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,生產連續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、折邊等缺陷,這樣不僅可以生產深沖用鋼,還可以生產多種強度級別的高強鋼。冷軋連退工藝具有生產效率高、產品成品率高、產品種類多、生產的產品質量好等優點[1-3],同時也存在工藝技術繁瑣、操作難度大、工藝區間窄、退火組織不均勻等缺點。冷軋連退工藝操作不當會引起產品力學性能不合格等質量問題。 

1.   連退生產工藝簡述

連續退火為帶鋼連續通過退火爐,退火爐無封口,帶鋼不經過停留而直接進行卷取的生產方式。再結晶退火是連退生產的核心工序,而再結晶退火的關鍵設備是退火爐,退火爐由明火加熱段、輻射保溫段和快冷段組成。再結晶退火過程通過明火段和輻射段把帶鋼溫度提高到再結晶溫度以上、珠光體開始奧氏體化溫度（Ac1）以下,并通過調整帶鋼的運行速率來控制保溫時間,使帶鋼在爐內完成再結晶退火,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氣氛、爐內帶鋼溫度和帶鋼運行速率等因素的影響。 

2.   常見力學性能不合格情況及原因

冷軋連退帶鋼力學性能的常規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準、屈服強度和抗拉強度均低于標準、斷后伸長率低于標準、斷后伸長率低于標準且抗拉強度高于標準等。 

某冷軋廠生產的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的力學性能測試結果和退火工藝參數,其中試樣1為力學性能合格試樣,試樣2~5分別為屈服強度低于標準、屈服強度和抗拉強度均低于標準、斷后伸長率低于標準、斷后伸長率低于標準且抗拉強度高于標準試樣,工藝參數中TV為厚度與板帶運行速率的乘積,當厚度一定時,TV越大,板帶運行速率越快,退火時間越短。表3為Q355XG鋼化學成分的出廠要求,試樣1~5的化學成分均符合出廠要求。 

2.1   屈服強度低于標準

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,已經達到珠光體向奧氏體轉變溫度,經過后續輻射段保溫（低于明火段20~40 ℃）,組織接近雙相區球化退火組織,強度大幅降低,又因退火時間較短,晶粒未完全回復為等軸晶粒,抗拉強度降幅小于屈服強度,最終導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,晶粒回復和長大的時間充足,導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,組織基本為熱軋態珠光體。 

圖  3  試樣3顯微組織形貌

2.3   斷后伸長率低于標準

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,導致再結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   斷后伸長率低于標準且抗拉強度高于標準

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 ℃?？刂泼骰鸲螠囟葹?45~755 ℃,TV為115~117。減小板帶溫度和板帶運行速率的波動范圍,保證退火工藝穩定運行,可以使材料獲得良好的力學性能。 

4.   結論

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

（2）當退火速率較快,即TV較大時,明火段板帶溫度下降,當板帶溫度比Ac1高10 ℃時,晶粒再結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