CN114196810B - 一种高强钢卷除氢方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强钢卷除氢方法，利用罩式炉对高强度钢卷进行加热除氢，将所述高强度钢卷中扩散性氢含量降至除氢前高强度钢卷中扩散性氢含量的1/3～1/2。该方法通过控制高强钢卷装载量、升温速率，加热温度以及保温时间等工艺参数，在不影响高强钢卷力学性能以及表面质量的情况下，实现对高强钢卷进行整卷除氢，使得高强钢卷的氢致延迟开裂情况得到改善。
Description
技术领域
本发明涉及高强钢除氢技术，尤其涉及一种高强钢卷除氢方法。
背景技术
随着钢铁技术的快速发展和节能环保要求的不断提高，高强化成为钢铁材料发展的主要方向，但是在钢材强度升高的同时，氢致延迟开裂敏感性也相应增大，导致材料或零件发生断裂失效；钢中氢的来源有很多，比如冶炼过程中产生的氢，在退火过程中吸收的氢，钢材加工成零件后在酸洗、电镀等工艺过程中吸收的氢等；这些进入钢中的氢一部分以可扩散氢的形式存在并在钢中自由扩散，在一定条件下会引发氢致延迟开裂；为降低发生氢致延迟开裂的风险，降低材料或零件中的扩散氢含量是一种有效的应对措施；
现有技术中对于高强钢制品的除氢工艺已较为成熟，特别是针对酸洗、电镀工件，比如对电镀零件一般采用加热烘烤去氢，对镀铬零件通常是在200～220℃下烘烤2～3h，对电镀锌零件可在110～220℃进行烘烤除氢，根据烘烤温度高低、零件大小、电镀时间长短不同，保温时间可为2～24h；又如美国BAC5625标准规定，铁基合金在酸性溶液中处理后除氢工艺为190℃左右，保温3h以上；上述的除氢处理一般在烘箱中进行，主要的工艺条件为烘烤温度以及烘烤时间，而对于炉内气氛、升温速率等没有特殊要求。
然而上述的相关除氢工艺基本上都是针对零部件之类的制成品，而对于钢卷除氢的工艺并未出现；现有技术中钢厂在生产高强钢板时，工艺过程包括酸洗、退火，有些产品还要进行热镀或电镀处理，在这些工艺过程中也会导致氢进入钢板，在随后的卷取环节，由于钢板受到弯曲应力作用，氢会向钢板内部或边部的缺陷扩散，导致钢板开裂，特别是对于镀锌产品，由于镀锌层对氢的扩散具有阻碍作用，钢板内的扩散氢即使经过很长时间也不能逸出，有可能导致钢卷在储存期间或后续加工过程发生氢致开裂现象；因此，对于某些强度较高的产品，为防止钢卷出厂后在仓储、运输及后续成型加工过程中发生氢致开裂，需要对钢卷在出厂前进行除氢处理，在对钢卷进行除氢时，要考虑以下几个问题：(1)除氢设备，一般钢卷重量大约20吨左右，体积和重量都比较大，常规烘箱无法处理；(2)加热温度控制，对高强钢进行烘烤除氢相当于对产品进行一次低温退火处理，如果温度控制不好，会导致产品力学性能发生较大的变化，造成产品性能超标，形成废次品；(3)烘烤时间控制，钢卷卷取后，钢板之间贴合紧密，层与层之间间隙很小，在加热过程中钢卷表面和心部受热传导的影响，温度变化不同，既要保证心部除氢效果，还要尽量缩短时间，以提高效率；(4)表面质量控制，对于冷轧产品而言，其表面质量要求较高，因此在烘烤除氢时不能影响产品表面质量。
鉴于上述情况，亟待研发一种新的高强钢卷的除氢方法，在不影响高强钢卷力学性能以及表面质量的情况下，能够降低钢卷中扩散氢含量，从而降低高强钢卷发生氢致延迟开裂风险。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明目的是提供一种高强钢卷除氢方法，采用罩式炉，通过控制高强钢卷装载量、升温速率，加热温度以及保温时间等工艺参数，在不影响高强钢卷力学性能以及表面质量的情况下，实现对高强钢卷进行整卷除氢，将高强钢卷中扩散氢含量降至除氢前的1/3～1/2，使得高强钢卷的氢致延迟开裂情况得到改善。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种高强钢卷除氢方法，利用罩式炉对高强度钢卷进行加热除氢，将所述高强度钢卷中扩散性氢含量降至除氢前高强度钢卷中扩散性氢含量的1/3～1/2。
