冷軋薄板退火工藝的分段控制

白洪杰，張會曉

（杭州富特帶鋼有限公司，浙江 杭州 311106）

隨著冷軋薄板的廣泛應(yīng)用以及市場競爭的日益激烈，生產(chǎn)企業(yè)和用戶對鋼板尺寸精度、機(jī)械性能和鋼板表面品質(zhì)，提出了越來越高的要求。而退火作為冷軋薄板生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，在鋼板性能的控制調(diào)整上起著重要作用。全氫罩氏爐退火由于采用強(qiáng)對流循環(huán)、全氫保護(hù)氣氛和氣－水冷卻等先進(jìn)技術(shù)，具有效率高、品質(zhì)好、能耗低等優(yōu)勢；另外，全氫罩氏爐退火與連續(xù)退火相比，也具有生產(chǎn)靈活、建設(shè)費(fèi)用低等優(yōu)勢，所以在冷軋薄板退火中被廣泛采用。

冷軋薄板即使采用全氫罩氏爐退火，也經(jīng)常出現(xiàn)軋制油斑/乳化液斑、粘結(jié)、厚度公差不好、組織性能不均勻等問題。為避免上述問題的產(chǎn)生，確保冷軋薄板退火后獲得良好品質(zhì)，本文以全氫罩式退火爐為例，對退火曲線升溫、保溫、降溫這3個階段的控制進(jìn)行了分析，并提出預(yù)防避免鋼板表面產(chǎn)生缺陷的技術(shù)措施。

1 升溫階段的控制

從室溫到300℃，加熱速度一般是不加限制的。其原因是：根據(jù)再結(jié)晶過程的原理，帶鋼從室溫加熱到300℃，帶鋼內(nèi)部組織無明顯變化，軋制過程中被拉長的晶粒剛剛獲得回復(fù)，尚未形成再結(jié)晶。在這個溫度區(qū)間，加熱速度快慢對性能和表面品質(zhì)影響是不大的。而實(shí)際生產(chǎn)中，加熱罩（外罩）一般都是由上一爐保溫結(jié)束起吊，然后轉(zhuǎn)移到其他爐上，由于罩體溫度很高，鋼卷溫度很快從室溫升到300℃，此間的溫度變化，是很難控制的。

冷軋帶鋼表面形成軋制油斑/乳化液斑缺陷的原因，是進(jìn)入罩式爐前，鋼卷內(nèi)部存在殘余軋制油/乳化液，形成機(jī)理是鋼卷中的水分在較高溫度下變?yōu)樗魵猓c帶鋼表面發(fā)生強(qiáng)烈的氧化反應(yīng)，生成氧化鐵，而油則既是氧化劑又阻礙水分蒸發(fā)，并溶入氧化鐵形成斑跡。在升溫階段300～400 ℃之間進(jìn)行保溫，可最大程度提高油的揮發(fā)率，進(jìn)而減輕或避免退火后軋制油/乳化液在鋼帶表面產(chǎn)生黑色斑點(diǎn)。

400℃到工藝保溫溫度之間的加熱速度，對鋼帶的性能和表面品質(zhì)影響極大。鋼的加熱速度，主要決定于鋼導(dǎo)熱系數(shù)的大小。鋼質(zhì)不同，導(dǎo)熱系數(shù)也不同。所以在確定加熱速度時，鋼質(zhì)是考慮的主要依據(jù)。鋼中碳含量和合金含量，對熱傳導(dǎo)影響較大。如其含量高，則導(dǎo)熱系數(shù)小，加熱速度就要適當(dāng)慢一些，避免內(nèi)外溫差過大，造成組織和性能的不均。

對于罩式退火爐，一般規(guī)定升溫速度以30～50 ℃/h 為宜。

對于優(yōu)質(zhì)鎮(zhèn)靜鋼、低碳軟鋼等鋼種，尤其在帶鋼厚度較薄時，退火不易出現(xiàn)性能缺陷，因而可以適當(dāng)提高加熱速度。這樣，既可以提高生產(chǎn)率，也可以減輕帶鋼帶層間的粘結(jié)缺陷。

而對特殊鋼質(zhì)與容易出現(xiàn)問題的鋼種，加熱速度應(yīng)加以嚴(yán)格限定：如厚度較大的且不易出現(xiàn)粘結(jié)的鋼種09MnAL(Re)、Q235F 等，加熱速度應(yīng)緩慢些，以使鋼卷加熱均勻。

而對于退火過程中極易出現(xiàn)晶粒不均勻現(xiàn)象的鋼種，則應(yīng)采取快速加熱來防止。

另外，對于尺寸精度、球化組織有很高要求的冷軋薄板，采用普通退火工藝，爐內(nèi)溫差較大，容易造成機(jī)械性能不穩(wěn)定。以汽車離合器摩擦片用50CrV4鋼帶為例，由于熱軋帶鋼的尺寸精度差，原材料缺陷在后續(xù)的冷軋生產(chǎn)工序中很難彌補(bǔ)。故可采用階梯式升溫，在達(dá)到球化退火溫度前，增加650 ℃保溫3 h，通過階梯等溫作用，使?fàn)t內(nèi)溫度差減小，同時減少爐內(nèi)退火鋼帶外圈在高溫區(qū)的停留時間，減小退火后鋼帶沿厚度方向的組織差異，減少帶鋼外圈脫碳層厚度，保證了球化退火和再結(jié)晶退火后鋼帶強(qiáng)度的均勻性。同時配合退火后第一道次的小壓下量軋制，利用金屬在軟狀態(tài)更易流動和小壓下情況易形成鐘鼓型原理，進(jìn)一步減少斷面差，同時加工硬化曲線前部為直線上升，加工硬化使鋼帶強(qiáng)度變高，這樣減少了后續(xù)由于加工輥型對橫向公差的影響。最終產(chǎn)品各項(xiàng)性能均滿足了客戶要求。

