供稿|焦坤，富聿晶，劉宏亮，陳宇，姜文超

作者單位：本鋼板材股份有限公司技術(shù)研究院，遼寧 本溪 117000

內(nèi) 容 導(dǎo) 讀

本文針對(duì)熱鍍鋅加P高強(qiáng)鋼在生產(chǎn)過(guò)程中邊部加熱器對(duì)材料力學(xué)性能及表面質(zhì)量的影響進(jìn)行了研究。P元素會(huì)造成帶鋼邊部的溫降從而影響材料的力學(xué)性能及表面質(zhì)量。研究表明，生產(chǎn)過(guò)程中退火段邊部加熱器設(shè)定高于帶鋼退火溫度10～20 ℃時(shí)可以保證材料邊部與中心的力學(xué)性能均勻性，并且材料晶粒度基本保持一致；入鋅鍋前的均衡段邊部加熱器設(shè)定為475～485 ℃時(shí)可有效避免材料由于溫降而造成的表面質(zhì)量缺陷，但設(shè)定為485 ℃時(shí)存在造成鋅渣缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。因此爐內(nèi)邊部加熱器設(shè)定應(yīng)高于該段帶鋼溫度20 ℃。

隨著汽車(chē)輕量化理念的不斷深化和環(huán)保壓力的不斷增加，汽車(chē)用熱鍍鋅高強(qiáng)鋼所占比例也在逐年增加，汽車(chē)廠(chǎng)對(duì)材料的要求不僅局限于產(chǎn)品的力學(xué)性能，同時(shí)也對(duì)材料的表面質(zhì)量提出更高的要求。近年來(lái)高強(qiáng)鋼的主要添加元素有P、Si、Mn、Cr等，其中P是較為經(jīng)濟(jì)又有效的強(qiáng)化元素，但加P高強(qiáng)鋼在鍍鋅過(guò)程中易出現(xiàn)邊部溫降而造成表面缺陷。本文針對(duì)溫降較為劇烈的熱鍍鋅加P高強(qiáng)鋼生產(chǎn)過(guò)程中邊部加熱器的使用對(duì)材料力學(xué)性能及表面缺陷的影響進(jìn)行了分析，同時(shí)對(duì)鍍鋅前爐內(nèi)投入邊部加熱工藝進(jìn)行了優(yōu)化分析[1-3]。

材料制備及方法

采用熱鍍鋅加P高強(qiáng)鋼進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)熱鍍鋅爐內(nèi)邊部加熱器進(jìn)行溫度設(shè)定，主要對(duì)邊部溫降進(jìn)行補(bǔ)償，熱鍍鋅加P高強(qiáng)鋼成分見(jiàn)表1?？紤]到在退火過(guò)程中P的晶界富集會(huì)造成材料的冷加工脆性，而添加Nb、Ti復(fù)合可以有效抑制材料的冷加工脆性[4-7]。

本文實(shí)驗(yàn)主要針對(duì)邊部加熱補(bǔ)償對(duì)熱鍍鋅加P高強(qiáng)鋼表面質(zhì)量及力學(xué)性能影響進(jìn)行研究。分別采用不同的邊部電加熱器進(jìn)行溫度設(shè)定，主要包括退火段邊部加熱器以及在冷卻段后、鍍鋅入口前的均衡段邊部加熱器，具體見(jiàn)表2，并對(duì)不同情況下帶鋼進(jìn)行取樣分析。通過(guò)Zwick電子拉伸機(jī)分別對(duì)邊部以及中心處試樣進(jìn)行了力學(xué)性能檢測(cè)，同時(shí)對(duì)不同均衡段邊部加熱器設(shè)定溫度情況下邊部試樣進(jìn)行了掃描電鏡分析。

表 1 熱鍍鋅加P高強(qiáng)鋼典型鋼種H220YD+Z成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表 2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中邊部加熱器的設(shè)定情況

結(jié)果分析

邊部加熱器對(duì)力學(xué)性能的影響

對(duì)退火后邊部及中心處試樣進(jìn)行了力學(xué)性能檢測(cè)，見(jiàn)表3。按標(biāo)準(zhǔn)HC220YD+Z屈服強(qiáng)度應(yīng)高于220 MPa，抗拉強(qiáng)度應(yīng)低于410 MPa。從表中可以看出，材料在未投入邊部加熱器時(shí)材料的力學(xué)性能邊部和中心處差異較大，邊部抗拉強(qiáng)度(402 MPa)已經(jīng)接近標(biāo)準(zhǔn)上限，同時(shí)材料的延伸率較低；當(dāng)投入邊部加熱器后材料邊部力學(xué)性能得到明顯改善，但當(dāng)邊部加熱器投入+30 ℃時(shí)，4#試樣邊部屈服強(qiáng)度為221 MPa，已經(jīng)接近材料的標(biāo)準(zhǔn)下限，因此從整體的力學(xué)性能情況看，邊部加熱器應(yīng)設(shè)定較退火溫度高10～20 ℃對(duì)材料的綜合力學(xué)性能更好，材料整體性能均勻性良好。

