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冷軋帶鋼退火技術(shù)的發(fā)展和應用

2020/8/31 15:05:02

 軋后熱處理是冷軋生產(chǎn)中的重要工序,冷軋帶鋼多為低碳鋼,其軋后熱處理通常為再結晶退火,冷軋帶鋼通過(guò)再結晶退火達到降低鋼的硬度、消除冷加工硬化、改善鋼的性能、恢復鋼的塑性變形能力之目的。冷軋帶鋼的再結晶退火在退火爐中進(jìn)行,冷軋帶鋼退火爐分為罩式退火爐和連續退火爐,罩式退火爐又分為全氫罩式退火爐與普通罩式退火爐。冷軋帶鋼退火技術(shù)的發(fā)展與罩式退火爐和連續退火爐的發(fā)展是密不可分的。

1 罩式退火

    罩式退火是冷軋鋼卷傳統的退火工藝。在長(cháng)時(shí)間退火過(guò)程中,鋼的組織進(jìn)行再結晶,消除加工硬化現象,同時(shí)生成具有良好成型性能的顯微組織,從而獲得優(yōu)良的機械性能。退火時(shí),每爐一般以4個(gè)左右鋼卷為一垛,各鋼卷之間放置對流板,扣上保護罩餌口內罩),保護罩內通保護氣體,再扣上加熱罩(即外罩),將帶鋼加熱到一定溫度保溫后再冷卻。

    罩式退火爐發(fā)展十分迅速,20世紀70年代的普通罩式退火爐主要采用高氮低氫的氮氫型保護氣體(氫氣的體積分數為2%~4%.氮氣的體積分數為96%~98%)和普通爐臺循環(huán)風(fēng)機,生產(chǎn)效率低,退火質(zhì)量差,能耗高;為了彌補普通罩式爐的缺陷,充分發(fā)揮罩式爐組織生產(chǎn)靈活,適于小批量多品種生產(chǎn),建造投資靈活,可分批進(jìn)行的優(yōu)點(diǎn),70年代末奧地利EBN ER公司開(kāi)發(fā)出HICON /H7爐(強對流全氫退火爐),80年代初德國LOI公司開(kāi)發(fā)出HPH爐(高功率全氫退火爐)。由于這兩種全氫爐生產(chǎn)效率比普通罩式爐提高一倍,產(chǎn)品深沖性良好,表面光潔,故在全世界范圍內得到迅速推廣和應用。全氫爐主要分布在歐洲各國,90年代全世界此類(lèi)退火爐已達到了500多座,分布在世界20多個(gè)國家和地區。90年代以后,我國的罩式退火爐也逐漸采用高

氫型保護氣體(氫氣的體積分數為75%,氮氣的體積分數為25%)或全氫型保護氣體(氫氣的體積分數為100%)和強對流爐臺循環(huán)風(fēng)機,生產(chǎn)效率有了大幅度提高,退火質(zhì)量明顯改觀(guān),能耗大幅下降。隨著(zhù)對冷軋板性能的日益提高,普通的氮氫型罩式退火爐正逐漸被淘汰。目前廣泛使用的全氫罩式退火爐具有以下明顯優(yōu)勢:采用大功率、大風(fēng)量的爐臺循環(huán)風(fēng)機,加速了氣體循環(huán),強化了對流傳熱:采用全氫作為保護氣氛,充分發(fā)揮了氫氣質(zhì)量輕、滲透能力強、尋熱系數大、還原能力強的優(yōu)勢:采用氣一水冷卻系統,起到了快速冷卻的目的,提高了生產(chǎn)效率,改善了鋼卷退火質(zhì)量。

2全氫罩式退火爐與普通罩式退火爐的比較

2 1生產(chǎn)效率

    全氫罩式退火爐由于氫氣的熱傳導性好,滲透力強,其傳熱速度比氮氣快,強化了對流傳熱,加熱時(shí)內罩壁熱量對帶鋼卷以及帶鋼卷層間的傳熱(冷卻時(shí)方向相反)速度要比普通罩式退火爐快得多,因此使用全氫并與大葉輪循環(huán)風(fēng)機配合作強對流循環(huán),可獲得滿(mǎn)意的加熱或冷卻效果,從而大大縮短了處理帶鋼卷的加熱冷卻時(shí)間,一般全氫罩式退火爐生產(chǎn)效率比普通罩式退火爐高40%~60%。而且在大量生產(chǎn)情況下,可以做到鋼卷外部無(wú)過(guò)熱。

