度效果好。將6號酸槽鹽酸濃度由145～220 g/L提高到180～240 g/L，1號酸槽鹽酸濃度由45～130 g/L優(yōu)化為100～120 g/L。酸洗過程中，隨著酸液中FeCl2含量的增加，酸洗時(shí)間急劇減少到最小，此時(shí)FeCl2的濃度低于飽和濃度；以后酸洗時(shí)間又急劇增加，一直到FeCl2達(dá)到飽和，酸洗時(shí)間最長。為此將Fe2+含量由≤130 g/L調(diào)整為≤120 g/L。

2.2.2 優(yōu)化酸洗溫度

1 580 mm推拉式鹽酸酸洗機(jī)組共分6段，每段有單獨(dú)的外部加熱系統(tǒng)和酸循環(huán)系統(tǒng)，通過控制每個(gè)酸洗段的溫度，獲得最佳的酸洗效果。6～1號酸槽鹽酸溫度控制范圍：60～70℃、65～75℃、70～80℃、70～80℃、75～85℃、80～90℃。

2.2.3 控制漂洗水理化指標(biāo)

通過提高漂洗水的溫度提高被沖洗鋼帶的自身溫度，使鋼帶在擠干水分之后更容易烘干，最后一級漂洗段漂洗水溫度由60～80℃提高到75～90℃。為了防止鋼帶酸洗后的氧化銹蝕，嚴(yán)格控制鋼帶表面的殘酸。經(jīng)驗(yàn)表明，從最后一個(gè)沖洗槽出來的帶鋼表面殘酸濃度≯50 mg/L。更換達(dá)不到要求的擠干輥，保證擠干輥氣缸壓力，嚴(yán)格控制漂洗水的氯離子含量，氯離子含量由≤100 mg/L調(diào)整為≤30 mg/L。

2.2.4 提高熱風(fēng)干燥溫度和吹邊效果

提高加熱蒸汽的壓力為≥0.4 MPa，熱風(fēng)干燥器吹風(fēng)溫度提高到了120℃以上，并且在熱風(fēng)干燥裝置之前，利用酸洗鋼帶吹邊裝置專利技術(shù)，將積存在鋼帶兩邊的殘液向鋼帶的外側(cè)吹刷，使鋼帶邊部易于干燥，消除了酸洗鋼帶邊部帶水的問題。

2.3 軋制表面質(zhì)量控制

乳化液的清潔度對冷軋鋼帶表面質(zhì)量有重要影響，如果乳化液不清潔，將會(huì)在冷軋鋼帶板面形成黑斑、黃斑、乳化液斑等缺陷。通過控制六輥HC軋機(jī)乳化液的濃度、pH值、電導(dǎo)率、雜油含量，提高乳化液吹掃效果；規(guī)范操作程序，控制乳化液噴濺。從而杜絕了黑斑、黃斑等缺陷，提高了冷軋鋼帶的表面質(zhì)量。

2.3.1 乳化液濃度控制

濃度是乳化液最基本的理化指標(biāo)。乳化液的濃度過低，起不到潤滑作用，軋輥磨損嚴(yán)重，鐵粉量劇增，乳化液發(fā)灰變黑，鋼帶表面殘留物增加；乳化液濃度過高，油耗增加，并且不利于軋輥及鋼帶的冷卻，不利于軋后乳化液的揮發(fā)。針對乳化液濃度波動(dòng)影響產(chǎn)品質(zhì)量的問題，利用乳化液配液裝置專利技術(shù)，穩(wěn)定了乳化液的濃度。

2.3.2 pH值與電導(dǎo)率控制

乳化液在使用過程中，pH值會(huì)發(fā)生變化。pH值＜5時(shí)，乳化液不穩(wěn)定，可能產(chǎn)生變質(zhì)酸??；pH值＞7時(shí)，乳化液的顆粒度變小，會(huì)導(dǎo)致冷軋時(shí)潤滑困難，影響軋制速度。因此，乳化液的pH值控制在5～7。當(dāng)乳化液的pH值突然下降，而電導(dǎo)率上升時(shí)，說明酸洗鋼帶表面殘留的氯化亞鐵進(jìn)入了乳化液中?？刂拼胧┦敲堪鄼z測酸洗漂洗水中氯離子含量，發(fā)現(xiàn)漂洗水的氯離子超標(biāo)時(shí)及時(shí)排放并補(bǔ)充新水，并對磨損的擠干輥進(jìn)行更換，將漂洗水中氯離子含量控制在30 mg/L以下。當(dāng)乳化液的pH值突然上升，電導(dǎo)率也突然上升時(shí)，可能是含堿物質(zhì)進(jìn)入了乳化液。當(dāng)乳化液的電導(dǎo)率超過100 μS/cm時(shí)，及時(shí)加油、加水進(jìn)行調(diào)整。

