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      2. 冷軋帶鋼退火技術的發展和應用

        2020/8/31 15:05:02

         軋后熱處理是冷軋生產中的重要工序,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。冷軋帶鋼退火技術的發展與罩式退火爐和連續退火爐的發展是密不可分的。

        1 罩式退火

            罩式退火是冷軋鋼卷傳統的退火工藝。在長時間退火過程中,鋼的組織進行再結晶,消除加工硬化現象,同時生成具有良好成型性能的顯微組織,從而獲得優良的機械性能。退火時,每爐一般以4個左右鋼卷為一垛,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%)和普通爐臺循環風機,生產效率低,退火質量差,能耗高;為了彌補普通罩式爐的缺陷,充分發揮罩式爐組織生產靈活,適于小批量多品種生產,建造投資靈活,可分批進行的優點,70年代末奧地利EBN ER公司開發出HICON /H7爐(強對流全氫退火爐),80年代初德國LOI公司開發出HPH爐(高功率全氫退火爐)。由于這兩種全氫爐生產效率比普通罩式爐提高一倍,產品深沖性良好,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年代全世界此類退火爐已達到了500多座,分布在世界20多個國家和地區。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%)和強對流爐臺循環風機,生產效率有了大幅度提高,退火質量明顯改觀,能耗大幅下降。隨著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勢:采用大功率、大風量的爐臺循環風機,加速了氣體循環,強化了對流傳熱:采用全氫作為保護氣氛,充分發揮了氫氣質量輕、滲透能力強、尋熱系數大、還原能力強的優勢:采用氣一水冷卻系統,起到了快速冷卻的目的,提高了生產效率,改善了鋼卷退火質量。

        2全氫罩式退火爐與普通罩式退火爐的比較

        2 1生產效率

            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,加熱時內罩壁熱量對帶鋼卷以及帶鋼卷層間的傳熱(冷卻時方向相反)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風機配合作強對流循環,可獲得滿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間,一般全氫罩式退火爐生產效率比普通罩式退火爐高40%~60%。而且在大量生產情況下,可以做到鋼卷外部無過熱。

        2 2產品質量

            全氫罩式退火爐由于爐溫比較均勻,加熱時無局部過熱現象,因此處理后的帶鋼卷機械性能均勻,同時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,加快了碳氫化合物的蒸發,不致發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介質能耗

            燃料消耗量低。全氫罩武退火爐由于強對流傳熱,顯著提高傳熱效率,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,循環風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,在整個過程中,不需氫氣沖洗絕熱材料釋放的雜質。在操作上,在開始吹掃和加熱升溫初期采用氮氣,然后隨著溫度的升高轉換為氫氣,流量由小到大,在進入加熱段的2/3處,即關閉氫氣出口閥,停止供氫氣,在冷卻時由于氫氣體積縮小、壓力下降,此時需補充少量氫氣,以保持內部壓力穩定??偟膩碚f,氫消耗量還是低的。氦氣僅在退火開始及結束前清掃時使用,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,存在生產周期長、生產過程不連續,產品機械性能不夠均勻和表面質量不佳以及勞動定員多、占地面積大等缺點。為了克服以上這些缺點,日本幾家主要鋼鐵公司致力于連續退火工藝的開發研究,將電解清洗、連續退火、平整、精整檢查等各主要生產工序聯成一體,組成連續退火生產線,最終取得了成功。

            70年代共建了3條連續退火線,都在日本。進人80年代,世界各鋼鐵廠相繼建設連續退火線,1992年全世界已有49條連續退火線。由于連續退火機組具有生產效率高(生產周期由10天左右縮短到th以內),產品品種多樣化,產品質量高,生產成本低等許多罩式退火工藝無法比擬的優勢,連續退火技術得到了迅速發展。目前,日本用連續退火工藝生產的冷軋板己占總量的80%左右。近年來,連續退火線在國內大型鋼廠(寶鋼、鞍鋼、武鋼等)迅速崛起,從而帶動冷軋生產向專業化、高速化、現代化方向發展。連續退火機組有四種類型: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類型一次冷卻采用熱水,世界上發展較慢,所以主要是前三種類型。前三種連續

        退火機組的退火技術有其共同點,主要是通過控制一次冷卻速度、一次冷卻終了溫度和過時效溫度,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、張力控制和板溫控制方面各有其不同的特點。一次冷卻技術是連續退火技術的核心,它直接影響連續退火機組對產品品種的適應能力和改善產品機械性能。目前,一次冷卻技術主要有:噴氣冷卻( GJC)、高速噴氣泠卻(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。連續退火技術在過時效工藝方面,大多數采用400℃恒溫時效法,也有采用斜坡時效,即逐步降溫時效,以加快C的析出速度,還有采用先等溫再斜坡時效。由于N SC -  CAPL技術開發最早,產品質量好,操作經驗豐富,世界上投產的該型連續退火線最多。

