提高冷轧薄钢带SPCE抗拉强度的退火工艺的优化.doc

提高冷轧薄钢带SPCE抗拉强度的退火工艺的优化【摘 要】对原执行的冷轧薄钢带SPCE的退火工艺进行了工艺优化，缩短了保温时间，成功解决了SPCE材料抗拉强度不合格的问题，提高了性能合格率。【关键词】SPCE 抗拉强度 退火 优化1.前言深冲用冷轧薄钢带SPCE材料经过冷轧退火平整后，材料力学性能基本稳定。按照材料使用要求，一般对SPCE材料有低屈强比、高冲压性能的要求，比如高的应变强化指数n、高的塑性应变比r。在对该材料进行退火时，要根据材料特性，确定升温速度、保温时间及冷却制度，以获得良好的理化性能。但在生产中发现，针对我厂的单垛式全氢罩式退火炉，退火后SPCE材料的抗拉强度合格率较低，有时低至85。这些材料很多因为强度不合格，无法判定为同类产品的任何牌号只能判废。针对该问题，在保持冷轧、平整工艺不做变更的情况下，我们进行了退火工艺的优化试验，对退火工艺参数进行正交试验法，调整了退火工艺的关键参数，确定了合理的工艺制度。该制度更能均匀材料的显微组织，既提高了材料的抗拉强度，又降低了材料的屈强比，提高了材料的综合性能。2.退火目的冷轧退火是一种再结晶退火。带钢在冷轧过程中金属的晶粒被破碎，在金属内部产生了大量的位错，金属内部组织发生晶粒被拉长、晶格扭曲现象，导致加工硬化，使材料的强度、硬度提高，而韧性、塑性及冲压性能降低。通过再结晶退火，随着加热温度的升高及保温时间的延长，带钢变形金属相继发生回复、再结晶及晶粒长大的过程。通过退火合理的工艺制度，控制获得优良的金相显微组织，能够降低带钢强度，消除加工硬化，改善钢的性能，恢复钢带的塑性变形能力；消除钢中的残余应力，稳定组织，防止变形，获得良好的综合性能。3.强对流全氢罩式退火炉的温度分布特点冷轧薄板厂的退火炉采用单垛式紧卷强对流全氢罩式退火炉，在氢保护气体下进行再结晶光亮退火。该退火炉型的特点是升温快，炉内温度分布均匀。但如果退火制度不合理，在加热或者冷却过程中，炉内钢卷热点和冷点的温差过大，钢卷内的均温性相对较差，钢卷中部内边、外边、卷心，上中下钢卷不同堆垛位置都存在温差，会产生严重粘结缺陷和性能缺陷。所以需要确定合理的热处理工艺，使强对流方式下合理完成整个退火过程，均匀带钢温度，使不同退火阶段的炉内热点和冷点温差处于一个合理的范围内。4.退火工艺的修订冷轧带钢的退火工艺制度主要根据钢的化学成分、带钢冷轧压下比例、带钢尺寸和装炉量、产品技术标准等多种因素确定。工艺制度必须保证获得合理的综合性能（比如力学性能和成形性能）和良好的带钢表面质量（比如钢卷层间不粘结、表面无氧化等）。4.1 初期退火工艺制度的确定冷轧后带钢内部晶粒严重变形，因而各项指标发生很大的变化。冷轧后退火工艺直接影响到退火的后晶粒的形态与尺寸、渗碳体及碳化物的改形与改性，特别是AlN粒子的析出与长大等方面。这对于冷轧板带的力学性能及成形性能影响很大。冷轧薄板厂参照国内外企业相近和相同品种的再结晶光亮退火工艺，结合本企业装备水平和特性，经反复试验，确定了SPCE的再结晶温度为685，制定了不同产品厚度、宽度、不同装炉量的升温过程、保温时间、冷却制度、吹扫制度。退火工艺过程曲线大致如下。装、出炉 冷密封测试H2吹扫加热保温冷却时间/h带罩冷却风冷水冷685330380100以下前 吹 扫温度（）620420图1 冷轧SPCE材料退火工艺制度曲线图中退火过程中，有三个保温平台。第一个保温平台是考虑冷硬卷带钢上所分布的轧制油的最佳挥发温度下的保温挥发时间（420，2h）。第二个均温平台是考虑带钢在回复再结晶过程中炉内钢卷热卷与冷卷存在温差，通过该保温平台使炉内温度尽量均匀，使冷点和热点温差尽量少，基本保证在20内（620，2h）。第三个保温平台是材料完成退火再结晶过程，获得产品良好性能的退火保温平台，不同退火材料、不同的装炉量，保温时间不同。以SPCE,宽度1110mm，装炉量65t为例，退火制度如下表。表1 冷轧SPCE材料退火工艺制度（装炉量65t）厚度保温温度保温时间带罩冷却时间mmhh1.22.06851861.01.26851960.61.06852064.2 退火工艺制度的缺陷以上退火工艺制度基本确定了加热过程、保温时间及温度、冷却制度等工艺参数，能够达到回复再结晶退火的工艺要求。