冷轧薄板退火工艺的分段控制

2012-08-29白洪杰张会晓

装备制造技术 2012年7期

白洪杰，张会晓

（杭州富特带钢有限公司，浙江杭州 311106）

随着冷轧薄板的广泛应用以及市场竞争的日益激烈，生产企业和用户对钢板尺寸精度、机械性能和钢板表面品质，提出了越来越高的要求。而退火作为冷轧薄板生产中的重要环节，在钢板性能的控制调整上起着重要作用。全氢罩氏炉退火由于采用强对流循环、全氢保护气氛和气－水冷却等先进技术，具有效率高、品质好、能耗低等优势；另外，全氢罩氏炉退火与连续退火相比，也具有生产灵活、建设费用低等优势，所以在冷轧薄板退火中被广泛采用。

冷轧薄板即使采用全氢罩氏炉退火，也经常出现轧制油斑/乳化液斑、粘结、厚度公差不好、组织性能不均匀等问题。为避免上述问题的产生，确保冷轧薄板退火后获得良好品质，本文以全氢罩式退火炉为例，对退火曲线升温、保温、降温这3个阶段的控制进行了分析，并提出预防避免钢板表面产生缺陷的技术措施。

1 升温阶段的控制

从室温到300℃，加热速度一般是不加限制的。其原因是：根据再结晶过程的原理，带钢从室温加热到300℃，带钢内部组织无明显变化，轧制过程中被拉长的晶粒刚刚获得回复，尚未形成再结晶。在这个温度区间，加热速度快慢对性能和表面品质影响是不大的。而实际生产中，加热罩（外罩）一般都是由上一炉保温结束起吊，然后转移到其他炉上，由于罩体温度很高，钢卷温度很快从室温升到300℃，此间的温度变化，是很难控制的。

冷轧带钢表面形成轧制油斑/乳化液斑缺陷的原因，是进入罩式炉前，钢卷内部存在残余轧制油/乳化液，形成机理是钢卷中的水分在较高温度下变为水蒸气，与带钢表面发生强烈的氧化反应，生成氧化铁，而油则既是氧化剂又阻碍水分蒸发，并溶入氧化铁形成斑迹。在升温阶段300～400 ℃之间进行保温，可最大程度提高油的挥发率，进而减轻或避免退火后轧制油/乳化液在钢带表面产生黑色斑点。

400℃到工艺保温温度之间的加热速度，对钢带的性能和表面品质影响极大。钢的加热速度，主要决定于钢导热系数的大小。钢质不同，导热系数也不同。所以在确定加热速度时，钢质是考虑的主要依据。钢中碳含量和合金含量，对热传导影响较大。如其含量高，则导热系数小，加热速度就要适当慢一些，避免内外温差过大，造成组织和性能的不均。

对于罩式退火炉，一般规定升温速度以30～50 ℃/h 为宜。

对于优质镇静钢、低碳软钢等钢种，尤其在带钢厚度较薄时，退火不易出现性能缺陷，因而可以适当提高加热速度。这样，既可以提高生产率，也可以减轻带钢带层间的粘结缺陷。

而对特殊钢质与容易出现问题的钢种，加热速度应加以严格限定：如厚度较大的且不易出现粘结的钢种09MnAL(Re)、Q235F 等，加热速度应缓慢些，以使钢卷加热均匀。

而对于退火过程中极易出现晶粒不均匀现象的钢种，则应采取快速加热来防止。

另外，对于尺寸精度、球化组织有很高要求的冷轧薄板，采用普通退火工艺，炉内温差较大，容易造成机械性能不稳定。以汽车离合器摩擦片用50CrV4钢带为例，由于热轧带钢的尺寸精度差，原材料缺陷在后续的冷轧生产工序中很难弥补。故可采用阶梯式升温，在达到球化退火温度前，增加650 ℃保温3 h，通过阶梯等温作用，使炉内温度差减小，同时减少炉内退火钢带外圈在高温区的停留时间，减小退火后钢带沿厚度方向的组织差异，减少带钢外圈脱碳层厚度，保证了球化退火和再结晶退火后钢带强度的均匀性。同时配合退火后第一道次的小压下量轧制，利用金属在软状态更易流动和小压下情况易形成钟鼓型原理，进一步减少断面差，同时加工硬化曲线前部为直线上升，加工硬化使钢带强度变高，这样减少了后续由于加工辊型对横向公差的影响。最终产品各项性能均满足了客户要求。