2 2產(chǎn)品質(zhì)量

    全氫罩式退火爐由于爐溫比較均勻,加熱時(shí)無(wú)局部過(guò)熱現象,因此處理后的帶鋼卷機械性能均勻,同時(shí)也消除了普通罩式退火爐中所出現的帶鋼粘結現象。

    另外,由于微小氫原子在帶鋼卷圈層中穿透非???,在100。C日寸,它使帶鋼卷上殘留的潤滑劑還原為碳氫化合物,從而降低其沸點(diǎn),加快了碳氫化合物的蒸發(fā),不致發(fā)生潤滑劑的分解而殘留在帶鋼卷的表面上。在600。凹寸,強烈的還原性氫(在低露點(diǎn)氫氣氛)可以有效地將殘留氧化物還原形成水蒸汽,這種水蒸汽與帶鋼卷上殘留的碳反應,形成一氧化碳,隨氫氣一起排出爐外。因此在全氫罩式退火處理的寬帶鋼卷有較高的表面光潔度。

2 3介質(zhì)能耗

    燃料消耗量低。全氫罩武退火爐由于強對流傳熱,顯著(zhù)提高傳熱效率,使燃料消耗減少。

    電能消耗低。全氫罩式退火爐由于氫比重低,在高溫時(shí),循環(huán)風(fēng)機功率可大幅度下降,其節約的電費就可彌補氫氣費用。

    保護氣體消耗量低。全氫罩式退火爐采用全金屬封閉爐臺,在整個(gè)過(guò)程中,不需氫氣沖洗絕熱材料釋放的雜質(zhì)。在操作上,在開(kāi)始吹掃和加熱升溫初期采用氮氣,然后隨著(zhù)溫度的升高轉換為氫氣,流量由小到大,在進(jìn)入加熱段的2/3處,即關(guān)閉氫氣出口閥,停止供氫氣,在冷卻時(shí)由于氫氣體積縮小、壓力下降,此時(shí)需補充少量氫氣,以保持內部壓力穩定??偟膩?lái)說(shuō),氫消耗量還是低的。氦氣僅在退火開(kāi)始及結束前清掃時(shí)使用,故氮氣用量比傳統罩式爐減少14%左右。

3連續退火

    罩式退火爐盡管建設投資小而靈活,組織生產(chǎn)方便,但其退火工藝有不足之處,尤其普通罩式退火爐更明顯,存在生產(chǎn)周期長(cháng)、生產(chǎn)過(guò)程不連續,產(chǎn)品機械性能不夠均勻和表面質(zhì)量不佳以及勞動(dòng)定員多、占地面積大等缺點(diǎn)。為了克服以上這些缺點(diǎn),日本幾家主要鋼鐵公司致力于連續退火工藝的開(kāi)發(fā)研究,將電解清洗、連續退火、平整、精整檢查等各主要生產(chǎn)工序聯(lián)成一體,組成連續退火生產(chǎn)線(xiàn),最終取得了成功。

    70年代共建了3條連續退火線(xiàn),都在日本。進(jìn)人80年代,世界各鋼鐵廠(chǎng)相繼建設連續退火線(xiàn),1992年全世界已有49條連續退火線(xiàn)。由于連續退火機組具有生產(chǎn)效率高(生產(chǎn)周期由10天左右縮短到th以?xún)龋?,產(chǎn)品品種多樣化,產(chǎn)品質(zhì)量高,生產(chǎn)成本低等許多罩式退火工藝無(wú)法比擬的優(yōu)勢,連續退火技術(shù)得到了迅速發(fā)展。目前,日本用連續退火工藝生產(chǎn)的冷軋板己占總量的80%左右。近年來(lái),連續退火線(xiàn)在國內大型鋼廠(chǎng)(寶鋼、鞍鋼、武鋼等)迅速崛起,從而帶動(dòng)冷軋生產(chǎn)向專(zhuān)業(yè)化、高速化、現代化方向發(fā)展。連續退火機組有四種類(lèi)型:NSC -CA PL(日本新日鐵)、KM - CAL(日本川崎制鐵)、NKK - CAL(日本鋼管)、CRM - HOWAQ(岬J日寸)。由于CRM - HOWAQ類(lèi)型一次冷卻采用熱水,世界上發(fā)展較慢,所以主要是前三種類(lèi)型。前三種連續

