摘  要：针对热轧带钢因卷取后钢卷内外圈与芯部的冷却速度不同，导致带钢成品头尾强度高、塑性低的问题，提出了卷取温度凹型控制模式。对不同钢种的带钢采用凹型冷却控制后，头、中、尾力学性能的分析和对比表明，凹型冷却可降低带钢头尾性能偏差，提高热轧带钢性能的通卷稳定性。

关键词：热轧带钢；卷取温度；冷却方式；力学性能

l  前言

    热轧带钢卷取过程中，由于钢卷的内外圈与外界接触，温降速度大于芯部，使低熔点化合物和碳化物(包括渗碳体)析出量不均，芯部铁素体晶粒尺寸大于头尾晶粒尺寸，从而造成钢卷头尾的强度高于芯部，塑性指标略低于芯部。若适当提高钢卷头尾的卷取温度，使整卷带钢的卷取温度呈凹型分布，钢卷头尾和芯部同时冷却到相变实际终止温度以下，使得头尾部钢卷晶粒尺寸增大，位错密度降低，从而提高钢卷头尾的冲压成型性能，提高整个钢卷的成材率，增加经济效益。但若凹型卷取温度模型选择不当，会扩大性能的不均匀分布，导致成材率下降。因此，研究凹型冷却模型对产品性能的影响规律，确定不同品种、规格钢卷的最优凹型冷却模型十分重要。

2常规冷却时带钢的性能及分析

2．1  IF钢带的性能及分析

    选择一炉化学成分如表1所示、规格为2．5mm×1450 mm、卷取时采用常规冷却方式的IF热轧带钢，分析其头、中、尾的屈服强度σ_s、抗拉强度σ_b和伸长率δ₅。取样位置为：纵向分别离头部、尾部10、20、60m以及中部，横向在钢板宽度方向1／4处。用拉伸试验机测试的结果见表2。

    由表2可见，卷取温度控制采用常规冷却方式的IF热轧带钢，钢卷头尾与中部的性能差别较大，其中头尾的强度较高，塑性较低。这主要是由于热轧卷取时，钢卷头尾与中部的冷却速度不同，发生γ一α相变时铁素体晶粒度、铁素体基体中的位错密度、铁素体基体中析出的碳化物和化合物不同，导致带钢头、中、尾力学性能存在差异。

    (1)铁素体晶粒度的影响。卷取冷却过程中，带钢继续发生γ一α相变，钢卷的内外圈因与外界接触而温降速度大于中部，过冷度较大而使原子扩散速度、振动频率显著减小，相界迁移率也明显降低；再者，低的相变温度能降低铁素体的长大速率，增加铁素体的形核率，因而最终所得到的铁素体晶粒尺寸也较小，造成钢卷头尾的屈服强度和抗拉强度比中部高。

    (2)铁素体基体中位错密度的影响。卷取过程中，钢卷内外圈温降比中部快，原子扩散速度和位错运动减弱，使位错密度降低减慢，造成此阶段内外圈位错密度的降低不如中部带钢显著，由于位错的强化作用，使得内外圈的强度、硬度比中部要高，而塑性却有所降低。

    (3)铁素体基体中碳的扩散及碳化物析出的影响。含钛IF钢中碳含量很低，TiC主要在热轧后急冷过程中和卷取过程中在铁素体区位错及亚晶界上形成，其尺寸细小(一般小于30μm)，分布稠密。带钢卷取时头尾冷却速度较快，渗碳体的增长与聚集受到限制，使组织中的渗碳体较细小且分布均匀。再者，碳在铁素体中的溶解度随温度的降低而迅速降低，快速冷却使碳的扩散作用减弱，渗碳体析出较少，且分散游离，则固溶碳不能完全析出，而以固溶状态冷却下来，产生固溶强化。从而使钢卷头尾比中部强度高，而伸长率低。

2．2    X65钢带的性能及分析

    选择一炉化学成分如表3所示、规格为10．3mm×1450 mm、卷取时采用常规冷却方式的X65热轧带钢，分析其头、中、尾的屈服强度σ_s、抗拉强度σ_b和伸长率δ₅。取样位置为：纵向分别离尾部0、5、10、15、20m，横向在钢板宽度方向1／4处。用拉伸试验机测试的结果见表4。

    由表4可见，卷取温度控制采用常规冷却方式的X65管线钢成品，钢卷尾部与中部的性能也存在差异，尾部塑性较低。这主要是由于卷取时钢卷尾部温降较中部快，导致铁素体晶粒尺寸减小，组织中M／A岛的体积分数增多。M／A是脆性组成物，其数量的增多对带钢韧性不利。

    综上所述，管线钢热轧卷常规冷却时，由于头尾的冷却速度较快，导致其铁素体晶粒减小，M／A岛的体积分数增多，使得强度增加，韧性下降。采用凹型冷却工艺，由于头尾卷取温度提高，相应减缓了带钢首尾在高温区的冷却速度，延长了相变前奥氏体在高温区的停留时间，并提高了奥氏体分解的平均温度，直接导致相变后铁素体晶粒变粗，M／A岛的体积分数减少，晶粒均匀，提高了带钢头尾的塑性，使整卷带钢性能趋于一致。

3  凹型冷却试验

    为了降低卷取后不均匀冷却引起的带钢头、中、尾力学性能波动，在热轧厂进行了带钢头尾温度补偿——凹型冷却试验，即提高钢卷头尾的卷取温度，延长相变前奥氏体在高温区的停留时间，并提高奥氏体分解的平均温度，使相变后铁素体晶粒变粗，还可使管线钢组织中M／A岛的体积分数减少，提高带钢头尾的塑性，使整卷带钢性能趋于一致。

    由表5热轧带钢在凹型和非凹型冷却控制下的力学性能对比可看出，采用凹型冷却时带钢力学性能的均匀性得到改善。与不采用凹型冷却相比，Stl4钢带头部的屈服强度和抗拉强度与中部偏差不大于20MPa，伸长率偏差降低到3％以内；X65钢带头尾强度与中部的偏差最好时可控制在15MPa之内，伸长率偏差可控制在2％之内。由于受冶炼成分偏析、冷却水、冷却水嘴、设备老化、信号跟踪设备工作环境及使用周期、操作水平等因素的影响，带钢头尾强度偏差会有波动，但强度偏差在25MPa之内、伸长率偏差在3％之内。

4  结语

    热轧带钢卷取以后的冷却速度对于带钢的显微组织与性能有着极其重要的影响，其实质是通过对相变产物和析出物存在形式及分布特征产生影响来起作用的。卷取过程中，由于钢卷内外圈与芯部的冷却速度不同，导致带钢头尾强度高，塑性低。采用凹型冷却方式可降低带钢头尾性能偏差，提高热轧带钢性能的通卷稳定性，从而提高整个钢卷冲压成型的成材率。

    由于受化学成分偏析、模型控制精度、跟踪设备能力及试验数量等因素的影响，凹型冷却控制模型还需加大试验量，同时对上述因素加以优化，提高控制的稳定性。