表1 50CrV4 产品技术要求与行业标准对比

2 保温阶段的控制

冷轧生产中的退火，按工序环节，可分为坯料退火、中间退火、成品退火等数种；按照退火机理，可分为再结晶退火和球化退火等。故保温阶段温度和时间的确定，需要结合所处的工序环节和机理两个方面进行。

在实际生产中，坯料退火一般仅用于个别的难变形钢种及部分碳素工具钢、合金工具钢等由于热轧过程中，轧制温度波动过大、冷却不均、终轧温度和冷却温度控制不当等因素，致使热轧带钢得到混合的或带状的组织，并产生内应力的情况。

对于碳素钢，通常可采用550～680 ℃之间的温度进行，在去除应力的同时，又避免造成氧化皮的粘结，致使后续酸洗不净。中间退火主要用来消除加工硬化，以便继续轧制。中间退火主要采用再结晶退火，以使组织再结晶而又不造成晶粒过大为度。再结晶温度取决于带钢的成分和变形程度，实际生产中使用的再结晶温度是在570～720 ℃范围内，根据产品选择的。成品退火一般是产品的最后一次退火，无论是退火后直接成品，还是退火后轧至成品，均需要严格控制保温温度和时间，来确保产品性能。

冷轧薄板中很大一部分用来生产冲压件，这些冲压件中又有很大比例需要采用淬火、回火等处理。研究表明，对于含碳量大于0.35%的碳钢、合金钢来说，渗碳体的形状及其分布对剪切表面光洁度有决定性的影响，其中以细球状均匀分布最为理想。并且细球状球化组织可在相当宽的淬火温度范围内，仍能得到隐针状马氏体，淬火加热较易控制，淬火开裂倾向最小，即具有最好的淬火工艺性能。并且淬火、回火后具，有良好的综合力学性能，尤其是具有高的强度、韧性以及疲劳性能。所以冷轧薄板应尽可能地获得细球状球化组织，而球化组织往往通过球化退火获得，球化退火可分为普通球化退火、等温球化退火、循环球化退火等。其中等温球化退火由于球化充分，易控制，周期较短，适宜大件，所以冷轧生产中经常采用。其加热温度范围一般为Ac1＋（20～30）℃，具体温度应根据具体组织进行制定。

以T10 钢为例，原始珠光体组织片间距不同时，应采用不同的退火工艺进行球化。原始珠光体组织细小，则可适当降低球化退火的加热温度，缩短保温时间来获得细球状组织，否则反而会造成碳化物粒度粗化并出现片状珠光体。

3 冷却阶段的控制

在冷却阶段前期，钢卷内外温度差并不大，产生粘结的可能性不大；冷却阶段中期，氢气降温速度较快，钢卷卷眼层和外层温度下降大于芯部，其原先的冷点变成热点，形成在带卷芯部，外层冷缩大于芯部，使外层与芯部压应力增大。这一阶段时间相对较长，钢卷层间压应力较大，容易产生粘结。因此保温结束后，采用带加热罩冷却至420℃，可避免由于冷却速度过快，造成钢卷内外温差过大，形成过大压应力导致粘结；然后换冷却罩进行风冷，风冷至250 ℃开始水冷，以最大限度的缩短周期，提高效率；水冷至80 ℃以下出炉，避免钢卷边缘表面氧化形成氧化色。