退火機組的退火技術(shù)有其共同點(diǎn),主要是通過(guò)控制一次冷卻速度、一次冷卻終了溫度和過(guò)時(shí)效溫度,使鋼中固溶碳充分析出。然而這三種連續退火機組在一次冷卻技術(shù)、張力控制和板溫控制方面各有其不同的特點(diǎn)。一次冷卻技術(shù)是連續退火技術(shù)的核心,它直接影響連續退火機組對產(chǎn)品品種的適應能力和改善產(chǎn)品機械性能。目前,一次冷卻技術(shù)主要有:噴氣冷卻( GJC)、高速?lài)姎忏鰠s(H GJC)、輥冷(RC)、氣一水雙相冷卻(ACC)、冷水淬(WQ)、熱水冷卻( HOWAC)、噴氣和輥冷復合冷卻(RGCC)等。連續退火技術(shù)在過(guò)時(shí)效工藝方面,大多數采用400℃恒溫時(shí)效法,也有采用斜坡時(shí)效,即逐步降溫時(shí)效,以加快C的析出速度,還有采用先等溫再斜坡時(shí)效。由于N SC -  CAPL技術(shù)開(kāi)發(fā)最早,產(chǎn)品質(zhì)量好,操作經(jīng)驗豐富,世界上投產(chǎn)的該型連續退火線(xiàn)最多。

    連續退火技術(shù)在不斷發(fā)展和完善,一方面向著(zhù)專(zhuān)用化方向發(fā)展(女口鍍錫原板專(zhuān)用線(xiàn)),以提高生產(chǎn)力、降低生產(chǎn)成本、節約投資、便于生產(chǎn)管理和操作;另一方面則向多功能方向發(fā)展,以提高機組的適應能力,擴大產(chǎn)品品種范圍,滿(mǎn)足用戶(hù)多種需要。在品種方面的發(fā)展趨勢:首先是超深沖軟質(zhì)鋼板的生產(chǎn),其次是高強深沖板的生產(chǎn),再次是超高強鋼的生產(chǎn)。

4全氫罩式退火爐和連續退火爐的比較

4 1生產(chǎn)工藝

    全氫罩式退火爐是冷軋鋼卷以帶有少量殘余乳化液的狀態(tài),未作脫脂便送入罩式退火爐進(jìn)行退火處理,在氫氣氣氛中冷卻,然后通過(guò)平整機中間庫直接送往平整機,再檢查等,設備布置空間大,生產(chǎn)周期長(cháng),但產(chǎn)品規格和產(chǎn)量變化靈活性強。連續退火線(xiàn)上冷軋帶卷在進(jìn)口段進(jìn)行脫脂,在連續退火的第一段進(jìn)行退火,隨后采用氣體或水等進(jìn)行冷卻,在退火第二段進(jìn)行時(shí)效處理,然后進(jìn)行在線(xiàn)平整,檢查等,設備布置緊湊,占地面積小,生產(chǎn)周期短,但產(chǎn)品規格范圍覆蓋面不宜太寬,產(chǎn)量不宜太低。

4 2總成本

    所謂總成本包含工藝設備新建的投資費用再加上生產(chǎn)運行費用。對于全氫罩式退火工藝途徑來(lái)說(shuō),其投資、消耗與維修費用與連續退火線(xiàn)相比都要低,只有人員較多和材料損失比較高。此外,對于連續退火線(xiàn)而言,還應累加冶煉深沖鋼種所需的附加費用(用于真空脫氣、微合金化等)以及較昂貴的酸洗費用(用于清除熱軋卷取溫度較高而形成的紅色氧化鐵皮)。所以,從有關(guān)的資料評價(jià)估計全氫罩式退火爐的總成本比連續退火機組低。

