CN110512056A - 一种连续退火炉过时效段带钢加热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种连续退火炉过时效段带钢加热方法，双相钢的成分中，按重量百分比计：当满足碳≥0.140且锰≥1.90时，启动变温过时效控制；在过时效段的第一炉区安装加热装置，可以根据原料成分波动，通过温度调整对淬硬的马氏体进行不同程度的回火调控，降低马氏体硬度以降低其强度，并适当提高铁素体强度，降低两相强度差，有利于在冲压过程中的协调变形能力，进而提高伸长率，有效降低因C、Mn含量同时偏高而出现的冲压开裂现象；在过时效整个阶段通过第一炉区加热配合第二、第三炉区冷却，完成过时效变温控制，有效调控最终产品组织性能。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体是一种带钢的加热方法。
背景技术
随着全球环境和能源危机的日益加剧，节能、减排已成为汽车制造业面临的重大问题，汽车车身制造中使用双相钢可大幅减轻重量、提高燃油效率。双相钢因其低屈强比、高初始加工硬化速率、良好的强度和延性配合等优点，在汽车工业上广泛用于需高强度、高抗碰撞吸收能且有一定成形要求的结构件及加强件，市场需求量较大，吨钢利润丰厚，近年来双相钢需求增加的同时，对强度级别的要求日益提高，冷轧双相高强钢在高级别汽车上的应用与日俱增。因此，性能优良的冷轧双相高强钢产品的市场前景广阔。高等级冷轧双相钢均采用连续退火机组生产，生产工艺过程中的过时效阶段相当于在线实时地对淬硬的马氏体进行回火，经回火处理的双相钢可获得更加优良的力学性能，因为在此过程中可以使马氏体分解、碳化物析出、马氏体晶格畸变减小，从而使应力状态改变，最终使产品的屈服强度上升，而抗拉强度下降，因两相强度差变小，协调变形能力增强，最终伸长率提高。
对于双相钢生产工艺中的过时效段温度控制，现有技术均采用等温过时效工艺，即过时效温度与快冷温度一致。如果过时效温度较低，双相钢微观组织改变并不明显，双相比例变化不大，但组织内部极易形成大量位错，因此双相钢的力学性能表现出抗拉强度保持不变，屈服强度有所提升的趋势；如果过时效温度较高，双相钢的组织发生很大变化，一方面铁素体的析出净化，马氏体表面模糊并发生分解，另一方面晶界析出的碳化物逐渐长大，阻碍位错运动，并且小角晶界经迁移合并形成更多阻碍位错迁移的大角晶界，双相钢的抗拉强度下降，屈服强度上升。
在工业生产过程中，不可避免的会出现因原料化学成分波动而造成的产品最终性能波动问题，采用等温过时效处理，要调控双相钢组织性能，就只能通过明显影响双相钢综合性能的保温温度、缓冷温度和快冷温度，调整这三个温度均会造成炉温长时间波动，使得带钢通卷性能稳定性差，用户冲压过程中易出现开裂缺陷，无法针对原料成分波动对产品最终组织性能进行有效调控。
发明内容
在工业生产中均对双相钢各元素做了明确的成分范围要求，但实际生产过程中不可避免的存在对双相钢强度及塑性有明显影响的C、Mn含量同时偏高问题，连续退火生产过程中如果采用同一工艺生产，因C、Mn含量高，产品会出现抗拉强度偏高而延伸率偏低的现象，虽然产品性能满足标准要求，但因成形性能较差用户冲压成形过程易出现开裂缺陷。本发明在过时效段第一炉区安装加热装置，可以根据原料成分波动，通过温度调整对淬硬的马氏体进行不同程度的回火调控，降低马氏体硬度以降低其强度，并适当提高铁素体强度，降低两相强度差，有利于在冲压过程中的协调变形能力，进而提高伸长率，有效降低因C、Mn含量同时偏高而出现的冲压开裂现象，在过时效第一炉区增加加热装置，仅占整个工艺处理过程中一小部分，且温度容易控制。在过时效整个阶段通过第一炉区加热配合第二、第三炉区冷却，完成过时效变温控制，可以有效调控最终产品组织性能。具体技术方案如下：
一种连续退火炉过时效段带钢加热方法，双相钢的成分中，按重量百分比计：当满足碳≥0.140且锰≥1.90时，启动变温过时效控制；
所述变温过时效控制是指：
过时效段由三个炉区组成，在过时效段的第一炉区安装加热装置，可以根据原料成分波动，通过温度调整对淬硬的马氏体进行不同程度的回火调控，降低马氏体硬度以降低其强度，并适当提高铁素体强度，降低两相强度差，有利于在冲压过程中的协调变形能力，进而提高伸长率，有效降低因C、Mn含量同时偏高而出现的冲压开裂现象；在过时效整个阶段通过第一炉区加热配合第二、第三炉区冷却，完成过时效变温控制，有效调控最终产品组织性能。
