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摘要：分析了热轧工艺，连续退火工艺的均热温度、缓冷温度、快冷速度、过时效温度等因素对连续退火DC01性能的影响，特别是创新性地利用铁碳相图分析了缓冷温度对DC01性能的影响。并制定了降低连退DC01屈服强度的工艺措施，工业大批量生产数据说明采取措施后连续退火DC01的屈服强度得到明显的降低，延伸率也有所提高。
关键词：连续退火工艺；DC01；屈服强度；铁碳相图
1前言
DC01虽然只是普通的低碳铝镇静钢，由于其较低的屈服强度和优良的深冲性能，广泛应用在汽车、家电、建筑等领域。传统罩式退火工艺已经非常成熟,已经能生产出屈服强度较低深冲性能较好的产品。然而，随着生产技术的发展，连续退火工艺因其高生产率、优良的表面质量、较低的成本和较短的流程等优点，逐渐成为主流的生产工艺。但在初期，邯钢新区的连退线在生产DC01时遇到了一些问题。主要表现在屈服强度偏高，而延伸率偏低，这与罩式退火生产的DC01相比，性能上存在一定的差距。对于需要深冲成形的零部件，过高的屈服强度会导致冲压过程中的困难，甚至可能导致零件的开裂或变形，影响最终产品的质量。针对此问题，国内外的学者和技术工作者已经对此进行了深入的研究，并提出了一些可能的解决方案，但相关文献较少。本文将重点分析连续退火生产DC01的工艺流程，并探讨如何通过工艺优化来降低连退DC01的屈服强度。包括对加热温度、冷却速率、气氛控制以及后续处理等关键工艺参数的调整。
2热轧原料对连退DC01的性能影响
连续退火工艺较罩式退火有很大的区别,连续退火的工艺特点在于加热速度快,退火温度高,降温速度快,还具有过时效处理的功能。这些特点决定了连续退火对热轧原料的要求也有别于罩式退火。罩式退火的热轧原料通常采用“三高一低”的热轧工艺,即“高温度”：在热轧过程中，原料需要在高温下进行轧制，这有助于降低材料的变形抗力，提高轧制效率，同时也有助于改善材料的微观结构；高速度，高速度轧制可以减少轧制过程中的热损失，保持材料的高温状态，有助于提高轧制效率和材料的塑性；高压力，在热轧过程中施加高压力，可以确保材料在变形过程中达到所需的形状和尺寸，同时也有助于材料内部缺陷的消除；低氧化，在热轧过程中，控制氧化层的形成至关重要，因为氧化层会影响材料的表面质量和后续的加工性能。通过控制炉内气氛和轧制速度，可以减少氧化层的形成，提高材料的表面质量，使热轧卷获得较为细小的晶粒和弥散分布的细小渗碳体及使AlN颗粒，并使AlN具有一定的固溶度。
而连续退火的热轧原料采用较低的加热温度,较高的终轧温度和卷取温度,从而获得较为粗大的晶粒和渗碳体。这是因为在连续退火过程中,铁素体晶粒在较短的保温时间里得不到充分的长大,因此要求热轧原料具有较大的铁素体晶粒和渗碳体,粗大的热轧原料晶粒有利于退火过程中铁素体晶粒的长大,而粗大的渗碳体通过弱化析出物对晶粒长大的拖拽作用可促进铁素体晶粒的长大。邯钢新区连退投产初期DC01的热轧卷取温度较低只有680℃,为了降低连续退火DC01的屈服强度，邯钢新区连续退火DC01的热轧工艺采用了大于700℃的卷取温度。采取了措施后，DC01的热轧原料卷屈服强度降低了15MPa左右。
3连续退火工艺的分析
首先，带钢进入加热段达到设定的退火温度。其次，带钢进入均热段，在这一阶段晶粒的充分再结晶和长大，对改善材料的塑性和韧性具有重要作用。再次，带钢进入缓冷段，这里的温度控制对于材料性能的最终形成至关重要。在缓冷过程中，渗碳体的析出有助于提高材料的强度和硬度。缓冷结束后，带钢通过喷气快速冷却，这一步骤有助于获得更细小的晶粒，从而提高材料的强度和韧性。最后，带钢进行时效处理，这一过程通过控制冷却速度和时间，进一步优化材料的微观结构，提高其力学性能。研究表明，均热温度、缓冷出口温度、快冷速度和过时效温度是影响DC01性能的主要因素。通过精确控制这些参数，可以生产出具有优异性能的DC01产品，满足汽车、家电和建筑等行业的高标准要求。
3.1均热温度