表1 50CrV4 產(chǎn)品技術(shù)要求與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對比

2 保溫階段的控制

冷軋生產(chǎn)中的退火，按工序環(huán)節(jié)，可分為坯料退火、中間退火、成品退火等數(shù)種；按照退火機(jī)理，可分為再結(jié)晶退火和球化退火等。故保溫階段溫度和時間的確定，需要結(jié)合所處的工序環(huán)節(jié)和機(jī)理兩個方面進(jìn)行。

在實(shí)際生產(chǎn)中，坯料退火一般僅用于個別的難變形鋼種及部分碳素工具鋼、合金工具鋼等由于熱軋過程中，軋制溫度波動過大、冷卻不均、終軋溫度和冷卻溫度控制不當(dāng)?shù)纫蛩兀率篃彳垘т摰玫交旌系幕驇畹慕M織，并產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的情況。

對于碳素鋼，通常可采用550～680 ℃之間的溫度進(jìn)行，在去除應(yīng)力的同時，又避免造成氧化皮的粘結(jié)，致使后續(xù)酸洗不凈。中間退火主要用來消除加工硬化，以便繼續(xù)軋制。中間退火主要采用再結(jié)晶退火，以使組織再結(jié)晶而又不造成晶粒過大為度。再結(jié)晶溫度取決于帶鋼的成分和變形程度，實(shí)際生產(chǎn)中使用的再結(jié)晶溫度是在570～720 ℃范圍內(nèi)，根據(jù)產(chǎn)品選擇的。成品退火一般是產(chǎn)品的最后一次退火，無論是退火后直接成品，還是退火后軋至成品，均需要嚴(yán)格控制保溫溫度和時間，來確保產(chǎn)品性能。

冷軋薄板中很大一部分用來生產(chǎn)沖壓件，這些沖壓件中又有很大比例需要采用淬火、回火等處理。研究表明，對于含碳量大于0.35%的碳鋼、合金鋼來說，滲碳體的形狀及其分布對剪切表面光潔度有決定性的影響，其中以細(xì)球狀均勻分布最為理想。并且細(xì)球狀球化組織可在相當(dāng)寬的淬火溫度范圍內(nèi)，仍能得到隱針狀馬氏體，淬火加熱較易控制，淬火開裂傾向最小，即具有最好的淬火工藝性能。并且淬火、回火后具，有良好的綜合力學(xué)性能，尤其是具有高的強(qiáng)度、韌性以及疲勞性能。所以冷軋薄板應(yīng)盡可能地獲得細(xì)球狀球化組織，而球化組織往往通過球化退火獲得，球化退火可分為普通球化退火、等溫球化退火、循環(huán)球化退火等。其中等溫球化退火由于球化充分，易控制，周期較短，適宜大件，所以冷軋生產(chǎn)中經(jīng)常采用。其加熱溫度范圍一般為Ac1＋（20～30）℃，具體溫度應(yīng)根據(jù)具體組織進(jìn)行制定。

以T10 鋼為例，原始珠光體組織片間距不同時，應(yīng)采用不同的退火工藝進(jìn)行球化。原始珠光體組織細(xì)小，則可適當(dāng)降低球化退火的加熱溫度，縮短保溫時間來獲得細(xì)球狀組織，否則反而會造成碳化物粒度粗化并出現(xiàn)片狀珠光體。

3 冷卻階段的控制

在冷卻階段前期，鋼卷內(nèi)外溫度差并不大，產(chǎn)生粘結(jié)的可能性不大；冷卻階段中期，氫氣降溫速度較快，鋼卷卷眼層和外層溫度下降大于芯部，其原先的冷點(diǎn)變成熱點(diǎn)，形成在帶卷芯部，外層冷縮大于芯部，使外層與芯部壓應(yīng)力增大。這一階段時間相對較長，鋼卷層間壓應(yīng)力較大，容易產(chǎn)生粘結(jié)。因此保溫結(jié)束后，采用帶加熱罩冷卻至420℃，可避免由于冷卻速度過快，造成鋼卷內(nèi)外溫差過大，形成過大壓應(yīng)力導(dǎo)致粘結(jié)；然后換冷卻罩進(jìn)行風(fēng)冷，風(fēng)冷至250 ℃開始水冷，以最大限度的縮短周期，提高效率；水冷至80 ℃以下出爐，避免鋼卷邊緣表面氧化形成氧化色。

4 結(jié)束語

退火作為冷軋薄板生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，對鋼板尺寸精度、機(jī)械性能和鋼板表面品質(zhì)的好壞起著舉足輕重的作用，可通過對退火工藝曲線進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，最大程度地避免鋼板表面缺陷的產(chǎn)生、改善鋼板組織及力學(xué)性能的均勻性，提高鋼卷成材率；針對不同原材料，制定適合的退火工藝，從而獲得良好組織，為客戶提供最佳產(chǎn)品。

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