过时效段由三个炉区组成，分别含12，14和14个垂直道次(垂直道次是指带钢在上辊和下辊间自上而下或自下而上的运动区间)，满足带钢在过时效段所需的处理时间，三个炉室均配备加热及冷却功能。
所述加热装置沿垂直道次布置在过时效段的第一个炉室内，以交错形式布置在带钢两侧。
所述加热装置为W型电热辐射管。
第一炉区内的电加热装置的功率高于第二和第三炉区的电加热装置的功率，使带钢加热至相对较高温度并保温度。
电热辐射管在第一炉区12个垂直道次的布置规律为：前3个道次密集等距布置20个，中间4个道次居中等距布置16个，最后5个道次等距布置12个，通过前3个道次在较短时间内使带钢迅速升温，中间的4个道次使带钢横向及厚度方向的温度到达均匀，最后5个道次使带钢保温以满足目标温度，完成马氏体回火程度的调控。
在第一炉区出口，配备有辐射高温计用于测量带钢在第一炉区出口的实际温度，辐射高温计的输出端连在PLC上；根据钢卷牌号调用工艺模型结合成分信息对过时效第一炉区温度进行设定，由中央控制系统对加热装置的输入功率进行调节；第二和第三炉区主要提供冷却，因此第三炉区依据快冷温度进行设置，而第二炉区则依据钢种规格及工艺速度结合温降由模型自动控制，通常比快冷温度高20℃。
本专利与现有技术相比，有益效果在于：通过在过时效段第一个炉室增加电加热装置，可以实现组织性能精确调控，产品性能更加稳定。本装置加热均匀稳定且效率高，可以针对成分波动通过调整过时效一区出口温度，调控马氏体回火程度，实现组织性能精确控制，避免因为原料化学成分波动造成的产品强度偏高延伸率偏低问题，产品性能稳定性提升，降低在用户冲压零件过程中的废品率。在退火工艺中快冷温度要求为280～320℃的DP590或DP780时，由于第一炉区装备电加热装置，使得带钢在第一炉区出口的温度可以提升30～60℃，之后通过2区和3区的冷却系统可以在15～25分钟内把带钢温度降低到280～320℃，完成变温过时效控制，有效调控组织性能。
附图说明
图1为本发明的三个炉区加热装置的排列示意图；
图2为等温过时效控制电镜组织照片；
图3为变温过时效控制电镜组织照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例来说明本发明。
以双相钢DP780为例，实际生产过程中按重量百分比：C含量为0.120～0.150，Mn含量为1.80～2.00，当碳≥0.140且锰≥1.90时即启动过时效第一炉区的电加热装置，使快冷温度在过时效第一炉区出口温度从280℃调整到310～340℃，并经过时效第二和第三区冷却至过时效出口温度280℃。选取三个炉次的双相钢DP780进行现场工艺对比，所选取的均为冷轧成品规格为1.4mm，除过时效工艺段外，其它工艺参数均相同，所选炉次为每炉8块铸坯，每炉钢分两种工艺进行生产，即等温过时效及变温过时效，力学性能测试结果为平均值。相关成分、工艺信息及力学性能见下表1：
表1化学成分(按重量百分比)：
| 炉号 | 编号 | C | Si | Mn | P | S | Als | Cr |
| 1751755 | 1 | 0.131 | 0.21 | 1.85 | 0.013 | 0.004 | 0.038 | 0.28 |
| 1843271 | 2 | 0.142 | 0.22 | 1.90 | 0.013 | 0.005 | 0.039 | 0.27 |
| 1647217 | 3 | 0.153 | 0.25 | 1.95 | 0.012 | 0.004 | 0.041 | 0.29 |
表2退火工艺：(编号1-1中，前一个是指表1的炉次的编号，后面的是指工艺代码，1为现有技术的等温过时效工艺，2为变温过时效工艺)
表3力学性能：(编号同表2)
| 编号 | 屈服强度(MPa) | 抗拉强度(MPa) | 伸长率(％) |
| 1-1 | 435 | 810 | 18.6 |
| 1-2 | 448 | 781 | 21.5 |
| 2-1 | 471 | 832 | 17.8 |
| 2-2 | 488 | 819 | 18.9 |
| 3-1 | 519 | 855 | 16.6 |
| 3-2 | 539 | 832 | 18.1 |
