SPCC連續(xù)退火工藝的分析和優(yōu)化

楊正宗 馬生亮 柳風(fēng)林

摘要：分析了熱軋原料，均熱溫度，緩冷溫度，快冷速度，過時效溫度等因素對連續(xù)退火SPCC性能的影響，特別是創(chuàng)新性地利用鐵碳相圖分析了緩冷溫度對SPCC性能的影響。并制定了降低連退SPCC屈服強度的工藝措施，工業(yè)大批量生產(chǎn)數(shù)據(jù)說明采取措施后連續(xù)退火SPCC的屈服強度得到明顯的降低，延伸率也有所提高。

關(guān)鍵詞：連續(xù)退火工藝 SPCC 屈服強度 鐵碳相圖

1 前言

SPCC雖然只是普通的低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼，但由于傳統(tǒng)罩式退火工藝的成熟，已經(jīng)能生產(chǎn)出屈服強度較低深沖性能較好的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用在汽車，家電，建筑等領(lǐng)域。連續(xù)退火雖然具有生產(chǎn)率高，表面質(zhì)量好，成本低，流程短，產(chǎn)品性能均勻等優(yōu)點，但邯鋼新區(qū)連退線初期生產(chǎn)出的SPCC屈服強度還是達不到罩式退火SPCC的水平。針對連續(xù)退火SPCC屈服強度高，國內(nèi)外眾多學(xué)術(shù)及技術(shù)工作者已經(jīng)進行了大量的分析研究，并得出了一些措施，但相關(guān)文獻較少。本文將著重對連續(xù)退火生產(chǎn)SPCC的工藝進行分析，并制定降低連退SPCC屈服強度的工藝優(yōu)化措施。

2.熱軋原料對連退SPCC的性能影響

連續(xù)退火工藝較罩式退火有很大的區(qū)別，連續(xù)退火的工藝特點在于加熱速度快，退火溫度高，降溫速度快，還具有過時效處理的功能。這些特點決定了連續(xù)退火對熱軋原料的要求也有別于罩式退火。罩式退火的熱軋原料通常采用”三高一低”的熱軋工藝，使熱軋卷獲得較為細小的晶粒和彌散分布的細小滲碳體及使AlN顆粒，并使AlN具有一定的固溶度[1]。而連續(xù)退火的熱軋原料采用較低的加熱溫度，較高的終軋溫度和卷取溫度，從而獲得較為粗大的晶粒和滲碳體。這是因為在連續(xù)退火過程中，鐵素體晶粒在較短的保溫時間里得不到充分的長大，因此要求熱軋原料具有較大的鐵素體晶粒和滲碳體，粗大的熱軋原料晶粒有利于退火過程中鐵素體晶粒的長大，而粗大的滲碳體通過弱化析出物對晶粒長大的拖拽作用可促進鐵素體晶粒的長大[2]。邯鋼新區(qū)連退投產(chǎn)初期SPCC的熱軋卷取溫度較低只有680℃，為了降低連續(xù)退火SPCC的屈服強度，邯鋼新區(qū)連續(xù)退火SPCC的熱軋工藝采用了大于700℃的卷取溫度。采取了措施后，SPCC的熱軋原料卷屈服強度降低了15MPa左右。

3.連續(xù)退火工藝的分析

SPCC的生產(chǎn)采用如圖1所示的連續(xù)退火工藝。對于SPCC性能的影響主要有均熱溫度，緩冷出口溫度，快冷速度和過時效溫度。

3.1 均熱溫度

在均熱過程中主要發(fā)生再結(jié)晶鐵素體和加熱過程中形成的奧氏體的晶粒的長大，及滲碳體的溶解和部分鐵素體向奧氏體的轉(zhuǎn)變。由于再結(jié)晶晶核產(chǎn)生在某些條件有利的部位，具有相對的不均性，且在晶核長大過程中晶界的遷移速率也是不均勻的，使得再結(jié)晶晶粒具有不同的尺寸和偶然的不規(guī)則形狀，在晶粒長大過程中，小晶粒被大晶粒吞并，晶粒尺寸不均勻性得到改善，塑性提高。晶粒長大是以界面能為驅(qū)動力，隨著均熱溫度的提高，原子擴散能力增大使晶界遷移速率加快，同時晶界處滲碳體溶解速度加快使晶界遷移的阻力減小，所以在較高的溫度退火可得到較為粗大的晶粒，降低SPCC屈服強度。為了降低SPCC的屈服強度，連退均熱溫度在原先的基礎(chǔ)上提高了40℃。