但是经过一段时间的试用，发现按照该制度生产出来的产品性能合格率较低。不合格的原因主要是SPCE材料的抗拉强度 (Rm)低于标准要求。用户使用中也发现材料冲压性能较差，冲破的情况较多。对用户反应的冲压破裂材料取样及厂内抗拉强度不合格的材料取样进行金相分析，发现该材料晶粒粗大，有的材料且混晶严重。见下图： 图2 SPCE冲压开裂处的粗大混晶组织 200X 图3 SPCE材料粗大的晶粒度6.0级200X4.3 退火工艺参数的优化从以上分析可以看出，退火后带钢抗拉强度不合格主要是因为晶粒度粗大。在相同总压下率的情况下，随着退火保温时间的延长，晶粒明显粗大，甚至发生二次再结晶的异常长大产生混晶，明显降低带钢抗拉强度。SPCE材料的机械性能与带钢热轧生产制度比如开轧、终轧、卷取温度等有关系，更与带钢冷轧生产关系密切，比如带钢冷轧、退火、平整过程等。带钢晶粒粗大，与冷轧退火工艺制度不合理有关。因此在不改变现有的化学成分及热卷质量状态的情况下，我们主要围绕退火工艺参数开展优化工作。能够影响带钢晶粒度的退火主要因素有：1）退火温度过高；2）退火保温温度过长。在考虑调整保温温度和保温时间时，我们优先考虑保温温度不做调整而优化保温时间。研究中对各个阶段的温度节点未作调整，对加热升温阶段的升温速度、冷却过程未作调整，而对加热保温中保温时间做了优化。具体的退火工艺参数调整方案见下表（以装炉量65t，厚度1.01.2mm为例）。表2 冷轧退火制度的参数修订（单位：h）指标名称原参数修订后参数乳化液挥发平台保温时间21加热均温平台保温时间21退火保温平台保温时间19134.4 退火制度优化后的效果经过工艺试验，对前后的产品机械性能做了对比分析，指标变化情况如下。表3 退火工艺参数修改前后性能对比表指标名称RP0.2RmRP0.2/ RmA80mm（）杯突值Mpa0.601.01.01.6mm标准值2102704041工艺调整前指标150.2277.90.5441.6842.7410.57工艺调整后指标152.2286.90.5343.8445.1110.88指标提升+2.0+9.0-0.1+2.16+2.37+0.31工艺试验后的金相组织得到改善，见下图。图4 退火参数调整后的显微组织X200 9.0级经过几年的生产实践，我厂增加了对冷轧生产过程中的乳化液吹扫控制手段，保证了吹扫效果，带钢乳化液残留相对较少。在退火过程中，将该类乳化液（quaker）的挥发平台保温时间缩短1h，能够使乳化液全部挥发掉，保证去除带钢表面残存乳化液。加热均温平台保温时间优化后，同一炉的冷轧钢卷不同部位（带钢头尾、边部及中部、炉内上中下不同堆垛位置钢卷）抗拉强度稳定，组织基本均匀，所以退火均温平台保温时间缩短1h后能够基本保证退火炉内冷点、热点温度的均温性，无较大的温差变化。退火保温平台保温时间由原来的19h调整为16h，最后调整为13h。从表3可以看出，保温时间缩短后各项性能指标反而升高了，说明调整后的保温时间能够保证冷轧后SPCE材料在退火过程中的再结晶过程全部完成，并使组织更加均匀，形成等轴晶粒，晶粒细小均匀，不发生晶粒过分长大情况。工艺制度优化后效果非常明显。带钢屈服强度（RP0.2）变化不大，但是抗拉强度(Rm)、延伸率(A80mm)明显提高，带钢屈强比有一定下降，使产品成形性能有所改善。抗拉强度及延伸率更加稳定，指标相对于标准要求有更大的富余量，性能合格率明显提高。其中抗拉强度的合格率由以前的89.7提高到100，延伸率的合格率由96.8提高至99.2。能反应带钢冲压性能的杯突值指标也有一定幅度的上升，产品综合性能明显提高，产品更大程度满足了用户需求。从金相显微组织分析看，调整后的产品晶粒度更加均匀稳定，更细化，保证了各项性能指标的稳定提升。退火过程中各阶段保温时间缩短后，相应的吹扫制度做了相应的调整，冷吹及热吹时间也有相应的缩短。但是从最终结果看，吹扫过程保证了光亮退火的质量要求，无明显黑斑黑带缺陷的产生。工艺调整后缩短了各个阶段的保温时间缩短了生产周期，也极大地提高了退火炉台的产能及生产效率，降低了退火过程的能源及辅料消耗（如天然气、电、H2、N2等）。5.结语5.1 冷轧薄钢带SPCE抗拉强度不合格是带钢在退火过程中保温时间过长，晶粒回复再结晶后过分长大导致晶粒过分粗大造成。5.2 冷轧退火中