冷轧板连退工艺及冷却技术的研究

第1页冷轧板连退工艺及冷却技术的研究摘要：介绍冷轧板连续退火工艺的发展历程以及连续退火机组的几种冷却技术的比较，阐述连续退火工艺对冷轧板组织和性能的影响以及各种冷却技术的优缺点。关键词：冷轧板连续退火冷却方式1引言冷轧产品是钢材中的精品，属高端产品，具有加工精细、技术密集、工艺链长、品种繁多、用途广泛等特点。国际钢铁工业发展实践表明，随着经济社会发展，冷轧产品在钢材消费总量中的比重在不断提高，并发挥着越来越重要的作用。世界上第一条完备的冷轧钢板立式连续退火线(CAPL)于1972年在新日铁的君滓钢厂投入工业生产以来，全世界钢铁界对连续退火工艺给予了极大的关注，并迅速开发了适应各种产品要求的新工艺技术装备。从70年代以后，世界上有60多条连退线投产，世界上已有十几个国家拥有连退线，日本用连退工艺生产的冷板己占总量的约80％。用连续退火炉既可以生产普通级别的冲压成形冷轧板，也可以生产深冲压和超深冲压成形的汽车用冷轧板和烤漆硬化钢板：既能生产硬质的镀锡原板，也能生产软质的镀锡原板；既能生产一般强度级别的冷轧板，又能生产微合金化合金钢、双相钢等高强和超高强度冷轧板。众所周知，轧后热处理是冷轧生产中的重要工序，冷轧带钢多为低碳钢，其轧后热处理通常为再结晶退火，冷轧带钢通过再结晶退火达到降低钢的硬度、消除冷加工硬化、改善钢的性能、恢复钢的塑性变形能力之目的。成功的退火过程具有下述步骤：(1)快速加热到A1温度线附近或以上；(2)在这一温度下停留很短的时间，大约为lmin；(3)快速冷却到约为400℃的过时效温度或冷却到室温；(4)几分钟的过时效处理。2连续退火工艺的发展历程为了实现此类的退火处理，研制开发出了在冶金学原理和设备技术细节上不同的四种方法：(1)CAPL：连续退火生产线，日本制钢公司研制；(2)NKK—CAL：日本钢管连续退火线，日本钢管公司研制；(3)KM—CAL：川崎多用途连续退火线，日本川崎制钢公司研制；(4)Howaq：热水淬火法，比利时CRM研制。上述工艺方法的差异首先在于退火温度开始的冷却方式，此时，所有的工艺都遵循下述认识，即为了得到所希望的带钢力学性能，合理的方法是先中等速度冷却，接着快速冷却。在CAPL法中，首先通过气流喷射冷却，接着由气和水雾混合物冷却。新型CAPL机组有的也通过冷却辊或极为有效的气体喷射进行冷却。在NKK—CAL法中，首先将带钢浸入水中产生特别急剧的温降。在这种方法中也采用水冷辊来获得较小的冷却速度。如果带钢浸入水中激冷，那么进行过时效处理时必须再加热。KM—CAL法以气体喷射和冷却辊的组合冷却为特征。通过气体气氛中氢含量的变化可以对冷却速度产生影响。在Howaq法中，带钢首先在沸腾的水中以中等速度冷却,随着在热水箱中停冷轧板连退工艺及冷却技术的研究留时间的变化，可以直接得到过时效温度。如果需要的话，有效的水雾冷却可以将带钢进一步冷却到室温。3连续退火的退火工艺连续退火包括电解清洗、连续退火、平整、检查及精整等各生产工序。各工艺作用如表1所示表1连续退火中各工序的作用4连续退火工艺对冷轧板组织和力学性能的影响4.1连续退火的组织形成特征时间—温度变化过程中的第一阶段是用来进行再结晶和晶粒长大的，这一阶段包括加热、退火温度下的保温和以中等速度冷却的第一冷却段。在这一阶段中形成了对薄板成型性能很重要的组织和织构特征。退火过程的第二阶段包括快速冷却到过时效温度和过时效处理，这一阶段决定了组织中的碳化物分布和过饱和固溶的碳含量。因而，首先给定了薄板的时效行为。在退火过程的第二阶段，快速冷却是为了渗碳体的析出和弥散，也是为了强制固溶碳的过冷。随着冷却速度的增大，过时效时形成的碳化物之间的距离变小，时效倾向性下降。过冷度越大，析出的碳化物越密，过时效处理需要的时间越短，因为必要的过时效时间与扩散行程的平方成正比。对于过时效动力学来说，除了冷却速度外，开始急冷时的温度本身通过对碳化物弥散程度和过饱和程度的影响，也起着重要的作用。急冷温度的升高加速了过时效进程。薄板连续退火以后是否还有时效指数，取决于过时效的程度，即取决于碳过饱和度的降低。时效在冷成型加工之前就产生作用时可能是它的缺点，但要利用其提高强度时，时效又可以产生所希望的功效。除此之外，还必须考虑固溶氮的时效。使钢中保持相同的氮含量，改变铝含量和添加的硼含量，在不同的热轧带钢生产和连续退火条件下进行的研究表明，在过时效退火后的冷轧带钢中，可以残留有完全固溶的氮。就工艺参数而言，低的板坯加热温度和高的卷曲温度都会产生有利的作用。在连续退火中,高的退火温度能够保证氮化物的完全析出。但对微观组织和织构的发展来说，在退火开始第3页前就进行固氮是有利的。连续退火炉中的退火过程产生的微观组织特征是：更细小的、球状的、含有在热轧带钢中就已析出的氮化物的和由时效行为确定的碳化物弥散分布的铁素体组织。这表明，连续退火开辟了可以生产高强度薄板的有利途径。4.2连续退火过程对冷轧板力学性能的影响冷轧钢板退火时，材料内部进行着各种不同的反应，这些反应产生了有一定力学性能特征的特定组织。