优选地，所述高强钢卷除氢方法包括以下步骤：
S1，将高强钢卷以卧式装入罩式炉，扣内罩和加热罩；
S2，加热及保温，加热前调整所述罩式炉内的气氛，然后通电加热，炉内温度升至120～150℃，保温30～60min后，继续加热，炉内温度升至180～200℃后，保温3～6h；
S3，保温结束后，停止加热，当炉内温度降至80～100℃时，所述高强钢卷出炉。
优选地，所述步骤S1中，所述高强钢卷之间以及所述高强钢卷与所述罩式炉炉底之间均采用垫板隔离，所述垫板厚度为10～15cm。
优选地，所述步骤S1中，所述高强钢卷的装载量不超过所述罩式炉装载量的80％。
优选地，所述步骤S2中，所述气氛为氮气、氢气、氮气与氢气的混合气体、空气中的一种。
优选地，所述步骤S2中，所述炉内温度升至150℃的过程中，升温速率为1～5℃/min。
优选地，所述步骤S2中，所述炉内温度继续升至180～200℃的过程中，升温速率为0.5～1℃/min。
优选地，所述高强钢卷除氢后，扩散性氢含量在0.10ppm以下。
本发明的有益效果为：
1.本发明高强钢卷除氢方法，采用罩式炉以及通过控制高强钢卷装载量、升温速率，加热温度以及保温时间等工艺参数，在不影响高强钢卷力学性能以及表面质量的情况下，实现对高强钢卷进行整卷除氢，将高强钢卷中扩散氢含量降至除氢前的1/3～1/2，使得高强钢卷的氢致延迟开裂情况得到改善；
2.本发明高强钢卷除氢方法，利用现有的罩式炉进行除氢，可以减免专用除氢设备的建造投资，提高设备利用率。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。
本发明所提供的一种高强钢卷除氢方法，利用罩式炉对高强度钢卷进行加热除氢，将高强度钢卷中扩散性氢含量降至除氢前高强度钢卷中扩散性氢含量的1/3～1/2。
本发明的高强钢卷除氢方法，包括以下步骤：
S1，将高强钢卷以卧式装入罩式炉，扣内罩和加热罩；
具体过程为：将高强钢卷以卧式装入罩式炉中，在装料过程中，为提高加热效率和传导效率，高强钢卷与罩式炉的炉底之间、高强钢卷与高强钢卷之间采用垫板隔离，垫板的厚度为10～15cm；高强钢卷的装载量不超过罩式炉装载量的80％，装好以后，扣内罩和加热罩；
S2，加热及保温，调整罩式炉内的气氛，然后通电加热，炉内温度升至120～150℃，保温30～60min后，继续加热，炉内温度升至180～200℃后，保温3～6h；
具体过程为：加热前对罩式炉内的气氛进行调控，对于一些表面质量要求较高的高强钢卷，则向炉内中充入氮气或氢气或氮气与氢气的混合气体替换掉炉内的空气，作为除氢过程中的保护气，防止钢板受热表面氧化以及油品变质；对于一些表面质量要求不高的产品，也可以不采用保护气，在空气气氛下加热除氢；调整好炉内气氛后，通电加热，炉内温度以1～5℃/min的升温速率升至150℃，保温30～60min，使炉内温度和钢卷温度均匀化，之后继续加热，炉内温度以0.5～1℃/min的升温速率升至180～200℃，保温3～6h；