4 3品種性:能

    品種方面,全氫罩式退火通常生產(chǎn)的品種有CQ、DQ和DDQ,生產(chǎn)EDDQ、S- EDDQ、HSI_,A等品種難度很大,適合小批量、多品種生產(chǎn)。連續退火品種有CQ、DQ、DDQ、EDDQ、S- EDDQ、HSI_,A,HSS等,生產(chǎn)厚規格(大于2 Smm)產(chǎn)品有困難,規格范圍太寬將增加控制難度,適合大批量、少品種生產(chǎn)。

    表面潔凈度方面,全氫罩式退火通過(guò)建立正確退火制度,加上在熱軋、冷軋的預防措施(嚴格控制板形、新型軋制技術(shù)、一定程度的均勻粗糙度、精確的卷取張力等),減少粘結、折邊、碳黑等缺陷。而連續退火后的鋼板表面十分光潔,不會(huì )出現粘結、折邊、碳黑等缺陷,適合生產(chǎn)表面質(zhì)量要求高的鋼板。

    深沖性方面,對于鋁鎮靜鋼而言,一般用全氫罩式退火比用連續退火質(zhì)量要優(yōu),其機械性能均勻,塑

性應變比r值、加工硬化指數n值一般都能高于連續退火的產(chǎn)品。近年發(fā)展起來(lái)的微合金化超深沖( IF)鋼,又稱(chēng)無(wú)間隙原子鋼,該鋼具有極優(yōu)良的成形性,即高r值(r>2 0)、高n值(n>Q 25)、高伸長(cháng)率(6>50%)和非時(shí)效性(AI=0)。用連續退火生產(chǎn)出的1F鋼的深沖性要優(yōu)于用全氫罩式退火生產(chǎn)出的鋁鎮靜鋼的深沖性。無(wú)論用全氫罩式退火還是用連續退火均可生產(chǎn)微合金化超深沖( IF)鋼,但用全氫罩式退火生產(chǎn)( 1F)鋼效率較低。連續退火工藝是以嚴格控制鋼的成份為基礎的,煉鋼工序中需低碳、低錳,磷、硫等雜質(zhì)含量要低,而這些控制技術(shù)難度高,工藝操作復雜。國釙(日本等)Ⅲ鋼的退火主要采用連續退火工藝,國內Ⅲ鋼的退火則主要采用全氫罩式退火工藝。用全氫罩式退火生產(chǎn)一般冷軋板熱軋中低溫卷取即可,用連續退火生產(chǎn)一般冷軋板熱軋中需高溫卷取。用連續退火生產(chǎn)Ⅲ鋼時(shí)可省去過(guò)時(shí)效處理,熱軋又可采用低溫加熱及低溫卷取,比用全氫罩式退火生產(chǎn)Ⅲ鋼優(yōu)勢大。對于汽車(chē)上的難沖件,用Ⅲ鋼生產(chǎn)比用鋁鎮靜鋼生產(chǎn)成品率高。

    強度方面,高強度板按強化機理主要有:固溶強化型加磷鋼板、彌散強化型高強度低合金鋼板、相變

強化型雙相鋼板和馬氏體鋼板、烘烤硬化型的BH鋼板等等。全氫罩式退火一般生產(chǎn)軟質(zhì)鋼板,生產(chǎn)的低合金結構高強鋼(H SI_,A)強度級別和深沖等級均受到限制,不適宜作高強度原板。連續退火既能生產(chǎn)多種深沖等級(女口OQ、DQ、DDQ等)深沖鋼板,又能生產(chǎn)強度和深沖均好的深沖高強鋼板(其中CQ - HSS強度級別為340M Pa和590M Pa,DQ - HSS強度級別為340M Pa和440M Pa,DDQ - HSS強度級別為340M Pa和440M Pa,BH - HSS強度級別為340M Pa.DP - HSS強度級別為340MPa、440M Pa、590Mpa、780MPa, IRP - HSS強度級別為590M Pa相780M Pa等等)。

    溫度均勻性方面,全氫罩式退火以緊卷狀態(tài)進(jìn)行處理,熱工性能差,在加熱和冷卻過(guò)程中,其兩端、內外層和中心的溫度存在一定程度的不均勻性。連續退火以帶鋼狀態(tài)進(jìn)行連續處理,傳熱條件好,帶鋼溫度均勻,同時(shí)還可通過(guò)爐內張力及糾偏裝置控制和改善帶鋼平直度,板形優(yōu)良。

