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罐用钢板“JATT”的高强度与高加工性
信息来源:世界金属导报2020-06-09B01      时间:2020-07-15 14:21:09

1前言

罐用钢板是用于生产饮料或食品罐的原材料,板厚0.2mm左右,属超薄钢板,对这种钢板施加镀锡或电解铬酸处理后成为镀锡板、无锡钢等表面处理钢板加以应用。从节能角度出发,要求罐用钢板薄规格化以降低运输中的重量,为了补偿因板厚减薄引起的罐体强度下降,要求提高钢板的强度。由于薄规格化可减少制罐的钢铁用量,还由此具有减排CO2的效果。而另一方面,为了应对当今消费者多样化的需求,还需要通过改善钢板的加工性来提高罐的可设计性。

为了实现罐用钢板的高强度化,常规是采用将冷轧钢板在连退炉中进行再结晶退火后再次冷轧,使之加工硬化实现高强度的技术(二次轧制、DR法)。然而,采用DR法虽然能提高强度,但由于加工应变导致延伸率下降,对于要求高加工性的易开盖及三片罐罐身的加工,在铆接、凸缘、焊缝等部位容易产生裂纹。

为了解决这些问题,考虑通过添加C、Mn等固溶强化元素以及Nb、Ti等析出强化元素的方法。但是,根据ASTM标准,从耐蚀性劣化的角度出发,用于食品罐等的罐用钢板的合金添加量受到严格限制。因此,采用常规技术无法实现薄规格化罐用钢板高强度和高加工性的平衡。本文通过改变强化元素来优化强化机制,并通过优化生产条件最大限度实现强化机制,根据ASTM规定添加最低限度的强化元素,新开发了高强度化和高加工性良好平衡的罐用钢板JATT?,并开始量产。本文将论述开发技术的内容和意义。

2罐用钢板成分设计的思路

如上所述,罐用钢板强化元素的添加受到极为严格的限制。例如,汽车和建筑用钢等代表性的强化元素Si、Mn添加量一般均可在1%以上,但罐用钢板则最多可分别添加0.02%和0.6%。因此,单纯利用常规的强化机制难以实现高强度化。为此尝试1)改变强化元素;2)最大限度发挥强化机制。

1)改变强化元素

作为ASTM标准允许的强化元素,除一般的固溶强化元素C以外,还着眼于以往未充分探讨的通过N进行固溶强化。一般而言,钢中N含量最高不超过0.001%-0.003%(mass%)。而本研究在精炼工序生产了添加更多N的钢,图1示出了固溶N量对机械性能的影响。通过添加0.015%的N,在抑制延展性下降的同时,成功将屈服强度提高了44MPa。此外,还选择Nb作为析出强化元素,通过微量添加Nb来析出碳化物等细微析出物用于提高强度。

2)最大限度地发挥强化机制

为了最大限度发挥固溶强化和析出强化的强度提升效果,对热轧及再结晶退火条件实施了优化。为了最大限度发挥Nb的析出强化效果,调查了热轧卷取温度(CT)的影响。图2所示为CT和保温时间对热轧板硬度的影响。通过提高CT,热轧钢板的硬度提高,并发现CT的这种影响持续到再结晶退火过程。将CT调整为675℃和576℃的热轧钢板进行冷轧-再结晶退火后,用透射电子显微镜观察析出物,可以明显看出,与低CT材相比,高CT材析出了更多10nm以下的细微析出物。由此可知,通过将热轧CT控制在高水平,可最大化发挥细微Nb析出物的析出强化效果。

其次,为了最大限度发挥C、N的固溶强化效果,调查了连退炉内再结晶退火时的冷却条件的影响。图3示出了均热处理后的冷却条件和钢板屈服强度的关系。将快速冷却终止温度分别降低到300℃和600℃进行比较,可以看出,通过提高冷却速度,屈服强度比缓冷时有明显提高。这是由于通过快速冷却,C和N在钢中保持固溶的状态,因此固溶强化量比缓冷时增加的缘故。由此可知,通过提高再结晶退火后的冷却速度可最大限度发挥固溶强化效果。

3开发钢的性能

表1示出了开发钢的机械性能。在具备与常规高强度DR7、DR8等级钢同等强度的同时,开发钢实现了高延展性。并且如上所述由于最大限度发挥了固溶强化与析出强化效果,与目前的T4、T5等级钢相比,开发钢强度有了大幅提高。图4示出了检验加工性提高效果的杯突试验结果,与DR8材相比,开发钢的杯突值显著提高。如上所述,开发钢在将合金元素添加量控制在ASTM规定范围内的同时,通过优化析出元素和最大限度发挥强化机制的独有成分设计思路,在维持与DR材同等高强度的同时,相对于以往3%-5%的延伸率,实现了高达15%以上的延伸率。

4开发钢的实用化

JATT?属于超薄钢板,主要用于要求高加工性的易开盖和三片罐等,从2017年开始量产,在应用时有特殊要求的情况下,甚至可将板厚由0.21mm减薄至0.18mm。另外,加工的自由度比传统的DR材高,罐的可设计性也得到了扩展;由于与常规SR材(一次轧制、普通的冷轧-退火材)相比强度高,可减轻压曲、凹陷变形,因此还可以扩展用途从而进一步提高产量。JATT?不仅在应用中具有非常优秀的特性,而且通过减薄实现轻量化,还有利于节能环保,今后有望作为可满足国际上消费者多样化需求的罐用钢板进一步扩大市场。 (子君)

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