表 3 邊部加熱器對(duì)材料力學(xué)性能的影響

同時(shí)對(duì)邊部加熱器不同情況下試樣進(jìn)行金相分析，由于中心處顯微組織基本一致，只針對(duì)邊部試樣進(jìn)行了顯微組織分析，見(jiàn)圖1。從圖中可以看出材料邊部試樣的晶粒度隨著邊部加熱器設(shè)定溫度的升高而減小，從11.0 μm減小到9.5 μm。當(dāng)邊部加熱器設(shè)定溫度提高至840 ℃時(shí)，材料軋向晶粒尺寸為11.4 μm，所有邊部試樣顯微組織主要為鐵素體組織(見(jiàn)表4)。

邊部加熱器對(duì)邊部表面質(zhì)量的影響

當(dāng)材料在均衡段未投入邊部加熱器時(shí)會(huì)在鍍鋅后邊部出現(xiàn)表面缺陷，材料邊部出現(xiàn)明顯黑色針條狀缺陷，在均衡段設(shè)置邊部加熱器且溫度設(shè)定為475℃(3#試樣)和485 ℃(4#試樣)時(shí)缺陷得以解決。對(duì)缺陷試樣1#邊部以及良好試樣4#邊部進(jìn)行微觀(guān)組織對(duì)比分析，從圖2可以看出在均衡段不投入邊部加熱器的1#試樣缺陷部位Fe含量較高，說(shuō)明缺陷部位為明顯的漏鍍?nèi)毕?，同時(shí)O含量及Mn含量均為正常值，表明缺陷部位未出現(xiàn)氧化物[8-12]，這可能是邊部冷卻速度過(guò)大使得鍍鋅時(shí)邊部溫度和鋅鍋溫度差異較大，造成鍍鋅不良。均衡段投入邊部加熱后，邊部鋅層缺陷得到解決，邊部鋅層良好，邊部加熱器溫度設(shè)定475～485 ℃時(shí)效果良好，但當(dāng)邊部加熱器溫度設(shè)定為485 ℃時(shí)帶鋼帶入溫度過(guò)高，造成鋅鍋溫度波動(dòng)從而產(chǎn)生鋅渣缺陷。

圖 1 不同邊部加熱器情況下顯微組織

圖 2 未投入邊部加熱(1#)與邊部加熱器(4#)設(shè)定485 °C時(shí)邊部試樣微觀(guān)組織對(duì)比

表 4 不同邊部加熱器情況下材料晶粒度及晶粒尺寸

結(jié)束語(yǔ)

(1)在熱鍍鋅生產(chǎn)加P高強(qiáng)鋼過(guò)程中邊部加熱器的投入是十分必要的，材料邊部的屈服強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度會(huì)隨著邊部加熱器設(shè)定溫度的升高而降低，但延伸率會(huì)得到提高，當(dāng)邊部加熱器設(shè)定為465～475 ℃時(shí)材料邊部性能與中心處性能基本保持一致，但當(dāng)溫度設(shè)定485 ℃時(shí)材料邊部性能接近標(biāo)準(zhǔn)。

(2)冷卻段后均衡段邊部加熱器的投入會(huì)有效的減少加P高強(qiáng)鋼才鍍鋅過(guò)程中出現(xiàn)的邊部質(zhì)量缺陷，通過(guò)邊部加熱器對(duì)材料邊部溫度進(jìn)行補(bǔ)償，有效防止P元素造成的快速溫降，從而保證材料邊部質(zhì)量，當(dāng)均衡段邊部加熱器設(shè)定為475～485 ℃時(shí)可以避免材料邊部的表面缺陷，但均衡段邊部加熱器設(shè)定為485 ℃時(shí)，帶鋼邊部的溫度較高，會(huì)造成鋅鍋溫度的提高，造成鋅鍋中鐵渣的增加，從而帶來(lái)鋅渣缺陷。

(3)在熱鍍鋅生產(chǎn)加P高強(qiáng)鋼時(shí)需要投入使用邊部加熱器，并且在退火段與均衡段邊部加熱器應(yīng)設(shè)定為帶鋼溫度+20 ℃，即針對(duì)H220YD+Z退火段設(shè)定為835 ℃，均衡段設(shè)定為475 ℃。