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[摘 要]本文研究了热镀锌机组退火冷却段工艺对GA590DP钢种性能的影响。通过调整退火冷却段风机转速改变冷却段的温度控制，研究JCF段温度改变后成品材质性能的变化情况。结果表明，通过优化退火快冷段风机转速分配，降低退火快冷JCF1段温度，在带钢入锌锅板温较低的情况下同样能夠获得良好的材质性能，避免了原有生产工艺条件下过高的入锌锅板温带来的不利影响，同时成品表面粗糙度的保证能力也得到了提高。
[关键词]热镀锌;GA;双相钢;590DP;退火;快冷;
中图分类号：TP471 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）14-0342-02
0前言
随着现代汽车向减重、节能、环保、高安全性、耐蚀性等方向的发展，推动了汽车用高强薄钢板的研发。双相钢具有低的屈强比、高初始加工硬化速率、强度和延性的配合良好等优点，已经发展成为一种成形性良好的高强度新型冲压用钢，成为现代汽车用钢的重要组成部分[1]。双相钢的显微组织主要由铁素体（F）和少量（体积分数<20%）的马氏体（M）组成[1]。连续热镀锌双相钢在成分设计上多采用碳-锰-铬/钼-低硅合金系统，主要生产工艺过程包括：炼钢、热轧、冷轧和CGL（连续热镀锌），其中CGL段包含退火和热镀锌两个功能。
宝钢某CGL产线在生产590级别热镀锌锌铁合金双相钢时经常出现抗拉强度低于下限590MPa的情况，造成批量性能不合，因此为了提高抗拉强度的保证能力，生产时快冷段出口温度指数必须控制在49以上。尤其是在生产某国外汽车厂的2.0mm以上、900mm以下的厚窄料时，由于规格限制的原因机组工艺段速度较慢，快冷段出口温度需要控制更高才能确保抗拉强度合格。然而，过高的快冷段出口温度导致带钢入锌锅板温明显高于其他常规钢种生产时的入锌锅板温，入锌锅板温高大大增加了机组锌渣的生成速度，对表面质量产生了非常不利的影响，对机组的平稳生产尤其是高表面要求汽车外板的生产带来了极大不便。同时成品粗糙度也有所上升，经常超出该汽车厂内板粗糙度1.6μm的上限要求。本文通过研究退火快冷段工艺对成品性能的影响，实现了在较低的入锌锅板温情况下得到合格抗拉强度的目标，满足了该汽车厂材质性能和表面粗糙度两方面的要求。
1试验材料和方法
1.1试验设计思路
采用热镀锌工艺生产双相钢，两相区奥氏体化后的快速冷却是为避免奥氏体分解为珠光体，带钢以铁素体+亚稳定奥氏体状态进入约460℃的锌锅完成镀锌，并在镀后终冷过程中完成马氏体相变，该过程中获得足够数量的淬硬马氏体是保证热镀锌双相钢力学性能的关键。由于热镀锌双相钢生产时速度较低，并且无法直接冷却到马氏体相变点以下，因此带钢在冷却、镀锌以及合金化过程中，在不同温度区间内不可避免会分别发生铁素体相变和贝氏体相变，从而减少最终获得的马氏体含量，降低成品的抗拉强度。
宝钢某CGL产线快冷段的布置如图1所示，整个快冷段JCF分为前后两段，分别有JCF1和JCF2两个测温点，均可以实时监控相应位置的带钢温度，其中JCF1测温点前为1号风机，JCF2测温点前为2号和3号风机，通过模型自动调整风机转速来控制相应的JCF段温度。在原有模型工艺条件下，1-3#风机的转速比例设定为1：100：100，1号风机基本不转，JCF1段温度指数维持在66左右，仅通过等比例调整2号和3号风机的转速从而达到设定的JCF2段温度。在此工艺条件下，抗拉强度经常出现低于下限的情况，为了达到要求的抗拉强度，只能通过提高JCF2段温度减少冷却过程中的贝氏体相变，从而增加基体组织中的马氏体含量提高强度。但考虑另外一种可能性，如果能在高温段提前进行快速冷却，就可以减少高温段铁素体相变的发生，使得基体组织中的铁素体含量减少，从而增加马氏体或贝氏体硬质相的含量，也能起到提高材料的成品强度的效果。
