汽车用薄钢板的连续退火技术

式中 σt- cr ———发生热瓢曲的临界张力
σ e
———屈服应力
E ———杨氏模量
R ———炉辊半径
h ———带钢厚度
a ———上下辊高度
b ———带钢宽度
r ———炉辊锥度角
μ———滑动摩擦系数
r ———炉辊锥度角
c ———炉辊平直部分的宽度
为了适应产品规格范围跳跃大的要求 ,炉辊
设计成双锥度 ,通过大量的模拟试验 ,优化锥度
生产 技术拥有
成本 公司 低 新日铁等
较高 新日铁川铁
较低 日本钢管
高 新日铁
低 日本钢管
中 比利时
中
川铁
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现在已 投 入 商 业 生 产 的 超 深 冲 级 别 钢 板 有 EDDQ ,SEDDQ ,有的公司正在试制 Hyper EDDQ ,利 用高纯钢和高的退火温度 ,产生大量{111}织构 , 达到特殊性能 ,其中 r 值达到或大于 2. 5 ,延伸率 大于 55 %(板厚 0. 8 mm ,参见图 1) 。如在加钛的 IF 钢中 , w (C) 控制在 30 ×10 - 6 以下 ,冷轧变形率 大于或等于 75 % ,退火温度在 850 ℃左右均热 。 这些软钢可用来制造油箱 、汽车后挡板 、侧门等变 形大的部件 。深冲钢特性见图 1 。 2. 2 高强钢的生产
图 2 TRIP 钢连退条件及组织构成
图 3 590MPa TRIP 与 DP 钢拉伸曲线对比
图 4 高强钢涨形试验 ( A :TRIP S :固溶型 D :DP 钢 P :析出型)
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现在 ,连续退火产品品种十分丰富 ,不仅有普 通的冷轧板 (如 CQ ,DQ) ,还能生产深冲级和超深 冲级冷轧板 (如 DDQ 、EDDQ 、SEDDQ) ,为适应汽车 工业高速发展的要求 ,开发了一系列高强钢产品 , 以满足汽车各部件的不同需求 。
和罩式炉工艺相比 ,连续退火工艺具有许多 明显优势 ,如高的均热温度 、快的冷却速度 、过时 效处理等 ,因而连续退火工艺在冶金上有更广阔 的用武之地 。 2. 1 超深冲软质钢板的生产
Keywords :annealing ;automobile sheet ;high speed cooling
1 前 言
由于连续退火具有生产效率高 (生产周期由 10d 左右缩短到 1h 以内) 、产品品种多样化 、产品 质量高 、生产成本低等许多罩式退火工艺无法比 拟的优势 ,连续退火技术得到了迅速的发展 。从 20 世纪 70 年代以后 ,世界上有 60 多条连续退火 生产线投产 ,世界上已有十几个国家拥有连续退 火生产线 ,在钢铁大国日本 ,用连续退火工艺生产 的冷轧板占总量的约 80 %。
辊冷技术是使带钢与内部通冷却水的炉辊接 触 ,通过热传导实现带钢冷却 。其冷却系数可达 到 700～1 800 kcalΠm2 ·h·℃,接触冷却速度为 100 ～300 ℃Πs ,冷却速度调节可通过带钢运行速度及 水冷辊的移动位置实现 。该技术生产成本低 ,可 实现快速冷却 ,适合生产冷轧板 。但对板形依赖 性强 ,对板宽方向均匀性缺乏有效的调控手段 ,通 常辅以水冷辊对面喷气冷却和后部喷气冷却 ,以 减少板温偏差 ,也影响了冷却速度 ,且接触的辊子 多 ,不可避免产品辊印产生的几率大 。
技术发展至今 ,主要有喷气冷却 ( GJC) ,高速喷气 冷却 ( HGJC) ,辊冷 ( GC) ,气一水双相冷却 (ACC) , 冷水淬 (WQ) ,热水冷却 ( HOWAC) ,喷气和辊冷复 合冷却 (RGCC) 等冷却方式 ,其特点对比如下 (表 1) 。
目前退火技术中主要使用的 4 种快冷技术重 点介绍如下 。 4. 1 辊冷技术
目前退火机组生产的高强钢有 CQ - HSS ,DQ - HSS ,DDQ - HSS ,DP ,BH 钢 ,在超高强钢方面 ,
作者简介 :何建锋 (1970 - ) ,男 ,江西丰城人 ,高级工程师 ,主要从事汽车板技术研究.
