SPCC冷轧薄板退火工艺的优化与性能分析

根据厚度越薄越易粘结这一特点， 对不同厚度 的钢卷单独组炉生产，通过大量生产试验，制定出不 同的退火温度，见表 1。
表 1 不同厚度钢卷的退火温度 Tab.1 The annealing temperature of steel coils with
different thickness
钢卷厚度 /mm 1.5～2.0 1.2～1.5 1.0～1.2 0.8～1.0 0.6～0.8 0.5～0.6
下半月出版
Material & Heat Treatment 材料热处理技术
SPCC 冷轧薄板退火工艺的优化与性能分析
李秀莲 1, 何 亮 2, 孙 尚 3
(1. 青海大学 建筑工程系, 青海 西宁 810016; 2. 重庆钢铁股份公司 生 产 指 挥 中 心, 重 庆 400080; 3. 重 庆 钢 铁 股 份公司 冷轧薄板厂, 重庆 401221)
620℃保温 /h /
/
2
2
2
2
加热速度和冷却速度过快将导致钢卷层间压应 力增加，粘结倾向增大。 加热速度由于受加热能力 及钢卷均温慢的影响，是可以控制的。 但换上冷却 罩开始冷却时，冷却速度极快，2 h 后就降到 500 ℃。 在 大 量 实 验 中 发 现 ，600 ℃为 粘 结 易 发 生 的 临 界 点 温度，高于此温度，由于钢卷冷速过快致使层间压应 力增大，极易粘结；低于 600 ℃以后，随着渗 碳体的 析出，屈服极限逐渐增大，就不会产生粘结了。因此， 对 1.2 mm 以下规格钢卷采用降 低冷却速度 的工艺 优化方案：加热结束后，继续将加热罩留在炉台上， 引入助燃空气进行缓冷， 温度降到 600 ℃后再更换 冷却罩快速冷却。
因此，本文通过对各种参数的优化，降低了退火 粘结缺陷。 根据钢卷性能情况，从强度、伸长率和金 相组织等方面进行研究分析， 并提出改进退火工艺 的优化措施， 从而提高了 SPCC 冷轧薄板的性能合 格率。
1 原 SPCC 冷轧薄板生产存在的问题
带钢在退火后产生的粘结、黑斑、黑带和氧化色 等表面缺陷， 影响冷轧产品的成材率和合格率。 因 此，通过优化退火工艺，减少因这些缺陷造成的废次 品， 提高成材率和合格率是目前迫切需要解决的问 题。冷轧产品出现的性能不合格钢卷，主要原因是伸 长率偏低(在 36%左右)，抗拉强 度偏高(在 380 MPa 左右)，所以需对退火工艺进行针对性优化。
3 从提高性能角度优化退火曲线
3.1 性能不合格原因分析 本厂出现的性能不合格钢卷， 主要是因为伸长
率过低，在 36%左右(标准要求不小于 37%)；同时抗 拉 强 度 (σb) 在 380 MPa 左 右 ， 接 近 上 限 ( 标 准 要 求 270～410 MPa)。 出现这种情况的主要原因是晶粒长 大不充分，这一观 点 由 金 相 分 析 得 以 证 实 。
文 献 标 识 码 ：A
文 章 编 号 ：1001-3814(2010)08-0171-03
Technology Optimization and Performance Analysis of Annealing Process for SPCC Cold Rolled Sheet
LI Xiulian1, HE Liang2, SUN Shang3
Key words：SPCC; cold rolled sheet; annealing; process optimization
SPCC 表 示 一 般 用 冷 轧 碳 素 钢 薄 板 及 钢 带 ，主 要应用于汽车制造、电气产品、机车车辆、航空航天、 精密仪表等。 近年来，我国汽车业的发展速度很快， 有 关 专 家 预 计 ，2010 年 国 内 汽 车 产 量 将 突 破 1600 万辆，跃居世界第一，整车用钢的年消费量将超过 1700 万吨。 而轿车用钢板以冷轧板为主，约占钢板 用量的 75%。 为此，国内外大型钢铁企业都投入大 量人力、物力、财力开发汽车用钢。 目前，汽车零件 用 SPCC 钢板的用量占很大比例，其要求 SPCC 钢板 具有低廉的价格、 良好的塑性加工性能和一定的抗冲 压性能[1-2]。 重庆钢铁股份有限公司生产的 SPCC 冷轧 板在板型、化学成分、力学性能检验上均达到国家和 日本、德国的相关标准，冷轧产品合格率很高，产品 投放市场后得到许多客户的认可，带来了可观的经 济效益。 然而，自 2007 年起，该厂使用了大量的涟 钢和 攀 钢 热 轧 卷 后 ，SPCC 冷 轧 薄 板 退 火 后 会 出 现
退火温度 /℃ 705 700 695 690 685 680
退火的保温过程实际上就是钢卷表面与心部的 均温过程，外径越大，装炉量越大，越不易均温；厚度 越薄同样越不易均温。 优化前采用的是随着厚度变 薄和装炉量增大， 延长保温时间的退火工艺， 这种 工艺使薄规 格钢卷(如 0.8 mm 以下)的 退 火 时 间 延 长，从而导致其粘结比例增高。 图 2 为不同厚度钢