2.3.3 雜油含量控制

皂化值直接反映乳化液中活性油的含量，皂化值低，說明活性油含量少，雜油含量高。雜油主要是從機(jī)架內(nèi)泄漏的液壓油、軸承油及其他潤滑油。由于雜油不可皂化，使乳化液中活性油的成分降低，不利于軋制時(shí)的潤滑，并且破壞乳化液的穩(wěn)定性，導(dǎo)致油耗增加。利用一種箱內(nèi)浮動(dòng)式螺栓調(diào)節(jié)撇油器專利技術(shù)，有效撇除了乳化液中的雜油，乳化液中鐵皂值控制在了0.5%以下，提高了乳化液的清潔度。

2.3.4 軋后板面乳化液殘留控制

在產(chǎn)品生產(chǎn)初期，冷軋板面殘留大量的乳化液，在高速軋制時(shí)尤其突出。鋼帶表面殘留的乳化液在經(jīng)過退火處理后，由于不能完全揮發(fā)掉，在高溫下與鋼帶發(fā)生氧化反應(yīng)，形成黑斑、黃斑、積炭等缺陷，成為影響產(chǎn)品質(zhì)量的一大難題。通過觀察和分析，造成軋后乳化液殘留的主要因素是乳化液吹掃效果差、操作程序不規(guī)范、乳化液噴濺等。

1）提高乳化液吹掃壓力為≥0.65 MPa，增加側(cè)吹噴嘴，提高側(cè)吹效果，減少鋼帶兩側(cè)板形不良區(qū)乳化液殘留。調(diào)整噴嘴的吹掃角度與鋼帶表面的夾角為45°，以吹盡板面殘留乳化液。

2）對乳化液噴射與吹掃操作順序進(jìn)行調(diào)整，在本道次鋼帶尾部降速停止前，提前關(guān)閉乳化液，并延時(shí)30 s關(guān)閉吹掃裝置；下一道次軋制前，提前打開壓縮空氣進(jìn)行吹掃，軋制結(jié)束后延時(shí)30 s關(guān)閉吹掃裝置。減少乳化液殘留。

3）軋機(jī)在高速生產(chǎn)過程中，除了因離心力作用使軋輥輥面的乳化液被甩飛濺外，中間輥及工作輥的輥間同時(shí)會(huì)涌出大量的乳化液，導(dǎo)致鋼帶板面乳化液殘留。通過在軋機(jī)入口、出口牌坊間增加防乳化液噴濺擋板，將噴濺的乳化液分流到軋機(jī)兩側(cè)，減少了鋼帶表面的噴濺量。

采取上述改進(jìn)措施后，乳化液的各項(xiàng)理化指標(biāo)滿足了電飯煲內(nèi)膽用超深沖冷軋鋼帶生產(chǎn)工藝要求，達(dá)到了冷軋鋼帶表面光潔的效果。

2.4 冷軋板形質(zhì)量控制

六輥HC可逆冷軋機(jī)具有中間輥彎輥橫移、工作輥正負(fù)彎輥及軋輥傾斜等板形調(diào)節(jié)技術(shù)，但產(chǎn)品在生產(chǎn)初期肋浪缺陷突出，而且肋浪缺陷形成的原因較復(fù)雜。

2.4.1 肋浪缺陷形成原因

對肋浪缺陷形成的原因從人、機(jī)、料、法、環(huán)等方面進(jìn)行了查找分析，主要原因：1）因軋機(jī)乳化液噴嘴數(shù)量少，軋制時(shí)鋼帶潤滑冷卻效果不良，軋制溫度過高（90℃以上），在冷卻不良部位出現(xiàn)肋浪缺陷。2）因中間輥倒角尺寸小，無法滿足工作輥彎輥要求，彎輥量超過100%，影響板形調(diào)整。3）對軋機(jī)左右卷取機(jī)中心線測量可知，1#卷取機(jī)偏差0.65 mm，2#卷取機(jī)偏差0.8 mm，超過標(biāo)準(zhǔn)要求，導(dǎo)致卷形不齊，板形難以控制，形成肋浪缺陷。

