冷軋連退工藝退火加熱和冷卻的時間越短,加熱和冷卻周期就短,生產(chǎn)連續(xù)緊湊可以避免罩式退火工藝中鋼卷因多次搬運造成的劃傷、黏結(jié)、折邊等缺陷,這樣不僅可以生產(chǎn)深沖用鋼,還可以生產(chǎn)多種強度級別的高強鋼。冷軋連退工藝具有生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品成品率高、產(chǎn)品種類多、生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)點[1-3],同時也存在工藝技術(shù)繁瑣、操作難度大、工藝區(qū)間窄、退火組織不均勻等缺點。冷軋連退工藝操作不當(dāng)會引起產(chǎn)品力學(xué)性能不合格等質(zhì)量問題。

1. 連退生產(chǎn)工藝簡述

連續(xù)退火為帶鋼連續(xù)通過退火爐,退火爐無封口,帶鋼不經(jīng)過停留而直接進行卷取的生產(chǎn)方式。再結(jié)晶退火是連退生產(chǎn)的核心工序,而再結(jié)晶退火的關(guān)鍵設(shè)備是退火爐,退火爐由明火加熱段、輻射保溫段和快冷段組成。再結(jié)晶退火過程通過明火段和輻射段把帶鋼溫度提高到再結(jié)晶溫度以上、珠光體開始奧氏體化溫度（Ac1）以下,并通過調(diào)整帶鋼的運行速率來控制保溫時間,使帶鋼在爐內(nèi)完成再結(jié)晶退火,進而獲得材料需要的組織和性能。帶鋼最終的組織和性能主要受爐內(nèi)氣氛、爐內(nèi)帶鋼溫度和帶鋼運行速率等因素的影響。

2. 常見力學(xué)性能不合格情況及原因

冷軋連退帶鋼力學(xué)性能的常規(guī)檢測項目一般為屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率等,常見的不合格情況主要有屈服強度低于標(biāo)準、屈服強度和抗拉強度均低于標(biāo)準、斷后伸長率低于標(biāo)準、斷后伸長率低于標(biāo)準且抗拉強度高于標(biāo)準等。

某冷軋廠生產(chǎn)的Q355XG鋼原料厚度為3.5 mm、成品厚度為2.36 mm、壓下率為33%。表1,2分別為Q355XG鋼試樣1~5的力學(xué)性能測試結(jié)果和退火工藝參數(shù),其中試樣1為力學(xué)性能合格試樣,試樣2~5分別為屈服強度低于標(biāo)準、屈服強度和抗拉強度均低于標(biāo)準、斷后伸長率低于標(biāo)準、斷后伸長率低于標(biāo)準且抗拉強度高于標(biāo)準試樣,工藝參數(shù)中TV為厚度與板帶運行速率的乘積,當(dāng)厚度一定時,TV越大,板帶運行速率越快,退火時間越短。表3為Q355XG鋼化學(xué)成分的出廠要求,試樣1~5的化學(xué)成分均符合出廠要求。

2.1 屈服強度低于標(biāo)準

試樣1,2的顯微組織形貌分別如圖1,2所示。由圖2可知：試樣2組織中珠光體有球化趨勢,為典型的高溫退火組織。追溯退火工藝,試樣2明火段板帶溫度過高,實際溫度大部分時間在Ac1（730 ℃）以上,已經(jīng)達到珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變溫度,經(jīng)過后續(xù)輻射段保溫（低于明火段20~40 ℃）,組織接近雙相區(qū)球化退火組織,強度大幅降低,又因退火時間較短,晶粒未完全回復(fù)為等軸晶粒,抗拉強度降幅小于屈服強度,最終導(dǎo)致試樣的屈服強度不合格。

圖 1試樣1顯微組織形貌

圖 2試樣2顯微組織形貌

2.2 屈服強度和抗拉強度均低于標(biāo)準

試樣3的顯微組織形貌如圖3所示。由圖3可知：試樣3晶粒趨于等軸,整體晶粒較大。追溯退火工藝,試樣3的TV較小,板帶運行速率慢,退火時間長,晶粒回復(fù)和長大的時間充足,導(dǎo)致試樣的屈服強度和抗拉強度均偏低[4],同時明火段板帶溫度較低,實際溫度在Ac1附近,珠光體球化趨勢不明顯,組織基本為熱軋態(tài)珠光體。

圖 3試樣3顯微組織形貌

2.3 斷后伸長率低于標(biāo)準

試樣4的顯微組織形貌如圖4所示。由圖4可知：試樣4組織中晶粒大小不均,小晶粒較多,強度較大。追溯退火工藝,試樣4的TV過小,退火時間短,導(dǎo)致再結(jié)晶后晶粒未完全長大,晶粒不均勻,拉伸受力時,大晶粒與小晶粒變形不一致,大小晶粒的交界處優(yōu)先形成裂紋,降低了材料的塑性。

圖 4試樣4顯微組織形貌

2.4 斷后伸長率低于標(biāo)準且抗拉強度高于標(biāo)準

試樣5的顯微組織形貌如圖5所示。由圖5可知：試樣5晶粒延伸度較大,晶粒度級別較高,晶粒長大程度不明顯。追溯退火工藝,試樣4的明火段溫度偏低,TV偏大,退火溫度低、時間短,整個再結(jié)晶過程未進行完全,造成材料的強度偏高且斷后伸長率偏低。

圖 5試樣5顯微組織形貌

3. 解決措施

對退火工藝進行追溯,厚度為2.36 mm的Q355XG鋼適宜的退火溫度為Ac1以上15~25 ℃,即745~755 ℃。控制明火段溫度為745~755 ℃,TV為115~117。減小板帶溫度和板帶運行速率的波動范圍,保證退火工藝穩(wěn)定運行,可以使材料獲得良好的力學(xué)性能。

4. 結(jié)論

（1）當(dāng)退火速率較慢,即TV較小時,明火段板帶溫度升高,當(dāng)板帶溫度比Ac1高30 ℃時,組織中珠光體趨于球化轉(zhuǎn)變,材料的強度明顯降低。

（2）當(dāng)退火速率較快,即TV較大時,明火段板帶溫度下降,當(dāng)板帶溫度比Ac1高10 ℃時,晶粒再結(jié)晶或者晶粒長大不完全,造成材料強度偏高、斷后伸長率偏低。

（3）調(diào)整退火速率,保證退火溫度比Ac1高15~25 ℃,可以使材料獲得良好的組織和性能。

文章來源——材料與測試網(wǎng)