4 4靈活性

    全氫罩式退火爐體積小,分批處理,自成系統,爐臺數量可隨品種和產(chǎn)量變化隨時(shí)增減,十分靈活。連續退火爐穿帶一次要用上千米鋼帶,改換品種要一定的調整時(shí)間和一定量的過(guò)度鋼帶,適合大批量生產(chǎn),小批量生產(chǎn)不合算。

4 5生產(chǎn)效率

    全氫罩式退火屬間歇式生產(chǎn),為了充分保證帶鋼性能均勻,生產(chǎn)周期比較長(cháng)(退火周期一般40~60h),生產(chǎn)效率低。連續退火屬連續生產(chǎn),帶鋼速度快(退火工藝段一般400m /min左右,最高達800m /min以上),生產(chǎn)周期短(退火周期一般5~lOm神,生產(chǎn)效率很高。

4 6產(chǎn)品開(kāi)發(fā)

    全氫罩式退火為避免鋼卷層間粘結,退火溫度一般不超過(guò)720℃,成卷長(cháng)時(shí)間保溫后冷卻速度不可能太快,生產(chǎn)產(chǎn)品有相當局限性。而在連續退火中,退火溫度處于雙相區(q+v),可達850℃,短時(shí)間保溫后冷卻速度自由度大,大大擴大品種范圍。但是,連續退火要求冷軋板必須在短時(shí)間內再結晶和進(jìn)行晶粒充分長(cháng)大,這就需要材質(zhì)純凈。全氫罩式退火只能生產(chǎn)高強鋼中的低合金結構鋼(HS-LA),強度級別和深沖等級均受到限制,生產(chǎn)表面質(zhì)量03級產(chǎn)品尚可,但生產(chǎn)表面質(zhì)量要求高的05級產(chǎn)品比較困難,不適宜作表面質(zhì)量要求高鋼板。連續退火除能生產(chǎn)深沖等級鋼板以外,還能生產(chǎn)多種強度級別和多種深沖等級的高強鋼,能滿(mǎn)足汽車(chē)、家電、建筑等行業(yè)對冷軋板的鄉種要求,可以生產(chǎn)05級汽車(chē)外板,適宜作表面質(zhì)量要求高的鋼板。

4 7實(shí)際應用

    全氫罩式退火爐開(kāi)發(fā)早、歷史較長(cháng)、爐型成熟、使用廣泛、技術(shù)難度稍小,是歐洲國家大多采用的爐

型,國內鋼廠(chǎng)冷軋剛起步時(shí)大多采用該爐型,最佳退火量一般小于60萬(wàn)t侔。連續退火爐技術(shù)難度大、生產(chǎn)人員素質(zhì)要求高,是日本大多采用的爐型,國內大型鋼廠(chǎng)冷軋生產(chǎn)規模、產(chǎn)品檔次、經(jīng)驗積累達到一

定時(shí)期也開(kāi)始采用該爐型,最佳退火量一般70~100萬(wàn)t/年。國內寶鋼連續退火技術(shù)使用最早,實(shí)力最強,目前寶鋼、鞍鋼、本鋼、武鋼、馬鋼等大型鋼廠(chǎng)都在建設連續退火生產(chǎn)線(xiàn)。

5結語(yǔ)

    全氫罩式退火與普通的罩式退火相比,具有效率高、質(zhì)量好、能耗低等優(yōu)勢,全氫罩式退火正逐漸取代普通的罩式退火。

    全氫罩式退火和連續退火相比,全氫罩式退火具有生產(chǎn)軟質(zhì)鋼板的優(yōu)勢,生產(chǎn)靈活,建設投資少,但在高強度鋼板生產(chǎn)上有所欠缺,且屬間歇式生產(chǎn),生產(chǎn)周期長(cháng),效率偏低,適合小批量、多品種生產(chǎn),該退火工藝在小型冷軋廠(chǎng)中十分流行。連續退火既能生產(chǎn)軟質(zhì)鋼板又能生產(chǎn)級別較高的高強鋼板,產(chǎn)品開(kāi)發(fā)優(yōu)勢明顯,且生產(chǎn)連續化,生產(chǎn)周期短,板形好,表面光潔,但投資大,技術(shù)復雜,適合大批量、少品種生產(chǎn),該退火I藝在大型冷軋廠(chǎng)中日益盛行。

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