在上述过程中，由于加热温度比较低，氢分子在钢板表面无法分解为原子氢炉内气氛中的氢不能进入钢，因此采用含氢混合气体或全氢作为保护气不会导致钢板氢含量增加，特别是由于氢具有导热系数大的优点，采用全氢气氛可以显著提高导热效率；而表面质量要求不高的产品，不采用保护气，在空气气氛下加热除氢，可以降低生产成本。
S3，保温结束后，停止加热，当炉内温度降至80～100℃时，高强钢卷出炉；
具体过程为：保温结束后，罩式炉停止加热，经步骤S2处理后的高强钢卷在罩式炉内自然降温，当炉内温度降至80～100℃后，吊走加热罩和内罩，将钢卷吊出，自然冷却至室温。
高强钢卷经上述方法进行加热除氢后，扩散性氢含量在0.10ppm以下。
下面以抗拉强度1200MPa的热镀锌钢卷为例对本发明的高强钢卷除氢方法进一步介绍；
实施例1
高强钢卷为抗拉强度1200MPa的热镀锌钢卷，热镀锌钢卷在卷取前从热镀锌钢板上取尺寸为100mm×20mm的片状样，采用氢分析仪测量钢板的扩散氢含量，测得结果热镀锌钢板中扩散氢含量为0.18ppm。
采用本发明的高强钢卷除氢方法进行除氢，具体步骤如下：
(1)将热镀锌钢卷以卧式装入罩式炉，在罩式炉炉底与热镀锌钢卷之间方三根截面为10cm×10cm的型钢作为垫板，罩式炉内仅放1个热镀锌钢卷，热镀锌钢卷的装载量为罩式炉装载量的20％，装好以后，扣内罩和加热罩；
(2)加热及保温，然后加热前充入向炉内充入纯氮气作为除氢过程中的保护气，通电加热，炉内温度以2℃/min的升温速率升至150℃后，保温60min，之后继续加热，炉内温度以0.5℃/min的升温速率升至190℃后，保温6h；
(3)保温结束后，停止加热，热镀锌钢卷在罩式炉内自然降温，当炉内温度降至100℃后，吊走加热罩和内罩，将钢卷吊出，自然冷却至室温。
经上述加热除氢处理后的热镀锌钢卷，取尺寸为100mm×20mm的片状样，用氢分析仪测量样品的扩散氢含量，结果为0.08ppm。
实施例2
高强钢卷为抗拉强度1200MPa的热镀锌钢卷，热镀锌钢卷在卷取前从热镀锌钢板上取尺寸为100mm×20mm的片状样，采用氢分析仪测量钢板的扩散氢含量，测得3个热镀锌钢板中扩散氢含量分别为0.19ppm、0.18ppm、0.18ppm。
采用本发明的高强钢卷除氢方法进行除氢，具体步骤如下：
(1)将3个热镀锌钢卷以卧式装入罩式炉，在罩式炉炉底与热镀锌钢卷之间放三根截面为10cm×10cm的型钢作为垫板，在钢卷与钢卷之间放三根截面为10cm×10cm的型钢作为垫板，罩式炉内放3个热镀锌钢卷，3个热镀锌钢卷的装载量为罩式炉装载量的60％，装好以后，扣内罩和加热罩；
(2)加热及保温，然后加热前充入向炉内充入纯氢气作为除氢过程中的保护气，通电加热，炉内温度以5℃/min的升温速率升至150℃后，保温30min，之后继续加热，炉内温度以1℃/min的升温速率升至200℃后，保温3h；
(3)保温结束后，停止加热，热镀锌钢卷在罩式炉内自然降温，当炉内温度降至80℃后，排出炉内氢气，吊走加热罩和内罩，将钢卷吊出，自然冷却至室温。
经上述加热除氢处理后的3个热镀锌钢卷，分别取尺寸为100mm×20mm的片状样，用氢分析仪测量样品的扩散氢含量，测得除氢后3个热镀锌钢板中扩散氢含量分别为0.07ppm(处理前0.19ppm)、0.06ppm(处理前0.18ppm)、0.07ppm(处理前0.18ppm)。
实施例3
高强钢卷为抗拉强度1200MPa的热镀锌钢卷，热镀锌钢卷在卷取前从热镀锌钢板上取尺寸为100mm×20mm的片状样，采用氢分析仪测量钢板的扩散氢含量，测得4个热镀锌钢板中扩散氢含量分别为0.21，0.19ppm、0.19ppm、0.20ppm。
