HP295性能优化工艺实践

摘要：HP295是一种常用的焊接气瓶用钢，在家用煤气存储中应用广泛。为了解决HP295使用过程中变形不均、冲压开裂的问题，围绕温度制度、负荷分配、冷却模式、层流侧喷角度等方面采取针对性的优化措施，使HP295性能综合指标显著提高，产品加工性能也对应提高，较好地满足了用户的使用要求。

关键词：热轧带钢；层流冷却模式；性能优化；HP295；煤气存储 文献标识码：A

中图分类号：TG335 文章编号：1009-2374（2015）30-0030-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.30.015

1 概述

焊接气瓶钢板是指厚度为2.5～6.0mm的优质碳素结构铜和低合金结构热轧钢板，焊接气瓶要求具有一定的塑性和强度，加工时先进行一次冷冲压成型，然后利用焊接成型。液化石油气瓶产品规格为50kg、30kg、15kg、10kg、5kg和2kg级，在钢瓶的总生产量中，家庭型15kg级钢瓶的生产量占98%～99%，15kg级钢瓶年产1500～1600万只，30kg级钢瓶年产20万只。HP295是一种常用的气瓶用钢，主要用于家用煤气的存储，随着我国石油天然气工业的发展，该产品得到了比较广泛的使用。济钢焊瓶钢产品自开发之后，一段时间出现产品质量波动大的问题，用户使用过程中出现变形不均、冲压开裂的现象，为此针对产量最大的焊瓶钢——HP295采取了一系列工艺措施，提高焊瓶钢屈强比、延伸率等主要性能指标，满足了用户的使用要求。

2 性能优化措施制定

性能存在的问题主要为屈强比和延伸余量小、屈服强度偏高，因此将性能提升的方向确定为降低屈强比、提高延伸率。

2.1 温度优化

2.1.1 加热温度优化。板坯经过加热、冷却过程，其中的奥氏体经过再结晶过程，因而组织晶粒尺寸更小，并且分布更为均匀。加热温度和加热时间工艺参数制定时，既要考虑到节约能源，防止由于过热或加热时间过长导致出现异常组织，又要保证加热充分、组织均匀。综合考虑组织和成本因素，将出钢温度由1220℃调整为1180℃。冷料加热最小时间由140min调整为100min。

2.1.2 终轧温度优化。终轧温度也是带钢轧制的一个重要工艺参数。终轧温度越高，带钢内部组织再结晶越充分，分布也更均匀；终轧温度越低，再结晶的部分将增加，同时缺陷组织增多，强度有所降低。在满足强度要求的前提下，终轧温度适当提高时可提高带钢的击韧性，对降低屈强比也有利。综合考虑上述因素，将终轧温度由860℃调整为870℃。

2.2 负荷分配优化

精轧负荷分配主要是确定各道次的压下量，在满足个机架轧制力满足轧机能力的前提下，保证轧制稳定和性能要求。因带钢存在温降，前面机架温度高、变形抗力小，后面机架温度低、变形抗力大，一般负荷分配制定时遵循前大后小的原则。一般情况下，变形量越大，组织发生再结晶越充分，组织尺寸越小。为了保证焊瓶钢轧制的稳定性，为了保证精轧压下率、改善屈强比，将中间坯厚度增加1mm，同时对压下负荷分配系数进行了调整，F0～F6负荷分配系数调整为53、45、38、32、20、16、12。

2.3 层流冷却模式优化

屈强比是焊瓶钢一个重要的加工性能指标，国标要求不大于0.8，屈强比数值越小，越有利于加工变形。HP295各个指标中，屈强比是最难控制的指标，且屈强比余量很小，因此将屈强比作为性能优化的首要原则。研究实验表明，通过两段冷却能显著降低屈强比，因此焊瓶钢层流冷却均采用两段冷却。

由式（1）和式（2）可以看出，晶粒尺寸对屈服强度的影响要高于对抗拉强度的影响，从这个角度分析，如果要降低HP295的屈强比，可以通过粗化晶粒尺寸来实现，在宏观上即是要降低屈服强度，把晶粒度控制在合适的范围内，因此，两段冷却模式进一步优化的原则为：在满足屈服和抗拉要求的条件下，适当增大铁素体晶粒度尺寸。具体实施时，就是减小前段冷却强度，使铁素体在较高温度下经过充分空冷，然后再进行第二次水冷，增大铁素体晶粒尺寸。通过逐步调整优化，将前段冷却模式由第2组开6优化为第2组开3、第3组开3。

2.4 层流侧喷优化

带钢层流冷却过程是决定产品性能的重要环节，带钢表面残留水对带钢性能的均匀性影响较大，故需要对层流侧喷进行优化，带钢残余冷却水。层流侧喷的目的是吹扫掉带钢上表面的层流水，使带钢沿宽度方向上的冷却速度尽量均匀。侧喷的力度取决于带钢表面的水受到的沿带钢宽度方向冲击力的大小，在层流侧喷压力不变的条件下，提高侧喷效果的措施就是设置合理的侧喷参数，使喷出的水都打到带钢上，并且能均匀覆盖整个带钢宽度。层流侧喷优化的关键为喷嘴在竖直面喷射角，参考文献[5]中的侧喷几何关系对侧喷参数进行了优化。经过测量，上喷嘴高度为220mm、下喷嘴高度为160mm，根据式（1）给出的关系式计算得出：上、下喷嘴角度分别在75°和80°左右时，上喷嘴负责吹扫与远处带钢区域，下喷嘴负责吹扫与近处带钢区域，侧喷吹扫效果最好。

3 措施实施效果

措施实施后，性能优化前后比较发现：优化前屈服为392MPa，优化后屈服为360MPa；优化前抗拉为501MPa，优化后抗拉为480MPa；优化前屈强比为0.78，优化后屈强比为0.75；优化前延伸率为31%，优化后延伸率为36%。总体来看，性能优化前屈服余量较大、屈强比较高、延伸率低，性能优化后屈服和屈强比降低明显，延伸率明显提高，抗拉略有降低，数值基本在上下限中间，整体性能改善。性能优化后的产品用户加工使用过程顺利，没出现变形不均或开裂现象，加工性能良好。

4 结语

采取温度制度、负荷分配、冷却模式、层流侧喷角度等方面措施后，使焊瓶钢性能综合指标显著提高，屈服和屈强比降低明显，延伸率明显提高，抗拉略有降低，优化后的产品加工性能良好，没出现变形不均或开裂现象，表明所采取的工艺优化措施可显著提高焊瓶钢产品质量。

参考文献

[1] 马海涛.焊瓶钢板缺陷分析及改进措施[J].辽宁科技学院学报，2005，7（1）.

[2] 样旭，关菊，百劲东.鞍钢ASP焊接气瓶用热连轧钢带研制[A].中国钢铁年会论文集[C].2003.

[3] 李鑫.冷却路径HP295焊瓶钢屈强比的影响[D].东北大学，2006.

[4] 肖丰强，梁英.HP295焊瓶钢生产实践[J].中国冶金，2008，18（10）.

[5] 单修迎，郭连济，郭立平，等.济钢1700层流冷却关键参数优化[J].山东冶金，2013，35（4）.

（责任编辑：周 琼）