1.2试验方案
选取相同规格2.0*870mm的连续3卷590DP材料进行工艺调整试验，为了排除前工序炼钢和热轧工艺参数的交叉影响，在同一母卷的中部进行工艺调整试验，对比不同退火冷却工艺条件下头尾性能的差异。试验卷的炼钢成分、热轧终轧温度、卷取温度等前工序的工艺参数保持相同。热镀锌机组生产时，加热段和均热段温度以及退火速度均保持恒定不变，对快冷JCF1和JCF2段工艺调整如下：通过提高JCF段1#风机转速，将JCF1温度指数降低到60左右，同时降低JCF2#风机转速、提高3#风机转速，将JCF2出口温度降低到正常入锌锅板温指数46左右，相关工艺条件见表1。
2试验结果与分析
2.1工艺参数实绩
热镀锌机组连续生产3卷，在第1卷卷中开始进行工艺调整，第2卷整卷维持调整后工艺参数不变，第3卷卷中再切换回原工艺，3个卷的冷却风机转速和最终退火各段的温度指数实绩如图2所示。其中加热、均热和缓冷段温度3个卷基本都保持平稳没有波动，通过3个风机转速的调整，卷1中部之后的快冷JCF1温度指数下降到了60、JCF2温度指数下降到了46，卷2维持此工艺没有变化，卷3中部之后的快冷JCF1温度指数回升到了66、JCF2温度指数回升到了50，与最初设计的试验方案的工艺要求完全符合。
2.2性能结果分析与讨论
3个卷分别头尾取样进行拉伸性能和扩孔率的检测，结果如图3所示。其中卷1和卷3分别在卷的中部进行了工艺调整，因此头尾样分别对应不同的生产工艺。从性能检测结果看，卷1和卷3头尾的屈服强度、抗拉强度、延伸率以及扩孔率等性能指标基本相当，不存在明显差异，而且3个卷的成品性能均满足了用户标准的要求。由此说明，通过快冷段冷却方式的调整，即使降低590DP的快冷JCF2段温度指数到46，成品的材质性能也可以保证合格。卷2整卷采用了调整后的工艺参数，头尾性能良好，均满足标准要求。可以认为，虽然快冷段JCF2温度指数的降低会使带钢的贝氏体相变增加从而导致合金化后冷却时生成的马氏体含量减少，但快冷段JCF1温度指数的降低使带钢在铁素体相变区域停留时间变短，减少了铁素体及珠光体组织的生成，从而提高了材料的成品强度。因此两种工艺最终得到的材料性能是大致相当的，但经过调整后的生产工艺显著降低了带钢入锌锅板温，对降低锌锅内锌渣的生成速度、降低锌锅Fe含量、减少F类斑迹等不良表面缺陷的发生均有好处，大批量生产时采用调整后的工艺更为理想。
2.3粗糙度结果分析与讨论
生产过程中，同时对3个卷头中尾取样进行粗糙度的离线检测，检测结果如图4所示。可以看到上下表的粗糙度Ra均呈明显的先下降后上升的趋势。随着JCF2段温度指数的降低，粗糙度有明显下降的趋势，而再次提高JCF2段温度指数后，粗糙度又急剧上升，局部已超出1.6μm的用户上限要求。可见入锌锅板温对带钢表面粗糙度确实有较大影响，JCF2段出口温度高导致带钢入锌锅板温高，高的入锌锅板温会提高锌锅温度，加速锌铁之间的合金化反应，促进爆发组织的生成，从而增加了带钢的表面粗糙度。
3结论
（1）在其他工艺条件相同的情况下，在退火快冷段前半部分进行快速冷却，降低快冷段JCF1段出口温度，有利于提高590DP材料的成品强度。（2）通过降低JCF1段温度，可以在较低的入锌锅板温下获得满足标准要求的性能，从而避免了过高的入锌锅板温对锌锅和表面质量带来的不利影响。（3）降低带钢入锌锅板温会使得材料的表面粗糙度明显下降，解决了原有工艺粗糙度经常超出上限的问题，提高了粗糙度的保证能力。
参考文献
[1]张梅，符仁钰，许洛萍.汽车用双相钢钢板的发展[J].热处理，2001，（1）：5-8.