采用本发明的高强钢卷除氢方法进行除氢，具体步骤如下：
(1)将4个热镀锌钢卷以卧式装入罩式炉，在罩式炉炉底与热镀锌钢卷之间放三根截面为15cm×15cm的型钢作为垫板，在钢卷与钢卷之间放三根截面为15cm×15cm的型钢作为垫板，罩式炉内放4热镀锌钢卷，4个热镀锌钢卷的装载量为罩式炉装载量的80％，装好以后，扣内罩和加热罩；
(2)加热及保温，然后加热前充入向炉内充入纯氮气作为除氢过程中的保护气，通电加热，炉内温度以1℃/min的升温速率升至120℃后，保温50min，之后继续加热，炉内温度以0.8℃/min的升温速率升至180℃后，保温4h；
(3)保温结束后，停止加热，热镀锌钢卷在罩式炉内自然降温，当炉内温度降至95℃后，吊走加热罩和内罩，将钢卷吊出，自然冷却至室温。
经上述加热除氢处理后的4个热镀锌钢卷，分别取尺寸为100mm×20mm的片状样，用氢分析仪测量样品的扩散氢含量，测得除氢后3个热镀锌钢板中扩散氢含量分别为0.09ppm(处理前0.21ppm)、0.07ppm(处理前0.19ppm)、0.07ppm(处理前0.19ppm)、0.08ppm(处理前0.20ppm)。
结合实施例1～3，本发明的高强钢卷除氢方法，采用罩式炉以及通过控制高强钢卷装载量、升温速率，加热温度以及保温时间等工艺参数，在不影响高强钢卷力学性能以及表面质量的情况下，实现对高强钢卷进行整卷除氢，将高强钢卷中扩散氢含量降至除氢前的1/3～1/2，使得高强钢卷的氢致延迟开裂情况得到改善；该高强钢卷除氢方法，利用现有的罩式炉进行除氢，可以减免专用除氢设备的建造投资，提高设备利用率。
综上所述，上述实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种高强钢卷除氢方法，其特征在于，利用罩式炉对高强度钢卷进行加热除氢，将所述高强度钢卷中扩散性氢含量降至除氢前高强度钢卷中扩散性氢含量的1/3～1/2，
所述高强钢卷除氢方法包括以下步骤：
S1，将高强钢卷以卧式装入罩式炉，扣内罩和加热罩，
所述步骤S1中，所述高强钢卷之间以及所述高强钢卷与所述罩式炉炉底之间均采用垫板隔离，所述高强钢卷的装载量不超过所述罩式炉装载量的80％；
S2，加热及保温，加热前调整所述罩式炉内的气氛，然后通电加热，炉内温度升至120～150℃，保温30～60min后，继续加热，炉内温度升至180～200℃后，保温3～6h，
所述炉内温度升至150℃的过程中，升温速率为1～5℃/min，所述炉内温度继续升至180～200℃的过程中，升温速率为0.5～1℃/min；
S3，保温结束后，停止加热，当炉内温度降至80～100℃时，所述高强钢卷出炉，
所述高强钢卷除氢后，扩散性氢含量在0.10ppm以下。
2.如权利要求1所述的高强钢卷除氢方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述垫板厚度为10～15cm。
3.如权利要求1所述的高强钢卷除氢方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述气氛为氮气、氢气、氮气与氢气的混合气体、空气中的一种。
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- 2020-09-17 CN CN202010979802.7A patent/CN114196810B/zh active Active
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