2.4.2 肋浪缺陷控制措施

1）增加乳化液噴嘴數(shù)量，在工作輥上下噴射梁兩邊部260 mm處各增加5個(gè)乳化液噴嘴共計(jì)20個(gè)，同時(shí)取消噴射梁內(nèi)的隔板，均勻流量，提高了冷軋鋼帶肋部冷卻效果，減少了肋浪缺陷。

2）根據(jù)倒角弧度和寬度要求，在中間輥上磨削弧度為5°、寬度為90 mm的倒角。解決了因倒角不準(zhǔn)確造成的肋浪缺陷。

3）對軋機(jī)左右卷取機(jī)的中心線進(jìn)行找正，使左右卷取機(jī)中心線偏移控制在0.6 mm以內(nèi)，保證左右卷取機(jī)在中心線上，保證了卷取質(zhì)量，從而提高了板形質(zhì)量。

2.5 冷軋總壓下率的確定

隨著冷軋壓下率的增加，再結(jié)晶溫度明顯降低。這主要是由于隨冷軋壓下率的增加，位錯(cuò)密度增加，而鋼板80%～90%再結(jié)晶儲(chǔ)能是以位錯(cuò)的形式儲(chǔ)存于變形鋼板中。形變儲(chǔ)能越高，組織向低能量轉(zhuǎn)變的傾向越大，即在再結(jié)晶退火過程中再結(jié)晶驅(qū)動(dòng)力越大，可以使再結(jié)晶過程提前，降低了再結(jié)晶開始和結(jié)束的溫度。同時(shí)，形變儲(chǔ)能的增加也使形核率和長大速度相應(yīng)增大，并且隨著冷軋壓下率的增加也相對延長了晶粒長大過程。但當(dāng)壓下率增加到一定程度之后，再結(jié)晶溫度趨于穩(wěn)定。在實(shí)際生產(chǎn)中為保證最終成品具有良好的深沖能力，對深沖鋼采用75%左右的總壓下率進(jìn)行軋制。

2.6 退火工藝分析

超深沖冷軋鋼帶成形能力相對較好，是由于較粗大的晶粒有利于提高其成形性能，而這主要取決于退火工藝。退火工藝參數(shù)的不穩(wěn)定和退火不充分是成品產(chǎn)品深沖性能不佳和不穩(wěn)定的一個(gè)重要影響因素。熱軋鋼帶經(jīng)較大壓下率冷軋后位錯(cuò)密度急劇升高，鋼板強(qiáng)度可達(dá)600 MPa，而冷軋產(chǎn)生的加工硬化只有通過再結(jié)晶退火才能消除，最終獲得理想的深沖性能。

由于罩式退火爐內(nèi)不同位置的鋼卷和同一鋼卷的不同部位溫度都不相同，存在溫度最高點(diǎn)熱點(diǎn)和最低點(diǎn)冷點(diǎn)，極易出現(xiàn)同一鋼卷冷熱點(diǎn)溫差過大導(dǎo)致力學(xué)性能不均的現(xiàn)象，退火過程應(yīng)嚴(yán)格保證保溫和冷卻時(shí)間。

2.6.1 退火升溫速率

較低的升溫速度可以保證罩式退火爐中鋼卷溫度的均勻性，在一定程度上可以提高產(chǎn)品的深沖性能。在退火升溫過程中，升溫至470℃設(shè)置2 h的保溫平臺，溫度＞470℃后升溫速率按照40～45℃/h設(shè)定，以保證產(chǎn)品良好的深沖性能。

2.6.2 保溫溫度

退火溫度偏高，退火再結(jié)晶晶粒粗大；退火溫度偏低，退火再結(jié)晶不完全，晶粒偏細(xì)。晶粒過大，則塑性降低，在沖壓成形時(shí)易在變形較大的部位出現(xiàn)破裂，而且在制件表面還容易產(chǎn)生粗糙的桔皮；晶粒過細(xì)，則鋼板強(qiáng)度高，塑性降低，回彈現(xiàn)象增加，且沖壓變形時(shí)易加工硬化，沖壓性能差。