作者简介
（李招余（1982-），男，本科，宝钢股份制造管理部质量技术区域工程师，E-mail：[email protected]，联系电话：26643818。
[关键词]热镀锌;GA;双相钢;590DP;退火;快冷;
中图分类号：TP471 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）14-0342-02
0前言
随着现代汽车向减重、节能、环保、高安全性、耐蚀性等方向的发展，推动了汽车用高强薄钢板的研发。双相钢具有低的屈强比、高初始加工硬化速率、强度和延性的配合良好等优点，已经发展成为一种成形性良好的高强度新型冲压用钢，成为现代汽车用钢的重要组成部分[1]。双相钢的显微组织主要由铁素体（F）和少量（体积分数<20%）的马氏体（M）组成[1]。连续热镀锌双相钢在成分设计上多采用碳-锰-铬/钼-低硅合金系统，主要生产工艺过程包括：炼钢、热轧、冷轧和CGL（连续热镀锌），其中CGL段包含退火和热镀锌两个功能。
宝钢某CGL产线在生产590级别热镀锌锌铁合金双相钢时经常出现抗拉强度低于下限590MPa的情况，造成批量性能不合，因此为了提高抗拉强度的保证能力，生产时快冷段出口温度指数必须控制在49以上。尤其是在生产某国外汽车厂的2.0mm以上、900mm以下的厚窄料时，由于规格限制的原因机组工艺段速度较慢，快冷段出口温度需要控制更高才能确保抗拉强度合格。然而，过高的快冷段出口温度导致带钢入锌锅板温明显高于其他常规钢种生产时的入锌锅板温，入锌锅板温高大大增加了机组锌渣的生成速度，对表面质量产生了非常不利的影响，对机组的平稳生产尤其是高表面要求汽车外板的生产带来了极大不便。同时成品粗糙度也有所上升，经常超出该汽车厂内板粗糙度1.6μm的上限要求。本文通过研究退火快冷段工艺对成品性能的影响，实现了在较低的入锌锅板温情况下得到合格抗拉强度的目标，满足了该汽车厂材质性能和表面粗糙度两方面的要求。
1试验材料和方法
1.1试验设计思路
采用热镀锌工艺生产双相钢，两相区奥氏体化后的快速冷却是为避免奥氏体分解为珠光体，带钢以铁素体+亚稳定奥氏体状态进入约460℃的锌锅完成镀锌，并在镀后终冷过程中完成马氏体相变，该过程中获得足够数量的淬硬马氏体是保证热镀锌双相钢力学性能的关键。由于热镀锌双相钢生产时速度较低，并且无法直接冷却到马氏体相变点以下，因此带钢在冷却、镀锌以及合金化过程中，在不同温度区间内不可避免会分别发生铁素体相变和贝氏体相变，从而减少最终获得的马氏体含量，降低成品的抗拉强度。
宝钢某CGL产线快冷段的布置如图1所示，整个快冷段JCF分为前后两段，分别有JCF1和JCF2两个测温点，均可以实时监控相应位置的带钢温度，其中JCF1测温点前为1号风机，JCF2测温点前为2号和3号风机，通过模型自动调整风机转速来控制相应的JCF段温度。在原有模型工艺条件下，1-3#风机的转速比例设定为1：100：100，1号风机基本不转，JCF1段温度指数维持在66左右，仅通过等比例调整2号和3号风机的转速从而达到设定的JCF2段温度。在此工艺条件下，抗拉强度经常出现低于下限的情况，为了达到要求的抗拉强度，只能通过提高JCF2段温度减少冷却过程中的贝氏体相变，从而增加基体组织中的马氏体含量提高强度。但考虑另外一种可能性，如果能在高温段提前进行快速冷却，就可以减少高温段铁素体相变的发生，使得基体组织中的铁素体含量减少，从而增加马氏体或贝氏体硬质相的含量，也能起到提高材料的成品强度的效果。
1.2试验方案
