CN101307378A - 中碳钢板罩式炉球化退火方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种中碳钢板罩式炉球化退火方法，它包括下述依次的步骤：(一)对热轧坯料钢卷进行剪切、酸洗；(二)采用纵轧，轧制变形量为28－41％；(三)采用单张成垛退火，将钢板装入电加热罩式炉；a.采用板温热电偶控制温度，插入最少两支铠装热电偶；b.炉内加热采用两段式炉台、炉罩电阻带加热；c.炉台、炉罩内保护气体采用氮气进行保护；d.钢板装入炉后，扣保护罩及加热罩，通电升温，升温60－70小时，升到690℃－720℃，保温4h－6h，在保温过程中，钢板表面温度≤720℃；e.然后吊开加热罩自然冷却，钢板心部温度冷却到250℃以下出炉。本中碳钢板罩式炉球化退火方法采用一次退火，金相组织球化合格率明显提高。
Description
技术领域
本发明涉及一种中碳钢板即45号钢罩式炉球化退火方法。
背景技术
随着钢铁工业的快速发展，市场对中碳钢板的需求越来越多，对中碳钢板的质量要求越来越高，中碳钢板广泛应用于汽车和航空工业，中碳钢板冷轧退火后既要求钢板具有窄的高力学性能带，同时又要求钢材具有好的金相组织即球化珠光体组织。
国家标准要求中碳钢板可按球化珠光体组织出厂，也可按未球化珠光组织出厂，但由于中碳钢板球化处理后可以显著提高塑性和韧性，便于机械加工和避免冲压变形开裂，因此用户要求中碳钢板必须按球化退火交货，而中碳钢板属亚共析钢，由于其碳含量较低，奥氏体中残留未溶碳物质点较少，球化十分困难。由于中碳钢板热处理方法的特殊性，现行的中碳钢板热处理方法是预先在煤气罩式退火炉进行球化退火，冷轧之后，再对冷变形的金属进行回复再结晶退火，退火后球化合格率低也只能达到60％左右，而中碳钢板由于其工艺的特殊性，在电加热罩式炉巨大的热惯性下，预退火工艺难以实现，用户在加工冲压过程中时有开裂现象。
发明内容
为了克服现有中碳钢板罩式炉球化退火方法的上述不足，本发明提供一种退火后球化性能合格率高的中碳钢板电加热罩式炉球化退火方法。
一、生产工艺流程改变
传统45钢生产工艺流程：
热轧坯料→成卷预退火(球化退火)→开平切单张→框式酸洗单张轧制→成品退火(再结晶退火)→取样检验→矫直包装→入库
本中碳钢板电加热罩式炉球化退火方法是将热轧坯料不经预先退火直接冷轧，然后进行球化和再结晶一次退火。
二、球化机理(理论依据)
原始组织为热轧坯料经冷轧变形后状态
原始组织为热轧坯料经冷塑性变形的钢，晶粒内部的形状发生了变化，晶粒沿变形方向被压扁拉长，晶格畸变严重，位错密度增加，晶粒碎化。其组织结构也发生了变化，碳化物核心增多，粗片状珠光体转变成了链状或细片状珠光体，并储存大量能量，在随后的低于临界点700℃附近等温分解，链状或细片状珠光体溶解均匀地形成颗粒状的碳化物，聚集球化。
三、坯料的优化设计
本中碳钢板热罩式炉球化退火方法在处理前根据成品规格要求，依据轧制前后体积不变定律对坯料进行优化设计，确定原料规格。
四、本中碳钢板罩式炉球化退火方法包括下述依次的步骤：
(一)对热轧坯料钢卷进行剪切、酸洗；
将钢板表面热轧坯料的氧化皮洗掉，剪切成所需的规格；
(二)采用纵轧，轧制变形量为28-41％；
(三)采用单张成垛退火，将钢板装入电加热罩式炉，装炉量为40t-80t；
a、采用板温热电偶控制温度，插入最少两支铠装热电偶，一般插入三至六支铠装热电偶；
b、炉内加热采用两段式炉台、炉罩电阻带加热，炉台输出功率为250kw-350kw、炉罩输出功率为150kw-250kw，炉台炉罩共计为400kw-600kw；
c、炉台、炉罩内保护气体采用氮气进行保护；
d、钢板装入炉后，扣保护罩及加热罩，通电升温，升温60-70小时，升到690℃-720℃，保温4h-6h，在保温过程中，钢板表面温度≤720℃；
e、然后吊开加热罩自然冷却，钢板心部温度冷却到250℃以下出炉；
本中碳钢板电加热罩式炉球化退火方法在插入热电偶时，从经济角度考虑，采用三点插入法，即两只热电偶插到钢板的中心，一支使用另一支备用，以其中一支热电偶的温度显示值为基准，另一支热电偶的温度显示值为参考值，还有一支热电偶插放在钢板垛顶部的3-5张钢板下(压到钢板下)；