3.3 緩冷溫度

緩冷溫度對于低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼的影響，詹華[3]在實驗室利用連續(xù)退火模擬試驗進行了驗證，結(jié)果表明緩冷溫度較高時，低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼退火后屈服強度較低，但對其機理并未介紹，且國內(nèi)外文獻相關(guān)介紹也很少。本文將利用鐵碳相圖加以解釋。從圖2中可看到，SPCC在A1溫度以上降溫時，鐵素體中碳的固溶度是增加的，所以碳的過飽和度是減小的，夠不成滲碳體析出的條件，因此在A1以上溫度降溫鐵素體晶粒內(nèi)部和晶界都不會析出滲碳體。當(dāng)SPCC在A1溫度以下溫度降溫時，鐵素體中碳的固溶度開始減小，滲碳體將優(yōu)先在晶界處形成，同時鐵素體中的碳向晶界擴散。緩冷溫度一般設(shè)置在A1溫度以下，所以緩冷溫度越低，晶界處滲碳體生成量越多，對于SPCC的塑性越不利。另一方面，由于緩冷溫度低時鐵素體的固溶碳較少，在快冷時碳的過飽和度較低，滲碳體形核驅(qū)動力小，鐵素體晶粒內(nèi)部形成的滲碳體較少，不能為時效處理時滲碳體的析出提供足夠多的形核點，最終造成產(chǎn)品的固溶碳含量較高，屈服強度較高。因此較高的緩冷溫度有利于獲得較低的屈服強度和較高的塑性。邯鋼新區(qū)連退線為了提高緩冷溫度，將緩冷段冷卻風(fēng)機的轉(zhuǎn)速調(diào)至最低，同時提高均熱溫度補償緩冷過程中的溫降，保證了緩冷溫度由以前的650℃左右提高到660℃以上。

3.4 快冷速度和過時效溫度

冷軋板為了保證其性能的穩(wěn)定性，使其在保質(zhì)期內(nèi)不發(fā)生時效以造成鋼板的硬化，必須進行過時效處理。帶鋼在連續(xù)退火爐中的過時效段，首先發(fā)生的是時效效應(yīng)，這使得經(jīng)快冷后的鋼中的碳化物彌散的析出，這個過程使鋼板產(chǎn)生了時效硬化，隨著析出的碳化物的長大，鋼板的硬度達到了一個峰值，過峰值后，硬度開始下降，碳化物繼續(xù)長大，帶鋼開始了過時效效應(yīng)。從Fe-Fe3C平衡相圖中可以知道，碳在鐵素體中的溶解度隨金屬溫度的降低而大幅度減小。當(dāng)帶鋼從高溫急冷到較低溫度時，碳化物不沿溶解度曲線析出，而是在鐵素體中呈過飽和狀態(tài)，這是一種不穩(wěn)定狀態(tài)，在合適的條件下，碳將從鐵素體中脫溶析出，形成穩(wěn)定相Fe3C。決定碳的脫溶效果的因素主要是快冷速度和過時效溫度，冷卻速度越快，過時效的溫度越低， 碳在鐵素體中的過飽和度越高，滲碳體的析出動力越大，在過時效處理的入口處，鐵素體內(nèi)部形成的滲碳體越多。在時效處理過程中間隙碳原子的擴散距離縮短， 滲碳體的析出加快，從而滲碳體總的析出量明顯增加，使得固溶碳含量減小，屈服強度降低，抗時效性能提高[4]。為了達到較好的時效效果，降低SPCC屈服強度，連退線將過時效溫度降至400℃左右。

4. 工藝調(diào)整對SPCC組織和性能的影響

從圖4金相組織的對比可以看出：工藝調(diào)整前晶粒平均尺寸約13.2μm晶粒度為9.5級，調(diào)整后晶粒平均尺寸約15.3μm晶粒度9.0級，鐵素體晶粒尺寸明顯粗大，且晶內(nèi)析出的滲碳體明顯增多。說明工藝調(diào)整促進了鐵素體晶粒的粗大和固溶碳的充分析出，有利于屈服強度的降低。

對調(diào)整前的334個試批和調(diào)整后的501個試批的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過提高SPCC的熱軋卷取溫度，提高均熱溫度和緩冷溫度，降低過時效溫度等措施， SPCC的屈服強度得到明顯的降低，且延伸率有所提高，如圖4所示。

5 結(jié)語

針對連續(xù)退火SPCC屈服強度較高的問題，本文分析了熱軋原料和連退工藝對連續(xù)退火SPCC的性能影響，并制定了降低SPCC屈服強度優(yōu)化措施：

（1）提高熱軋卷取溫度；

（2）提高均熱溫度、緩冷溫度和快冷速度，降低的過時效溫度；

按照以上原則調(diào)整了工藝以后，邯鋼新區(qū)冷軋廠連續(xù)退火SPCC的產(chǎn)品性能得到了明顯的改善。

參考文獻：

[1]胡恒法， 裴新華， 穆海玲.鋁含量對低碳沖壓板織構(gòu)和性能的影響[J].寶鋼技術(shù)2006，（2）：15～18.

[2]詹 華，吳文林，汪飛松.連續(xù)退火工藝對低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼性能的影響[J].金屬熱處理.2009，34（4）：89～90.