楊正宗 馬生亮 柳風(fēng)林

摘要：分析了熱軋?jiān)?，均熱溫度，緩冷溫度，快冷速度，過時(shí)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(diǎn)，但邯鋼新區(qū)連退線初期生產(chǎn)出的SPCC屈服強(qiáng)度還是達(dá)不到罩式退火SPCC的水平。針對連續(xù)退火SPCC屈服強(qiáng)度高，國內(nèi)外眾多學(xué)術(shù)及技術(shù)工作者已經(jīng)進(jìn)行了大量的分析研究，并得出了一些措施，但相關(guān)文獻(xiàn)較少。本文將著重對連續(xù)退火生產(chǎn)SPCC的工藝進(jìn)行分析，并制定降低連退SPCC屈服強(qiáng)度的工藝優(yōu)化措施。

2.熱軋?jiān)蠈B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(diǎn)在于加熱速度快，退火溫度高，降溫速度快，還具有過時(shí)效處理的功能。這些特點(diǎn)決定了連續(xù)退火對熱軋?jiān)系囊笠灿袆e于罩式退火。罩式退火的熱軋?jiān)贤ǔ２捎谩比咭坏汀钡臒彳埞に嚕篃彳埦慝@得較為細(xì)小的晶粒和彌散分布的細(xì)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?jiān)喜捎幂^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?yàn)樵谶B續(xù)退火過程中，鐵素體晶粒在較短的保溫時(shí)間里得不到充分的長大，因此要求熱軋?jiān)暇哂休^大的鐵素體晶粒和滲碳體，粗大的熱軋?jiān)暇ЯＳ欣谕嘶疬^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(jìn)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(qiáng)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?jiān)暇砬?qiáng)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(shí)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(dòng)力，隨著均熱溫度的提高，原子擴(kuò)散能力增大使晶界遷移速率加快，同時(shí)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(qiáng)度。為了降低SPCC的屈服強(qiáng)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(shí)驗(yàn)室利用連續(xù)退火模擬試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明緩冷溫度較高時(shí)，低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼退火后屈服強(qiáng)度較低，但對其機(jī)理并未介紹，且國內(nèi)外文獻(xiàn)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(shí)，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(huì)析出滲碳體。當(dāng)SPCC在A1溫度以下溫度降溫時(shí)，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(shí)鐵素體中的碳向晶界擴(kuò)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(shí)鐵素體的固溶碳較少，在快冷時(shí)碳的過飽和度較低，滲碳體形核驅(qū)動(dòng)力小，鐵素體晶粒內(nèi)部形成的滲碳體較少，不能為時(shí)效處理時(shí)滲碳體的析出提供足夠多的形核點(diǎn)，最終造成產(chǎn)品的固溶碳含量較高，屈服強(qiáng)度較高。因此較高的緩冷溫度有利于獲得較低的屈服強(qiáng)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(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)至最低，同時(shí)提高均熱溫度補(bǔ)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(shí)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(shí)效以造成鋼板的硬化，必須進(jìn)行過時(shí)效處理。帶鋼在連續(xù)退火爐中的過時(shí)效段，首先發(fā)生的是時(shí)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(gè)過程使鋼板產(chǎn)生了時(shí)效硬化，隨著析出的碳化物的長大，鋼板的硬度達(dá)到了一個(gè)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(shí)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(shí)，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(shí)效溫度，冷卻速度越快，過時(shí)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(dòng)力越大，在過時(shí)效處理的入口處，鐵素體內(nèi)部形成的滲碳體越多。在時(shí)效處理過程中間隙碳原子的擴(kuò)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(qiáng)度降低，抗時(shí)效性能提高[4]。為了達(dá)到較好的時(shí)效效果，降低SPCC屈服強(qiáng)度，連退線將過時(shí)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(jìn)了鐵素體晶粒的粗大和固溶碳的充分析出，有利于屈服強(qiáng)度的降低。

對調(diào)整前的334個(gè)試批和調(diào)整后的501個(gè)試批的統(tǒng)計(jì)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(shí)效溫度等措施， SPCC的屈服強(qiáng)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(qiáng)度較高的問題，本文分析了熱軋?jiān)虾瓦B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(qiáng)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(shí)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(xiàn)：

[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.