从力学性能测试结果看，变温过时效控制可以明显提高材料延伸率。1号炉次钢因不满足变温过时效控制条件，虽然延伸率良好，但会造成抗拉强度接近标准下限，有不满足标准要求的风险，而2号和3号炉次钢采用变温过时效控制虽然屈服强度上升但符合标准要求，延伸率得到明显提升，有利于冲压成形并避免开裂现象的发生。
对于屈服强度，现场生产中可以通过调整平整延伸率进行控制，以上生产数据为便于对比平整延伸率均采用0.3±0.1％控制，对于高C、Mn炉次的双相钢DP780，也可以通过适当降低平整延伸率来调整屈服强度，而平整延伸率的调整对抗拉强度及伸长率几乎没有影响。
两种工艺的电镜扫描照片参考图2和图3，双相钢生产过程中的保温温度决定初始两相比例，缓冷温度决定最终两相比例，快冷温度使奥氏体淬火为马氏体，当一炉钢的冶炼成分中C、Mn同时较高时，调整以上三个温度均会造成炉温长时间波动，不利于稳定生产和产品综合性能的提高，等温过时效只能有限的改善成品性能，而通过在过时效段第一炉区增加加热装置，配合第二、三炉区的冷却功能，可以实现过时效阶段的变温控制，对C、Mn含量均较高的炉次，可以通过提高过时效段第一炉区温度，增加马氏体回火软化程度，配合第二、第三炉区的冷却，更有效的调控组织性能，完成因C、Mn含量均较高炉次双相钢的组织性能优化。
第一炉区的加热能力强，升温迅速，且只占整个过时效段的三分之一左右，温度控制精准，处理时间又不至于过长，低温的回火处理不至于强烈的对组织性能产生明显的影响，可有效且稳定的完成组织性能调控。
Claims (7)
1.一种连续退火炉过时效段带钢加热方法，其特征在于：双相钢的成分中，按重量百分比计：当满足碳≥0.140且锰≥1.90时，启动变温过时效控制；
所述变温过时效控制是指：过时效段由三个炉区组成，在过时效段的第一炉区安装加热装置，可以根据原料成分波动，通过温度调整对淬硬的马氏体进行不同程度的回火调控，降低马氏体硬度以降低其强度，并适当提高铁素体强度，降低两相强度差，有利于在冲压过程中的协调变形能力，进而提高伸长率，有效降低因C、Mn含量同时偏高而出现的冲压开裂现象；在过时效整个阶段通过第一炉区加热配合第二、第三炉区冷却，完成过时效变温控制，有效调控最终产品组织性能。
2.根据权利要求1所述的连续退火炉过时效段带钢加热方法，其特征在于：过时效段由三个炉区组成，分别含12，14和14个垂直道次，满足带钢在过时效段所需的处理时间，三个炉室均配备加热及冷却功能。
3.根据权利要求1所述的连续退火炉过时效段带钢加热方法，其特征在于：所述加热装置沿垂直道次布置在过时效段的第一个炉室内，以交错形式布置在带钢两侧。
4.根据权利要求1所述的连续退火炉过时效段带钢加热方法，其特征在于：所述加热装置为W型电热辐射管。
5.根据权利要求4所述的连续退火炉过时效段带钢加热方法，其特征在于：第一炉区内的电加热装置的功率高于第二和第三炉区的电加热装置的功率，使带钢加热至相对较高温度并保温。
6.根据权利要求1所述的连续退火炉过时效段带钢加热方法，其特征在于：电热辐射管在第一炉区12个垂直道次的布置规律为：前3个道次密集等距布置20个，中间4个道次居中等距布置16个，最后5个道次等距布置12个，通过前3个道次在较短时间内使带钢迅速升温，中间4个道次使带钢横向及厚度方向的温度到达均匀，最后5个道次使带钢保温以满足目标温度，完成马氏体回火程度的调控。
7.根据权利要求1所述的连续退火炉过时效段带钢加热方法，其特征在于：在第一炉区出口，配备有辐射高温计用于测量带钢在第一炉区出口的实际温度，辐射高温计的输出端连在PLC上；根据钢卷牌号调用工艺模型结合成分信息对过时效第一炉区温度进行设定，由中央控制系统对加热装置的输入功率进行调节；第二和第三炉区主要提供冷却，因此第三炉区依据快冷温度进行设置，而第二炉区则依据钢种规格及工艺速度结合温降由模型自动控制，通常比快冷温度高20℃。
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2019
- 2019-09-20 CN CN201910890164.9A patent/CN110512056A/zh active Pending
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