表 2 不同厚度钢卷的保温时间 Tab.2 The holding time of steel coil with
different thickness
钢卷厚度 /mm 1.5～2.0 1.2～1.5 1.0～1.2 0.8～1.0 0.6～0.8 0.5～0.6
保温时间 /h 12.0 12.6 13.1 13.7 14.5 15.3
2 从控制粘结缺陷角度优化退火工艺
2.1 粘结的形成机理
《热加工工艺》 2010 年第 39 卷第 08 期
171材料热处理技术 Ma来自erial & Heat Treatment
2010 年 4 月
钢卷在罩式炉中的受热主要来自内罩的热辐射 和保护气的热对流，因带钢为紧卷退火，保护气经端 面向层间传热明显不如内、外表面，如图 1 所示。 钢 卷存在径向温度梯度， 造成外层与心部间产生压应 力。 在加热末期和冷却初期，钢卷屈服极限较低，在 压应力作用下，铁原子在高温下产生扩散连接，从而 形成粘结[3]。
试 验，制定 出 改 进 措 施 ：620 ℃以 前 全 速 加 热 ，此 后
以 25 ℃/h 的速度加热，同时延长保温时间 1 h，使钢
卷在均温充分的同时晶粒充分长大，提高伸长率、降
低抗拉强度[6]。
(2) 优化保温时间与装炉量的关系
钢卷重量的差异导致每炉的装炉量有差别，此
前的原则是：以 70 t～75t 装炉量为基准，每增(减)5 t，
3.2 退火工艺的改进
通过性能不合格原因的分析， 制定了以下工艺
改进方案。
(1) 减缓高温阶段的加热速度并延长保温时间
当加热到 600 ℃以上较高温度后， 卷芯内外温
差较大，这时外圈部分开始再结晶，如果加热速度过
快，就会使整卷再结晶不均匀。由于之前的工艺优化
方案在 620 ℃设定了一个保温平台， 通过反复生产
保温时间延长(缩短)0.5 h。 鉴于性能不合格卷主要
集中在重量大、装炉量大的钢卷中，对保温时间进行
调整，通过多轮试验调整，最终确定了如表 3 所示的
摘 要：分析了 SPCC 冷轧薄板成材率和性能合格率低的原因，确定 退 火 过 程 产 生 的 缺 陷 是 造 成 废 次 品 的 主 要 原
因；并通过采取优化退火工艺的措施，使退火缺陷明显下降，性能得到显著改善，从而有效提高了成材率和性能合格率。
关键词：SPCC； 冷轧薄板； 退火；工艺优化
中 图 分 类 号 ：TG156.26
致抗拉强度偏高，伸长率偏低。 工艺优化后的组织晶
粒较均匀，长大充分，基本形成了等轴晶。
(a) 改进前
(b) 改进后
×150
×150
图 3 工艺改进前后的金相组织
Fig.3 The microstructure of steel coil before and
after process improvement
172
Hot Working Technology 2010, Vol.39, No.08
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由图 3 可看出，工艺改进前金相组织(即性能不 合格钢卷金相组织)晶粒分布不均匀，长大不充分， 部分组织呈条状，较细小，未形成均匀的等轴晶，导
15.3% 14.6%
37.2%
0.6～0.8 mm 0.8～1.1 mm 1.1～1.5 mm 1.5～2.0 mm
32.9%
图 2 不同厚度钢卷粘结比例 Fig.2 The bonding proportion of steel coils with
different thickness
卷所占的粘结比例。 可以看出， 1.1 mm 以下厚度钢 卷 的 粘 结 占 总 粘 结 量 的 70%以 上 。 因 此 ， 针 对 薄 规格均温慢、 易粘结情况， 对退火工艺进行了改进。 对 1.2 mm 以下钢卷在 620 ℃进行 2 h 均温。 然后适 当调整保温时间，见表 2(此 保温时间对 应的是 70 t ～75 t 装炉量)。
收 稿 日 期 :2009-09-29 作者简介:李秀莲(1968- ),女,青海西宁人,副教授,研究方向为金属材
料加工工艺及镁合金塑性变形机理; 电话:0971-3574981;E- mail:jgxlxl@
粘结、 黑斑、 黑带和氧化色等表面缺陷， 而且部分 SPCC 冷轧板的力学性能不符合要求， 既影响该产 品的销售价格，又影响该厂的合格率和成材率。
(1.Department of Construction and Engineering, Qinghai University, Xining 810016,China; 2. Production Command Center, Chongqing Iron & Steel Co., Ltd., Chongqing 400080, China; 3. Cold Rolling Factory, Chongqing Iron & Steel Co., Ltd., Chongqing 401221, China)