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表 1 连退机组各种冷却方式的对比
冷却方式
冷却速度Π( ℃·s - 1) 冷却开始和终了温度 适用品种 板形
常规喷气冷却 GJC
约 15
任意温度
镀锡板
优
高速喷气冷却 HGJC
50 左右
675 ℃左右任意温度 镀锡板冷轧板 优
辊冷 RC
160 左右 (接触部分) 600～650 ℃∂ 300 ℃ 冷轧板
新日铁开发的高速喷气冷却 ,在带钢宽度方 向上分 5 个区段 ,设置 5 个挡板 ,与出口侧的扫描
温度计配合 ,控制带钢横向板温使之均匀 。而川 铁开发的高速喷气冷却与辊冷技术结合形成高速 气冷 加 辊 冷 复 合 技 术 ( RGCC) 。新 日 铁 连 退 的 HGJC 与川铁的不同之处主要是喷嘴不一样 。新 日铁采用突出 ,川铁采用窄缝喷嘴 ,并采取了能有 效减轻气体回流的对策措施 ,如喷嘴横向移动等 , 保证带钢宽度方向的均匀冷却 。另外 ,与川铁的 窄缝喷嘴相比 ,圆柱状喷嘴达到相同的冷却能力 , 所需的能量更小 。
良
气 —水双相冷却 ACC
50～200
675 ℃∂ 250 ℃
冷轧板
良
冷水淬 WQ
1 000～2 000
约 500 ℃< 100 ℃
冷轧板
中
热水冷却 HOWAC
90 左右
任意温度
冷轧板
中
喷气 + 辊冷 GJC + RC
50 左右
任意温度
冷轧板
良
表面 机械
质量 性能 优差 优良 差优 良优 中优 良良 良良
图 5 炉辊凸度与带钢热瓢曲和跑偏关系
角 ,使之既适合生产宽板 ,又可生产窄板 。在退火 炉的设计上 ,也采取了各种措施控制炉辊热凸度 。 在加热炉 ,为防止炉内辐射管加热对炉辊凸度的 影响 ,在每根炉辊的下面都安装了隔热板 ,有的公 司还在隔热板中通冷却空气 ,确保隔热效果 。在 加热炉入口 ,为避免带钢温度低对炉辊凸度的影 响 ,通常在加热炉入口的 4～7 根顶辊设置成的炉 辊室 ,单独对炉温控制 ,并在炉辊的两端喷吹冷却 的保护气体 ,确保炉辊端部凸度不发生变化 ,影响 稳定通板 。
4. 2 高速喷气冷却( HGJC) 通过将炉内保护气体高速喷吹到带钢表面 ,
达到快速冷却带钢的目的 。由于喷气冷却具有收 敛的自稳定特点 ,即如果带钢温度不均匀 ,温度高 的部位 ,其与气体的温差大 ,冷却快 ;反之 ,带温低 的部位 ,其与气体的温差小 ,冷却慢 ,从而最终达 到整个板面温度均匀 ,冷却效果见图 7 。
Synopsis :This paper reviews the development of annealing technology of cold rolling sheet ,ana2 lyzes band passing technology and high speed cooling technology for high temperature annealing of au2 tomobile sheet ,and briefly summarizes the production of cold rolling automobile sheet in Baosteel.