本中碳钢板电加热罩式炉球化退火方法在上述步骤中，控制电加热罩式炉的输入功率，以缩小钢板表面与钢板中心(如100张钢板在50-51张之间就是中心)的温度差，在钢板中心部温度≤500℃时，温度差≤150℃，在≥500℃，≤600℃时，温度差≤100℃，在≥600℃，≤650℃时，温度差≤40℃，在保温过程中，钢板表面温度不大于720℃，钢板中心温度达690℃时，才可保温。在这过程中，可自动控制温度，也可根据热电偶的温度显示人工控制温度。
本中碳钢板罩式炉球化退火方法采用电加热罩式炉退火，并且一次退火，把实现再结晶和球化退火两个工序合为一个工序，取消了现有中碳钢板电加热罩式炉球化退火方法中冷轧前的预先热处理工序，节省了45号钢板的热处理工序和能源的消耗。优化坯料设计，确定匹配的轧制变形量，有效地提高了45号钢退火后的机械性能和球化珠光体组织，显著提高了塑性和韧性，根据多次热处理的金相观察，金相组织球化合格率达100％，参见表1，便于机械加工，避免了冲压变形的开裂现象。提高了成材率，降低了生产成本，缩短了交货周期。
附图说明
图1是球化退火温度曲线示意图。
图2是本中碳钢板电加热罩式炉球化退火方法处理后的组织照片，放大500倍。
具体实施方式
下面结合实施例详细说明本中碳钢板电加热罩式炉球化退火方法的具体实施方式，但本中碳钢板电加热罩式炉球化退火方法的具体实施方式不局限于下述的实施例。
本中碳钢板电加热罩式炉球化退火方法的下述三个实施例是首先据轧制前后体积不变定律对坯料进行优化设计，确定原料规格。例如将热轧坯料剪切成外形尺寸为5.6×1535×1250mm的钢板，经冷轧轧制成为4.0×1200×2000mm的钢板。
实施例一
(一)酸洗钢板坯料
在常温，用槽式酸洗槽用盐酸将外形尺寸为5.6×1535×1250mm钢板表面热轧坯料的氧化皮洗掉；
(二)纵轧坯料
将酸洗后的钢板坯料用四辊2300mm可逆式冷轧机，经7-15道次轧制，纵向轧制成外形尺寸为4.0×1200×2000mm的钢板，变形量为28％，上辊：0.03mm，下辊：0mm；
(三)采用单张成垛退火
将冷轧后的钢板装入电加热罩式炉的炉台，装炉量为40t，然后扣上内、外罩；
a采用板温热电偶控制温度，插入电加热罩式炉的热电偶为三支，测温原理都一样，从经济上考虑，三采用点插入法，即两只热电偶插到钢板的中心，一支使用一支备用，以其中一支热电偶的温度显示值为基准，另一支热电偶的温度显示值为参考值，还有一支热电偶插放在钢板垛从上数第3张的钢板下；
b 电加热罩式炉内加热采用两段式炉台、炉罩电阻带加热，炉台输出功率为250kw、炉罩输出功率为150kw，炉台罩共计为400kw；
c炉台、炉罩内保护气体采用氮气；
d钢板装入炉后通电升温，升温60小时，升到690℃，保温4小时，在保温过程中，钢板表面温度为695-700℃，参见图1；
本实施例的在热处理过程中控制电加热罩式炉的输入功率，以缩小钢板表面与钢板中心的温度差，炉温≤500℃时，温度差为110℃-120℃，炉温为500℃-600℃时，温度差为70℃-80℃，炉内温度为600℃-650℃时，温度差25℃-30℃，在保温过程中，钢板表面温度为695-700℃，钢板心部温度达690℃时，开始保温。
e然后吊卸加热罩自然冷却，炉温冷却到250℃，将钢板从电加热罩式炉内吊出。
f取样检验
将球化退火处理后的试样的组织在金相显微镜放大500倍观察，金相组织全部球化，参见图2。
实施例二
(一)酸洗钢板坯料
在常温，用槽式酸洗槽用盐酸将外形尺寸为6.0×1440×1250mm钢板表面热轧坯料的氧化皮洗掉；
(二)纵轧坯料
将酸洗后的钢板坯料用四辊2300mm可逆式冷轧机，经7-15道次轧制，
纵向轧制成外形尺寸为4.0×1200×2000mm的钢板，变形量为33％，上辊：0.03mm，下辊：0mm；
(三)采用单张成垛退火
将冷轧后的钢板装入电加热罩式炉的炉台，装炉量为60t，然后盖上炉罩；a采用板温热电偶控制温度，方法与实施例一相同；
b罩式炉内加热采用两段式炉台、罩电阻带加热，炉台输出功率为300kw、炉罩输出功率为200kw，炉台罩共计为500kw；
c炉台、炉罩内保护气体采用氮气；
d钢板装入炉后通电升温，升温65小时，升到700℃，保温5小时，在保温过程中，钢板表面温度为705-710℃；
本实施例的在热处理过程中控制电加热罩式炉的输入功率，以缩小钢板表面与钢板中心的温度差，炉温≤500℃时，温度差为120℃-130℃，炉温为500℃-600℃时，温度差为80℃-90℃，炉内温度为600℃-650℃时，温度差30℃-35℃，在保温过程中，钢板表面温度为705℃-710℃，钢板中心温度达690℃时，开始保温。