选取相同规格2.0*870mm的连续3卷590DP材料进行工艺调整试验，为了排除前工序炼钢和热轧工艺参数的交叉影响，在同一母卷的中部进行工艺调整试验，对比不同退火冷却工艺条件下头尾性能的差异。试验卷的炼钢成分、热轧终轧温度、卷取温度等前工序的工艺参数保持相同。热镀锌机组生产时，加热段和均热段温度以及退火速度均保持恒定不变，对快冷JCF1和JCF2段工艺调整如下：通过提高JCF段1#风机转速，将JCF1温度指数降低到60左右，同时降低JCF2#风机转速、提高3#风机转速，将JCF2出口温度降低到正常入锌锅板温指数46左右，相关工艺条件见表1。
2试验结果与分析
2.1工艺参数实绩
热镀锌机组连续生产3卷，在第1卷卷中开始进行工艺调整，第2卷整卷维持调整后工艺参数不变，第3卷卷中再切换回原工艺，3个卷的冷却风机转速和最终退火各段的温度指数实绩如图2所示。其中加热、均热和缓冷段温度3个卷基本都保持平稳没有波动，通过3个风机转速的调整，卷1中部之后的快冷JCF1温度指数下降到了60、JCF2温度指数下降到了46，卷2维持此工艺没有变化，卷3中部之后的快冷JCF1温度指数回升到了66、JCF2温度指数回升到了50，与最初设计的试验方案的工艺要求完全符合。
2.2性能结果分析与讨论
3个卷分别头尾取样进行拉伸性能和扩孔率的检测，结果如图3所示。其中卷1和卷3分别在卷的中部进行了工艺调整，因此头尾样分别对应不同的生产工艺。从性能检测结果看，卷1和卷3头尾的屈服强度、抗拉强度、延伸率以及扩孔率等性能指标基本相当，不存在明显差异，而且3个卷的成品性能均满足了用户标准的要求。由此说明，通过快冷段冷却方式的调整，即使降低590DP的快冷JCF2段温度指数到46，成品的材质性能也可以保证合格。卷2整卷采用了调整后的工艺参数，头尾性能良好，均满足标准要求。可以认为，虽然快冷段JCF2温度指数的降低会使带钢的贝氏体相变增加从而导致合金化后冷却时生成的马氏体含量减少，但快冷段JCF1温度指数的降低使带钢在铁素体相变区域停留时间变短，减少了铁素体及珠光体组织的生成，从而提高了材料的成品强度。因此两种工艺最终得到的材料性能是大致相当的，但经过调整后的生产工艺显著降低了带钢入锌锅板温，对降低锌锅内锌渣的生成速度、降低锌锅Fe含量、减少F类斑迹等不良表面缺陷的发生均有好处，大批量生产时采用调整后的工艺更为理想。
2.3粗糙度结果分析与讨论
生产过程中，同时对3个卷头中尾取样进行粗糙度的离线检测，检测结果如图4所示。可以看到上下表的粗糙度Ra均呈明显的先下降后上升的趋势。随着JCF2段温度指数的降低，粗糙度有明显下降的趋势，而再次提高JCF2段温度指数后，粗糙度又急剧上升，局部已超出1.6μm的用户上限要求。可见入锌锅板温对带钢表面粗糙度确实有较大影响，JCF2段出口温度高导致带钢入锌锅板温高，高的入锌锅板温会提高锌锅温度，加速锌铁之间的合金化反应，促进爆发组织的生成，从而增加了带钢的表面粗糙度。
3结论
（1）在其他工艺条件相同的情况下，在退火快冷段前半部分进行快速冷却，降低快冷段JCF1段出口温度，有利于提高590DP材料的成品强度。（2）通过降低JCF1段温度，可以在较低的入锌锅板温下获得满足标准要求的性能，从而避免了过高的入锌锅板温对锌锅和表面质量带来的不利影响。（3）降低带钢入锌锅板温会使得材料的表面粗糙度明显下降，解决了原有工艺粗糙度经常超出上限的问题，提高了粗糙度的保证能力。
参考文献
[1]张梅，符仁钰，许洛萍.汽车用双相钢钢板的发展[J].热处理，2001，（1）：5-8.
作者简介
（李招余（1982-），男，本科，宝钢股份制造管理部质量技术区域工程师，E-mail：[email protected]，联系电话：26643818。