2 薄板冶金技术
早在 20 世纪 50～60 年代 ,用连续退火炉处 理镀锡原板得到了广泛的应用 ,由于这种退火生 产线加热快速 、短时间均热 、快速冷却 ,使铁素体 晶粒细小且固溶碳含量较高 ,退火后的带钢钢质 硬 ,机械性能单一 ,不适合冲压和深冲 。后来 ,日 本钢铁界采用控制钢的化学成分 、热轧高温卷取 、 退火均热后快速冷却及过时效处理等手段 ,从 20 世纪 80 年代初开始新日铁 、川铁 、日本钢管等大 的钢铁公司选用超低碳钢的连续退火法生产深冲 冷轧板 ,并研究开发了各种类型的高强钢 。
关键词 :退火 ;汽车板 ;高速冷却 中图分类号 :TG156 文献标识码 :A 文章编号 :1001 - 1447 (2004) 04 - 0039 - 04
CONTINUOUS ANNEAL ING TECHNOLO GY FOR AUTOMOBIL E SHEET
HE Jian - feng (Cold Rolling Plant ,Baoshan Iron and Steel Co. ,Ltd. ,Shanghai 201900 ,China)
2004 年 8 月
August 2004
钢 铁 研 究
Research on Iron & Steel
ห้องสมุดไป่ตู้
第 4 期 (总第 139 期)
No. 4 (Sum139)
汽车用薄钢板的连续退火技术
何建锋 (上海宝山钢铁股份公司 冷轧厂 ,上海 ,201900)
摘 要 :回顾了冷轧板退火技术的发展 ,对汽车板高温退火中的通板技术 、高速冷 却技术进行了分析和对比 ,简要总结了宝钢冷轧汽车板的生产情况 。
图 1 深冲钢特性
日本钢管采用冷水淬火的高速冷却技术 ,已开发 研制成功最高级别 1 470 MPa 的高强钢 。为解决 高强钢冲压性能差的问题 ,研究人员调整高强钢 中碳 、硅 、锰元素的含量 ,当带钢在 A1～A3 区退 火时 ,晶粒组织为奥氏体和铁素体 ,然后控制冷却 速度 ,不使之产生珠光体 ,并在随后的过时效阶
图 7 高速喷气冷却( HGJC) 系统冷支效果
与其他冷却方式相比 , HGJC 产品缺陷少 ,板 形控制能力更强 ,冷却的起始温度可以较高 ,约 675 ℃左右 ,有利于材质性能提高 ,更适合薄板高 速稳定运行 。 4. 3 冷水淬冷却
冷却速度高 ,可达 1 000～2 000 ℃Πs ,因而生 产高强钢所需合金元素少 ,产品焊接性能 、延时破 坏性能好 ,特别适合生产高强钢和超高强钢专业 化生产 。但由于连退机组产品品种多 ,通常既要 生产软钢 ,又要生产高强钢 ,而软钢不必水淬 ,一 般采用高速喷气冷却 、辊冷等冷却方式 。这样一 条连退机组需配备两种冷却方式 ,设备投资大生 产成本高 ,且采用水淬 ,带钢表面的蒸汽膜对炉辊 表面质量有影响 ,不适合生产高品质的冷轧板 。 4. 4 气 - 水双相冷却( ACC)
另外 ,在快速冷却炉的入口和出口 ,为防止带 温高对炉辊凸度的影响 ,在快冷入口 ,出口设炉辊 室 ,并安装管状加热元件 ,进行炉温单独控制 ,避 免冷瓢曲 。
4 高速冷却技术
冷却速度对带钢材质影响至关重要 ,因此快 速冷却技术也就成为连退机组的核心技术 。冷却
图 6 炉辊辊形设计
σt- cr = ( KR2Πa2 ) ×(σ2eΠE) ×{ hΠ[ rμ( b - c) ]}2
3 薄板高温退火技术
由于退火机组生产的冷轧带钢规格越来越薄 , 最小可达 0. 10 mm 左右 ,速度越来越高 ,工艺段最 高达 1 000 mΠmin ,退火温度越来越高 ,如超深冲软 钢均热温度 870 ℃。为适应薄板 ,带钢易跑偏 ,见 图 5。通过研究发现 ,带钢发生热瓢曲的临界张力 与炉辊的锥度关系密切 ,见图 6 ,其关系如下 。
段 ,随着铁素体和贝氏体的形成和长大 ,固溶碳富 集在奥氏体内 ,从而得到室温下的残余奥氏体 (参 见图 2) 。当带钢在室温下加工塑性变形时 ,残余 奥氏体转变成马氏体 ,该钢种称为 TRIP 钢 ( Trans2 formation - Induced Plasticity) 。在材质性能方面 , 通过拉伸试验 (图 3) 可以看出 ,相同级别的 TRIP 钢和 DP 钢 ,TRIP 钢应变范围明显提高 ;从图 4 的 涨形试验可以知道 ,与其它高强钢相比 , TRIP 钢 加工硬化小 ,塑性稳定性好 ,有着优良的冲压性 能 ,因而被誉为下一代高强钢 。目前新日铁 、川 铁 、日本钢管等钢厂连续退火生产线上已有 590 MPa 的 TRIP 钢商业生产 。