在连续退火工艺中，均热过程是一个关键步骤，它直接影响到材料的微观结构和宏观性能。在这一阶段，主要发生再结晶铁素体和加热过程中形成的奥氏体的晶粒长大以及渗碳体的溶解和部分铁素体向奥氏体的转变，对改善材料的塑性和降低屈服强度至关重要。再结晶是一个复杂的物理过程，晶核通常在某些条件有利的部位产生，如晶界、位错密集区等。这些晶核的产生具有相对的不均性，导致晶粒在初始阶段尺寸不一，形状不规则。随着均热过程的进行，晶粒逐渐长大，晶界迁移速率也变得不均匀。在这个过程中，较小的晶粒逐渐被较大的晶粒吞并，从而使得晶粒尺寸的不均匀性得到改善。这种晶粒的均匀化有助于提高材料的塑性，减少加工过程中的裂纹和断裂风险。晶粒长大的驱动力主要是界面能，随着均热温度的提高，原子的扩散能力增加，晶界迁移速率加快。同时，晶界处的渗碳体溶解速度也加快，这减少了晶界迁移的阻力，进一步促进了晶粒的长大。因此，在较高的温度下进行退火处理，可以获得较为粗大的晶粒，从而降低DC01材料的屈服强度。为了进一步降低DC01的屈服强度，连续退火工艺中的均热温度在原先的基础上提高了40℃。这一调整不仅有助于晶粒的均匀化，还能够通过增加晶粒尺寸来降低材料的屈服强度。优化后的工艺能够生产出具有更优异塑性和更低屈服强度的DC01材料，满足汽车、家电和建筑等行业对高性能材料的需求。
3.2缓冷温度
詹华在实验室利用连续退火模拟试验进行了验证结果表明缓冷温度较高时,低碳铝镇静钢退火后屈服强度较低,但对其机理并未介绍,且国内外文献相关介绍也很少。铁碳相图是理解铁碳合金相变行为的重要工具，本文利用铁碳相图加以解释，DC01在A1温度（铁碳相图中的共析点，大约为723℃)以上降温时，铁素体中碳的固溶度随着温度的降低而增加，这导致碳的过饱和度减小，不足以形成渗碳体析出的条件。因此，在A1以上温度降温时，铁素体晶粒内部和晶界都不会析出渗碳体。当DC01在A1温度以下降温时，铁素体中碳的固溶度开始减小，渗碳体将优先在晶界处形成。同时，铁素体中的碳原子向晶界扩散，促进了渗碳体在晶界的析出。由于缓冷温度通常设置在A1温度以下，缓冷温度越低，晶界处渗碳体的生成量就越多，这对DC01的塑性是不利的。另一方面，缓冷温度较低时，铁素体中的固溶碳含量较少，这导致在快速冷却过程中碳的过饱和度较低，渗碳体形核的驱动力减小。因此，铁素体晶粒内部形成的渗碳体较少，不能为时效处理时渗碳体的析出提供足够多的形核点，这最终导致产品的固溶碳含量较高，屈服强度较高。因此，较高的缓冷温度有利于获得较低的屈服强度和较高的塑性。
为了提高缓冷温度，邯钢新区连退线采取了一系列措施。首先，将缓冷段冷却风机的转速调至最低，以减少冷却速率，从而提高缓冷温度。其次，提高均热温度以补偿缓冷过程中的温降，确保缓冷温度能够从以前的650℃左右提高到660℃以上。通过这些措施，不仅能够提高缓冷温度，还能够优化材料的微观结构，从而获得更低的屈服强度和更高的塑性。
3.3快冷速度和过时效温度
冷轧板在生产和使用过程中，为了确保其性能的稳定性，避免在保质期内因时效作用而导致钢板硬化，必须进行过时效处理。这一处理过程在连续退火炉中的过时效段进行，其核心在于通过控制时效效应，优化钢板的微观结构和宏观性能。在过时效段，首先发生的是时效效应，这一效应使得经快冷后的钢中的碳化物弥散析出。这一过程导致钢板产生时效硬化现象。随着碳化物的逐渐长大，钢板的硬度会达到一个峰值。然而，一旦超过这个峰值，硬度便开始下降，而碳化物继续长大，带钢进入过时效效应阶段。这一过程对于降低钢板的屈服强度，提高其塑性和抗时效性能至关重要。根据Fe-Fe3C平衡相图，我们知道碳在铁素体中的溶解度随着金属温度的降低而大幅度减小。当带钢从高温急冷到较低温度时，碳化物不会沿溶解度曲线析出，而是在铁素体中以过饱和状态存在。这是一种不稳定状态，碳原子在适当的条件下会从铁素体中脱溶析出，形成稳定的Fe3C相。决定碳的脱溶效果的关键因素包括快冷速度和过时效温度。冷却速度越快，过时效的温度越低，碳在铁素体中的过饱和度越高，渗碳体的析出动力也就越大。在过时效处理的入口处，铁素体内部形成的渗碳体越多，这有助于在时效处理过程中缩短间隙碳原子的扩散距离，加快渗碳体的析出，从而增加渗碳体的总析出量。这一变化使得固溶碳含量减小，降低了钢板的屈服强度，提高了抗时效性能。