1）保溫溫度對試樣硬度的影響。當(dāng)溫度高于560℃時(shí)，深沖鋼的硬度值開始明顯下降，此階段鋼板已發(fā)生回復(fù)和再結(jié)晶；在560～690℃之內(nèi)，硬度值顯著下降，這表明在該溫度范圍內(nèi)再結(jié)晶過程進(jìn)行激烈，并隨著溫度的升高再結(jié)晶晶粒大量形核并長大，隨著溫度的繼續(xù)升高，硬度值下降緩慢，此時(shí)鋼板內(nèi)的冷加工組織已消除，晶粒已完全再結(jié)晶。

2）保溫溫度對金相組織的影響。當(dāng)溫度加熱到500℃時(shí)，鋼的組織仍為冷加工纖維狀原始組織；當(dāng)溫度升高到560℃時(shí)，原始組織中開始出現(xiàn)少量的再結(jié)晶晶粒，隨著溫度的升高，再結(jié)晶晶粒的形核速率加快并同時(shí)伴隨晶粒長大；當(dāng)溫度達(dá)到620℃時(shí)，鋼板組織內(nèi)已有大量的再結(jié)晶晶粒，但此時(shí)晶粒細(xì)小，晶粒度10級，并且不均勻：當(dāng)溫度為690～720℃時(shí)，原始組織內(nèi)的晶粒已全部發(fā)生再結(jié)晶，晶粒度8級。

2.6.3 保溫時(shí)間

1）保溫時(shí)間對試樣硬度的影響。鋼卷在690～720℃的保溫再結(jié)晶退火過程中，隨著保溫時(shí)間的增加，鋼的顯微硬度值仍較低并且變化不大。這說明以低速連續(xù)升溫到690～720℃的過程中，鋼帶內(nèi)的晶粒已經(jīng)全部發(fā)生再結(jié)晶：當(dāng)保溫時(shí)間達(dá)到17～19 h時(shí)，鋼板硬度已降至最低，此時(shí)保溫時(shí)間再延長，其硬度基本不變。由此可見，在深沖鋼退火過程中，退火溫度是關(guān)鍵因素，當(dāng)鋼板內(nèi)晶粒充分再結(jié)晶后，保溫時(shí)間的影響很小。

2）保溫時(shí)間對金相組織的影響。連續(xù)升溫到690～720℃時(shí)，鋼板內(nèi)晶粒已全部發(fā)生再結(jié)晶，晶粒細(xì)小。隨著保溫時(shí)間的延長，晶粒逐漸長大，保溫17～19 h，晶粒已充分長大，晶粒度6～8級。

2.6.4 悶罩時(shí)間

根據(jù)冷軋鋼帶粘結(jié)產(chǎn)生機(jī)理，確定控制冷卻速度，即增加一段帶罩冷卻時(shí)間，悶罩2 h換罩，從而控制冷卻速度，減少冷卻過程中鋼卷冷點(diǎn)溫度與熱點(diǎn)溫度之差。通過重卷機(jī)組卸張，減少鋼卷層與層之間的壓力，從而避免了粘結(jié)缺陷的產(chǎn)生。

2.7 平整工藝

2.7.1 平整延伸率對材料性能的影響

材料的屈服強(qiáng)度及斷后伸長率隨著平整延伸率的升高而逐漸升高。影響屈服強(qiáng)度變化的主要因素除材料晶粒尺寸大小及第二相分布密度外，晶粒中的位錯(cuò)密度也會(huì)對材料的屈服強(qiáng)度及伸長率產(chǎn)生影響。材料經(jīng)過平整后，晶粒內(nèi)部必然會(huì)產(chǎn)生部分新的位錯(cuò)，位錯(cuò)密度隨著平整延伸率的增加而增大，從而導(dǎo)致材料的屈服強(qiáng)度也隨著平整延伸率的增加而增大。

由于平整延伸率增高，晶粒內(nèi)部的缺陷密度也逐漸增大，從而相對增大了拉伸試驗(yàn)過程中的缺陷，這也是材料伸長率隨著平整延伸率的增加而降低的原因。但由于抗拉強(qiáng)度的取值為斷裂拉伸強(qiáng)度，＜1%的平整延伸率不會(huì)對材料的抗拉強(qiáng)度造成較大的影響。

