SPCC连续退火工艺的分析和优化

杨正宗 马生亮 柳风林

摘要：分析了热轧原料，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SPCC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SPCC性能的影响。并制定了降低连退SPCC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SPCC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 SPCC 屈服强度 铁碳相图

1 前言

SPCC虽然只是普通的低碳铝镇静钢，但由于传统罩式退火工艺的成熟，已经能生产出屈服强度较低深冲性能较好的产品，广泛应用在汽车，家电，建筑等领域。连续退火虽然具有生产率高，表面质量好，成本低，流程短，产品性能均匀等优点，但邯钢新区连退线初期生产出的SPCC屈服强度还是达不到罩式退火SPCC的水平。针对连续退火SPCC屈服强度高，国内外众多学术及技术工作者已经进行了大量的分析研究，并得出了一些措施，但相关文献较少。本文将着重对连续退火生产SPCC的工艺进行分析，并制定降低连退SPCC屈服强度的工艺优化措施。

2.热轧原料对连退SPCC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，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[1]。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[2]。邯钢新区连退投产初期SPCC的热轧卷取温度较低只有680℃，为了降低连续退火SPCC的屈服强度，邯钢新区连续退火SPCC的热轧工艺采用了大于700℃的卷取温度。采取了措施后，SPCC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

SPCC的生产采用如图1所示的连续退火工艺。对于SPCC性能的影响主要有均热温度，缓冷出口温度，快冷速度和过时效温度。

3.1 均热温度

在均热过程中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的长大，及渗碳体的溶解和部分铁素体向奥氏体的转变。由于再结晶晶核产生在某些条件有利的部位，具有相对的不均性，且在晶核长大过程中晶界的迁移速率也是不均匀的，使得再结晶晶粒具有不同的尺寸和偶然的不规则形状，在晶粒长大过程中，小晶粒被大晶粒吞并，晶粒尺寸不均匀性得到改善，塑性提高。晶粒长大是以界面能为驱动力，随着均热温度的提高，原子扩散能力增大使晶界迁移速率加快，同时晶界处渗碳体溶解速度加快使晶界迁移的阻力减小，所以在较高的温度退火可得到较为粗大的晶粒，降低SPCC屈服强度。为了降低SPCC的屈服强度，连退均热温度在原先的基础上提高了40℃。

3.3 缓冷温度

缓冷温度对于低碳铝镇静钢的影响，詹华[3]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。本文将利用铁碳相图加以解释。从图2中可看到，SPCC在A1温度以上降温时，铁素体中碳的固溶度是增加的，所以碳的过饱和度是减小的，够不成渗碳体析出的条件，因此在A1以上温度降温铁素体晶粒内部和晶界都不会析出渗碳体。当SPCC在A1温度以下温度降温时，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，同时铁素体中的碳向晶界扩散。缓冷温度一般设置在A1温度以下，所以缓冷温度越低，晶界处渗碳体生成量越多，对于SPCC的塑性越不利。另一方面，由于缓冷温度低时铁素体的固溶碳较少，在快冷时碳的过饱和度较低，渗碳体形核驱动力小，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，最终造成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。邯钢新区连退线为了提高缓冷温度，将缓冷段冷却风机的转速调至最低，同时提高均热温度补偿缓冷过程中的温降，保证了缓冷温度由以前的650℃左右提高到660℃以上。

3.4 快冷速度和过时效温度

冷轧板为了保证其性能的稳定性，使其在保质期内不发生时效以造成钢板的硬化，必须进行过时效处理。带钢在连续退火炉中的过时效段，首先发生的是时效效应，这使得经快冷后的钢中的碳化物弥散的析出，这个过程使钢板产生了时效硬化，随着析出的碳化物的长大，钢板的硬度达到了一个峰值，过峰值后，硬度开始下降，碳化物继续长大，带钢开始了过时效效应。从Fe-Fe3C平衡相图中可以知道，碳在铁素体中的溶解度随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，碳化物不沿溶解度曲线析出，而是在铁素体中呈过饱和状态，这是一种不稳定状态，在合适的条件下，碳将从铁素体中脱溶析出，形成稳定相Fe3C。决定碳的脱溶效果的因素主要是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。在时效处理过程中间隙碳原子的扩散距离缩短， 渗碳体的析出加快，从而渗碳体总的析出量明显增加，使得固溶碳含量减小，屈服强度降低，抗时效性能提高[4]。为了达到较好的时效效果，降低SPCC屈服强度，连退线将过时效温度降至400℃左右。

4. 工艺调整对SPCC组织和性能的影响

从图4金相组织的对比可以看出：工艺调整前晶粒平均尺寸约13.2μm晶粒度为9.5级，调整后晶粒平均尺寸约15.3μm晶粒度9.0级，铁素体晶粒尺寸明显粗大，且晶内析出的渗碳体明显增多。说明工艺调整促进了铁素体晶粒的粗大和固溶碳的充分析出，有利于屈服强度的降低。

对调整前的334个试批和调整后的501个试批的统计发现，经过提高SPCC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， SPCC的屈服强度得到明显的降低，且延伸率有所提高，如图4所示。

5 结语

针对连续退火SPCC屈服强度较高的问题，本文分析了热轧原料和连退工艺对連续退火SPCC的性能影响，并制定了降低SPCC屈服强度优化措施：

（1）提高热轧卷取温度；

（2）提高均热温度、缓冷温度和快冷速度，降低的过时效温度；

按照以上原则调整了工艺以后，邯钢新区冷轧厂连续退火SPCC的产品性能得到了明显的改善。

参考文献：

[1]胡恒法， 裴新华， 穆海玲.铝含量对低碳冲压板织构和性能的影响[J].宝钢技术2006，（2）：15～18.

[2]詹 华，吴文林，汪飞松.连续退火工艺对低碳铝镇静钢性能的影响[J].金属热处理.2009，34（4）：89～90.