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

        4全氫罩式退火爐和連續退火爐的比較

        4 1生產工藝

            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,未作脫脂便送入罩式退火爐進行退火處理,在氫氣氣氛中冷卻,然后通過平整機中間庫直接送往平整機,再檢查等,設備布置空間大,生產周期長,但產品規格和產量變化靈活性強。連續退火線上冷軋帶卷在進口段進行脫脂,在連續退火的第一段進行退火,隨后采用氣體或水等進行冷卻,在退火第二段進行時效處理,然后進行在線平整,檢查等,設備布置緊湊,占地面積小,生產周期短,但產品規格范圍覆蓋面不宜太寬,產量不宜太低。

        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運行費用。對于全氫罩式退火工藝途徑來說,其投資、消耗與維修費用與連續退火線相比都要低,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,從有關的資料評價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的品種有CQ、DQ和DDQ,生產EDDQ、S- EDDQ、HSI_,A等品種難度很大,適合小批量、多品種生產。連續退火品種有CQ、DQ、DDQ、EDDQ、S- EDDQ、HSI_,A,HSS等,生產厚規格(大于2 Smm)產品有困難,規格范圍太寬將增加控制難度,適合大批量、少品種生產。

            表面潔凈度方面,全氫罩式退火通過建立正確退火制度,加上在熱軋、冷軋的預防措施(嚴格控制板形、新型軋制技術、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,不會出現粘結、折邊、碳黑等缺陷,適合生產表面質量要求高的鋼板。

            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量要優,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品。近年發展起來的微合金化超深沖( IF)鋼,又稱無間隙原子鋼,該鋼具有極優良的成形性,即高r值(r>2 0)、高n值(n>Q 25)、高伸長率(6>50%)和非時效性(AI=0)。用連續退火生產出的1F鋼的深沖性要優于用全氫罩式退火生產出的鋁鎮靜鋼的深沖性。無論用全氫罩式退火還是用連續退火均可生產微合金化超深沖( IF)鋼,但用全氫罩式退火生產( 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、硫等雜質含量要低,而這些控制技術難度高,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一般冷軋板熱軋中低溫卷取即可,用連續退火生產一般冷軋板熱軋中需高溫卷取。用連續退火生產Ⅲ鋼時可省去過時效處理,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Ⅲ鋼優勢大。對于汽車上的難沖件,用Ⅲ鋼生產比用鋁鎮靜鋼生產成品率高。

            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軟質鋼板,生產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。連續退火既能生產多種深沖等級(女口OQ、DQ、DDQ等)深沖鋼板,又能生產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進行處理,熱工性能差,在加熱和冷卻過程中,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進行連續處理,傳熱條件好,帶鋼溫度均勻,同時還可通過爐內張力及糾偏裝置控制和改善帶鋼平直度,板形優良。

        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量變化隨時增減,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間和一定量的過度鋼帶,適合大批量生產,小批量生產不合算。

        4 5生產效率

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

        4 6產品開發

            全氫罩式退火為避免鋼卷層間粘結,退火溫度一般不超過720℃,成卷長時間保溫后冷卻速度不可能太快,生產產品有相當局限性。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間內再結晶和進行晶粒充分長大,這就需要材質純凈。全氫罩式退火只能生產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,生產表面質量03級產品尚可,但生產表面質量要求高的05級產品比較困難,不適宜作表面質量要求高鋼板。連續退火除能生產深沖等級鋼板以外,還能生產多種強度級別和多種深沖等級的高強鋼,能滿足汽車、家電、建筑等行業對冷軋板的鄉種要求,可以生產05級汽車外板,適宜作表面質量要求高的鋼板。

        4 7實際應用

            全氫罩式退火爐開發早、歷史較長、爐型成熟、使用廣泛、技術難度稍小,是歐洲國家大多采用的爐

        型,國內鋼廠冷軋剛起步時大多采用該爐型,最佳退火量一般小于60萬t侔。連續退火爐技術難度大、生產人員素質要求高,是日本大多采用的爐型,國內大型鋼廠冷軋生產規模、產品檔次、經驗積累達到一

        定時期也開始采用該爐型,最佳退火量一般70~100萬t/年。國內寶鋼連續退火技術使用最早,實力最強,目前寶鋼、鞍鋼、本鋼、武鋼、馬鋼等大型鋼廠都在建設連續退火生產線。

        5結語

            全氫罩式退火與普通的罩式退火相比,具有效率高、質量好、能耗低等優勢,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軟質鋼板的優勢,生產靈活,建設投資少,但在高強度鋼板生產上有所欠缺,且屬間歇式生產,生產周期長,效率偏低,適合小批量、多品種生產,該退火工藝在小型冷軋廠中十分流行。連續退火既能生產軟質鋼板又能生產級別較高的高強鋼板,產品開發優勢明顯,且生產連續化,生產周期短,板形好,表面光潔,但投資大,技術復雜,適合大批量、少品種生產,該退火I藝在大型冷軋廠中日益盛行。

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