為保證產(chǎn)品具有良好的板形及賦予材料必要的表面粗糙度，以保證深沖材料的沖壓性能，經(jīng)過退火的材料必須經(jīng)過平整處理。在保證平整延伸率能夠滿足鋼帶表面粗糙度及調(diào)節(jié)板形的前提下，盡量降低，控制在0.5%～0.6%，以降低鋼帶的屈服強(qiáng)度并提高材料的斷后伸長率。經(jīng)大量的試驗(yàn)生產(chǎn)，平整力控制在2 600～3 200 kN時(shí)，產(chǎn)品性能滿足要求。

2.7.2 平整板面粗糙度

冷軋鋼帶板面粗糙度直接影響材料的沖壓成形及金屬的流動(dòng)特性，鋼帶通過在粗糙面的低谷中殘留部分加工油，可減少?zèng)_壓過程中的摩擦力，改善沖壓的潤滑性能，降低沖廢率。此外，帶有粗糙度的鋼帶有利于提高后序工藝中噴漆或涂漆的結(jié)合力。但表面粗糙度過高，在凹部儲(chǔ)存的油量增加的同時(shí)，向凸模供油的效果會(huì)變差，從而造成鋼板表面流動(dòng)性變差。表面粗糙度控制在≤0.8 μm。

冷軋鋼帶表面的粗糙度是鋼帶在平整時(shí)，將平整機(jī)工作輥經(jīng)拋丸毛化處理后經(jīng)過軋制復(fù)印到鋼板表面形成的不同形貌。為了探索拋丸工作輥毛化鋼帶的粗糙度衰減規(guī)律，用粗糙度為0.8～1.2 μm的毛化輥進(jìn)行鋼帶平整毛化試驗(yàn)，用手持式粗糙度儀測量板面粗糙度。平整后板面粗糙度為＜0.8 μm時(shí)，符合用戶要求。

2.8 厚度精度控制

為了保證產(chǎn)品的厚度精度，主要采取了以下措施：1）每3卷對測厚儀小標(biāo)定一次，每半月對測厚儀大標(biāo)定一次，并且對產(chǎn)品取樣檢測9點(diǎn)厚度差，與測厚儀檢測值進(jìn)行對比，如果偏差較大，對測厚儀進(jìn)行檢查和維護(hù)。2）根據(jù)平整前產(chǎn)品厚度測量值調(diào)整軋制預(yù)留量和平整軋制力。3）軋輥上線前對錐度和凸度進(jìn)行檢查，規(guī)定支撐輥的錐度控制在0.02 mm以內(nèi)，凸度控制在0.01 mm以內(nèi)，并保證裝配精度，杜絕因支撐輥磨削和裝配精度影響產(chǎn)品厚度精度。4）對軋機(jī)中間輥的倒角尺寸進(jìn)行優(yōu)化，由以前的70 mm優(yōu)化到（90±5）mm，解決了鋼帶邊部減薄的問題。

3 產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量分析

根據(jù)開發(fā)及優(yōu)化的生產(chǎn)工藝實(shí)現(xiàn)了電飯煲內(nèi)膽用超深沖冷軋鋼帶的批量生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)表明，鋼帶的屈服強(qiáng)度為200 MPa，抗拉強(qiáng)度為301 MPa，斷后伸長率為 47%，180°彎曲試驗(yàn)完好，n值為0.24，r值為 2.38，厚度偏差 -0.01～0 mm，寬度偏差0～+2 mm，不平度≤2 mm，表面質(zhì)量達(dá)到一等品要求，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了電飯煲內(nèi)膽用超深沖冷軋鋼帶技術(shù)要求。

與常規(guī)冷軋鋼帶相比，產(chǎn)品具有良好的深沖性能，適用于制造各種類型的電飯煲內(nèi)膽，目前已廣泛應(yīng)用于美的、九陽、威王等知名電飯煲生產(chǎn)企業(yè)，滿足了客戶對電飯煲內(nèi)膽用超深沖冷軋鋼帶質(zhì)量要求，產(chǎn)品暢銷山東、江蘇、上海、河北、福建、天津等省市，贏得了良好的質(zhì)量信譽(yù)，受到了廣大用戶的好評，產(chǎn)品具有廣闊的市場前景。