e然后吊卸加热罩自然冷却，炉温冷却到250℃以下，将钢板从电加热罩式炉内吊出。
实施例三
(一)酸洗钢板坯料
在常温，用槽式酸洗槽用盐酸将外形尺寸为8.5×1265×1250mm钢板坯料的氧化皮洗掉；
(二)纵轧坯料
将酸洗后的钢板坯料用四辊2300mm可逆式冷轧机，经7-15道次轧制，纵向轧制成外形尺寸为5.0×1200×2000mm的钢板，变形量为41％，上辊：0.03mm，下辊：0mm；
(三)采用单张成垛退火
将冷轧后的钢板装入电加热罩式炉的炉台，装炉量为80t，然后盖上炉罩；
a采用板温热电偶控制温度，方法与实施例一相同；
b罩式炉内加热采用两段式炉台、炉罩电阻带加热，炉台输出350kw、炉罩输出功率为250kw，炉台炉罩共计为600kw；本实施例的在热处理过程中控制电加热罩式炉的输入功率，缩小钢板表面与钢板中心的温度差，炉温≤500℃时，温度差为140℃-150℃，炉温为500℃-600℃时，温度差为90℃-100℃，炉内温度为600℃-650℃时，温度差30℃-40℃，在保温过程中，钢板表面温度为710℃-720℃，钢板中心温度达690℃时，吊了加热罩。
c炉台、炉罩内保护气体采用氮气；
d钢板装入炉后通电升温，升温70小时，升到690℃，保温5小时，在保温过程中，钢板表面温度为715℃-720℃；开始保温。
e然后吊卸加热罩自然冷却，炉温冷却到250℃以下，将钢板从电加热罩式炉内吊出。
实施例四、实施例五的步骤与实施例一的相同，只是技术参数不同。
本中碳钢板电加热罩式炉球化退火方法五个实施例处理后的45号钢板的性能见表1。
表1：
| 实施例序号 | 碳含量％ | 变形量％ | 保温温度℃ | 保温时间h | 抗拉强度MPa | 金相组织 |
| 实施例一 | 0.45 | 28 | 690 | 4 | 505 | 球化 |
| 实施例二 | 0.47 | 33 | 700 | 6 | 480 | 球化 |
| 实施例三 | 0.45 | 41 | 710 | 6 | 470 | 球化 |
| 实施例四 | 0.44 | 33.33 | 698 | 6 | 495 | 球化 |
| 实施例五 | 0.44 | 33.33 | 706 | 6 | 490 | 球化 |
上述五个实施例在用热电偶控制温度，可插入两至至六支铠装热电偶，从上至下插在钢板垛的不同部位。可根据热处理的钢板的重量，增大或减小炉台、炉罩的功率。
Claims (4)
1、一种中碳钢板罩式炉球化退火方法，它包括下述依次的步骤：
(一)对热轧坯料钢卷进行剪切、酸洗；
将钢板表面热轧坯料的氧化皮洗掉，剪切成所需的规格；
(二)采用纵轧，轧制变形量为28-41％；
(三)采用单张成垛退火，将钢板装入电加热罩式炉；
a、采用板温热电偶控制温度，插入最少两支铠装热电偶；
b、炉内加热采用两段式炉台、炉罩电阻带加热；
c、炉台、炉罩内保护气体采用氮气进行保护；
d、钢板装入炉后，扣保护罩及加热罩，通电升温，升温60-70小时，升到690℃-720℃，保温4h-6h，在保温过程中，钢板表面温度≤720℃；
e、然后吊开加热罩自然冷却，钢板心部温度冷却到250℃以下出炉。
2、根据权利要求1所述的中碳钢板罩式炉球化退火方法，其特征是：在上述步骤中，控制电加热罩式炉的输入功率，以缩小钢板表面与钢板中心的温度差，在钢板中心部温度≤500℃时，温度差≤150℃，钢板中心部温度≥500℃，≤600℃时，温度差≤100℃，钢板中心部温度≥600℃，≤650℃时，温度差≤40℃，在保温过程中，钢板表面温度不大于720℃，钢板中心温度达690℃时，才可保温。
3、根据权利要求1或2所述的中碳钢板罩式炉球化退火方法，其特征是：装炉量为40t-80t；炉台输出功率为250kw-350kw、炉罩输出功率为150kw-250kw，炉台炉罩共计为400kw-600kw。
4、根据权利要求1或2所述的中碳钢板罩式炉球化退火方法，其特征是：在插入热电偶时，采用三点插入法，两只热电偶插到钢板的中心，一支使用另一支备用，以其中一支热电偶的温度显示值为基准，另一支热电偶的温度显示值为参考值，还有一支热电偶插放在顶部的3-5张钢板下。
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