为了达到更好的时效效果，降低DC01的屈服强度，连续退火线采取了将过时效温度降至约400℃的措施。这一温度选择是基于对碳化物析出动力学和钢板性能的综合考虑。通过精确控制过时效温度，可以有效地促进碳化物的析出，减少固溶碳含量，从而降低钢板的屈服强度，提高其塑性和抗时效性能。此外，通过优化过时效处理的工艺参数，如冷却速度、过时效温度和保温时间，可以进一步改善钢板的微观结构和宏观性能。这种优化不仅有助于提高钢板的加工性能，还能够延长其使用寿命，满足现代工业对高性能材料的需求。总之，通过精确控制连续退火炉中的过时效段工艺，可以显著改善冷轧板的性能，降低其屈服强度，提高其抗时效性能。
4工艺调整对DC01组织和性能的影响
在对冷轧板的连续退火工艺进行调整前后，金相组织的变化显著。工艺调整前，晶粒的平均尺寸约为13.2μm，晶粒度为9.5级。这一状态下的晶粒尺寸较小，晶粒度较高，表明晶粒较为细小且分布较为均匀。然而，这种细小的晶粒结构可能会导致材料的屈服强度较高，塑性较差，不利于材料的进一步加工和应用。经过工艺调整后，晶粒的平均尺寸增加到约15.3μm，晶粒度降至9.0级。这一变化表明铁素体晶粒尺寸明显变粗，晶粒度降低，晶粒更加粗大。这种粗大的晶粒结构有助于提高材料的塑性，降低屈服强度，使材料更易于加工成形。此外，调整后的金相组织中，晶内析出的渗碳体数量明显增多。这一现象说明工艺调整促进了固溶碳的充分析出，形成了更多的碳化物。这些细小的碳化物颗粒分布在铁素体基体中，可以阻碍位错的运动，从而提高材料的强度和硬度。同时，由于碳化物的析出，固溶碳含量降低，这有助于进一步降低材料的屈服强度。
5力学性能测试和分析
按照国标GB/T 228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分;室温试验方法进行准静态力学性能测试，试样沿垂Metallurgical Smelting直轧制方向取样，试样标距长度为80mm，宽度为20mm。利用ZWICK拉伸试验机进行拉伸试验，获得材料的屈服强度、抗拉强度、延伸率等指标。
对工艺调整前的334个试批进行力学性能测试，屈服强度平均值260MPa，延伸率平均值39.8%。由于材料屈服强度较高，成形过程中变形抗力较大，不利于材料成形，容易产生成形开裂等问题。通过调整热轧和退火工艺后，生产501个批次的钢卷，经力学性能测试，材料屈服强度平均值降低至200MPa，延伸率平均值提高至41.5%。可以看出，经过提高DC01的热轧卷取温度，提高均热温度和缓冷温度，降低过时效温度等措施，DC01的屈服强度得到明显的降低，且延伸率有所提高。
6结语
针对连续退火DC01屈服强度较高的问题，本文分析了热轧原料和连退工艺对连续退火DC01的性能影响，并制定了降低DC01屈服强度优化措施。
（1）提高热轧卷取温度，提高材料晶粒尺寸，从而降低材料屈服强度。邯钢新区连续退火DC01的热轧工艺采用了大于700℃的卷取温度后，DC01的热轧原料卷屈服强度降低了15MPa左右。
（2）提高均热温度、缓冷温度和快冷速度，降低的过时效温度。提高均热温度，有利于晶粒充分再结晶和长大，有利于降低材料的屈服强度。本文退均热温度在原先的基础上提高了40℃,屈服强度得到明显的下降。
（3）对工艺调整前后的试样进行力学性能统计，调整工艺以后，邯钢新区冷轧厂连续退火DC01的产品性能得到了明显的改善，屈服强度由260MPa降低至200MPa，延伸率由39.8%提高至41.5%。后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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汽车用钢DC01热处理工艺技术优化与应用论文
人参与 2024-12-13 09:58:28 分类 : 理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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