对组织产生极其重要作用的过程是冷轧铁素体的在结晶，如果退火温度在开始再结晶温度以下，则开始伴随组织软化的回复。在薄板生产中，碳大多数情况下先以渗碳体的形式存在,渗碳体在退火过程中溶解，其析出行为强烈依赖于冷却过程。此外，加热和退火过程中，合金元素的氮化物和碳化物也能析出,并在一定情况下改变其分布。在冷轧钢板退火时发生变化的组织参数中，最引人注目的是铁素体晶粒度和晶粒形状。铝镇静钢薄板的组织特征是拉长的铁素体晶粒，这是在再结晶前就已在拉长的铁素体晶界上形成氮化铝晶格中再结晶的结果。铁素体晶粒的晶体学取向是另一个受退火过程强烈影响的组织参数。铁素体织构直接决定着度量薄板深冲能力的薄板厚度方向各项异性值r。位错密度这一组织参数是直接与冷变形和再结晶相关联的。对于具有良好冷成型性能的软钢薄板来说，希望再结晶组织有尽可能小的位错密度。高的位错密度可通过冷轧时产生位错的部分消除(回复退火和部分再结晶)获得，或者可通过伴随有贝氏体或马氏体转变的、从退火温度开始的急冷获得。第二相的弥散和分布从多方面影响着退火薄板的力学性能。根据析出条件，渗碳体可以以粗大或细小的弥散粒子存在。除了晶界析出外，主要还可以找到顺序排列的粒子，这些粒子表明其再热轧带钢中就已产生。在铝镇静钢薄板中，通常形成极为重要的立方晶系的氮化铝。间隙固溶原子碳和氮的浓度也间接取决于碳化物和氮化物的形成，碳和氮的浓度对退火后冷轧钢板的力学性能产生影响。5连续退火的冷轧板冷却技术连续退火技术最核心的技术是快冷技术，即一次冷却技术，冷却技术对了冷轧板质量有至关重要的影响。表2中列出了几种一次冷却方式及其特征。冷轧板连退工艺及冷却技术的研究表2连续退火一次冷却方式比较就目前的发展趋势来看，一次冷却以辊冷方式较为合适。辊冷的冷却速度较快又不需要后续的表面处理工序，故在20世纪80年代以后，一次冷却为辊冷方式的连续退火机组就达17条之多。不同的冷轧带钢连续退火主要区别于冷却方法的不同，各有优缺点，可视实际情况选择。水冷法的优点是生产高强度钢板时不需要或仅需少许的合金元素，对于其他钢种的过时效时间也相对较短，但是在水冷时，带钢表面产生氧化，冷却后需要酸洗并重新加热到过时效温度，能源消耗较大，而且在高温快冷时，容易产生冷却不均，在带钢内残留大量的残余应力，导致带钢平直度较差，现有连续退火机组通常都配平整机或拉伸矫直机，对冷轧板形有一定的改善作用。空气喷射冷却和辊冷由于不产生氧化，因此不必酸洗，此种冷却方式也不会将冷轧板冷却到过时效温度以下，节省了再加热到过时效温度的能源消耗。然而由于冷却速度较慢，在生产高强度钢板时要添加一定量的合金元素，为了析出碳，过时效时间也比较长，但此种冷却方式冷却均匀，板形平直。各种冷却方法需要的能源介质消耗也不一样。投资也不一样。因此，最终选用何种连续退火冷却方法要根据产品方案、建设投资、生产成本等综合考虑。第5页参考文献[1]宋加.退火技术的新发展[J].轧钢,1993(3).4-7[2]王永萍,鲍戟,高立.连续退火炉冷却技术的发展和现状[J].工业炉,2002.2.15-17[3]何建锋,李俊,扬杰,张宝平.连续退火技术在汽车板生产中的应用[J].世界钢铁,2003(4).135-137[4]何建锋.冷轧板连续退火技术及其应用[J].上海金属,2004.7.23-24[5]德H.T.Junjus.冷轧薄板的连续退火[J].国外钢铁,1990(10).45-47[6]JahaziM，EgbaliB．Theinfluenceofhotrollingparametersonthemicrostructureandmechanicalpropertiesofanultra-highstrengthsteel[J]．JournalofMaterialsProcessingTechnology，2000，103(2).77-84[7]H.Katoh,H.Takachi,N.Takahashi,M.Abe,Cold-rolledsteelsheetsproducedbycontinuousannealing,Technol.ContinuouslyAnnealedCold-RolledSteel1984.83-92[8]K.Matsudo,K.Osawa,K.Kurihara,MetallurgicalaspectsofthedevelopmentofcontinuousannealingtechnologyatNipponKokan,Technol.ContinuouslyAnnealedCold-RolledSteel1984.124-125[9]Jiang,Z.Y.,Tieu,A.K.,Zhang,X.M.,Lu,C.,Sun,W.H.,2003a.Finiteelementsimulationofcoldrollingofthinstrip.J.Mater.Process.Technol.544-549[10]ChefneuxL,FischbachJP,GouzouJ.Studyandcontrolofchatterincoldrolling.IronSteelEng1984.17-26