專利名稱:深拉延用超低碳鋼的連續(xù)退火方法及設(shè)備的制作方法
本發(fā)明涉及對(duì)深拉延用超低碳鋼進(jìn)行連續(xù)退火的方法和設(shè)備。更具體地說，與普通爐子結(jié)構(gòu)中以冷卻區(qū)作為最重要的爐區(qū)相比，本發(fā)明涉及以加熱作為爐子最重要的結(jié)構(gòu)，可以最大限度利用超低碳鋼的極好的機(jī)械性能的方法和設(shè)備。
在本發(fā)明以前，日本專利申請(qǐng)公開No.47-33409中已經(jīng)公開了通過連續(xù)退火處理生產(chǎn)深拉延用鋼板。如圖5中符號(hào)(a)所示，這一工藝方法是在熱軋和冷軋之后將薄鋼板卷加熱至較高溫度，在該溫度下均熱保溫一段規(guī)定的時(shí)間，急速冷卻到大約400℃，在400℃左右保持1-3分鐘，然后冷卻到室溫。此外，在上述專利文獻(xiàn)的現(xiàn)有技術(shù)描述部分中還提到一種工藝，如圖5中符號(hào)(b)所示，它是在加熱、均熱保溫后，只利用冷卻來對(duì)低碳鋼進(jìn)行退火處理的。不管怎么說，按照上述熱循環(huán)退火的鋼板總是很硬，不適合作為深拉延用鋼板。
目前，只有按照加熱→均熱保溫→急冷→過時(shí)效這一工藝循環(huán)對(duì)低碳鋼進(jìn)行退火的設(shè)備實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用。
眾所周知，在這種低碳鋼連續(xù)退火生產(chǎn)深拉延用鋼板的常規(guī)技術(shù)中，冷卻工序在連續(xù)退火過程中是最重要的。這就是說，必須控制急冷和過時(shí)效條件，此外還必須控制急冷前的緩慢冷卻條件或過時(shí)效之后的最終冷卻條件。因此，在低碳鋼的連續(xù)退火中，一個(gè)重要的問題是在實(shí)際操作中如何有效地實(shí)現(xiàn)這樣一種理想的并且很復(fù)雜的冷卻循環(huán)，或者說怎樣設(shè)計(jì)能夠按照上述熱循環(huán)高效率地生產(chǎn)這種鋼板的設(shè)備。到目前為止，人們一直是根據(jù)上述技術(shù)構(gòu)思來設(shè)計(jì)和建造生產(chǎn)深拉延用鋼板的連續(xù)退火設(shè)備的。結(jié)果在所有已有的生產(chǎn)深拉延用鋼板的連續(xù)退火設(shè)備中，冷卻區(qū)成了決定設(shè)備生產(chǎn)率的部分，因此冷卻區(qū)的操作和控制方法是予先設(shè)計(jì)的，以便優(yōu)先達(dá)到所要求的冷卻條件。這是從這種常規(guī)的技術(shù)構(gòu)思的觀點(diǎn)出發(fā)得出的必然結(jié)果。
另一方面，人們已經(jīng)知道，當(dāng)使用碳含量低于普通低碳鋼(C≈0.04％)的十分之一的超低碳鋼(C≈0.002％)時(shí)，就沒有必要進(jìn)行過時(shí)效處理了。然而，人們還認(rèn)為低碳鋼與超低碳鋼在進(jìn)行加熱和均熱工序上沒有本質(zhì)的區(qū)別。因而，到目前為止人們一直把為低碳鋼設(shè)計(jì)的普通退火爐用來處理超低碳鋼。但是，在這樣的爐子里，超低碳鋼的極好的機(jī)械性能根本不可能得到利用，相反地卻帶來了許多麻煩。
在如圖4所示的深拉延用鋼板的普通連續(xù)退火設(shè)備中處理低碳鋼時(shí)，急冷速度和過時(shí)效條件的控制是極為重要的。為了精確地控制這些因素，開始急冷時(shí)的溫度，即均熱區(qū)出口處的溫度應(yīng)該是恒定的。但是，由于鋼板移動(dòng)速度、鋼板厚度等的變化，如圖4a中符號(hào)(i)、(ii)和(iii)所示，加熱區(qū)中的溫度發(fā)生不同變化。在極端情況下，在加熱區(qū)中加熱到較高溫度的鋼板，在均熱區(qū)中如圖4a中符號(hào)(i)所示逐漸冷卻。
在這方面本發(fā)明人從所做的試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)了下述情況。熔煉含有0.0025％C、0.08％Mn、0.01％Si、0.010％P0.005％S、0.04％Al、0.002％N及0.035％Ti(按重量％計(jì))的超低碳鋼并將其連續(xù)鑄造成板坯經(jīng)過熱軋和冷軋得到最終厚度為0.8mm的鋼板。將鋼板在不同的溫度下加熱，均熱保溫0-120秒，然后進(jìn)行光整冷軋。隨后測量經(jīng)過這樣處理過的鋼板的延伸率，得到圖2中所示的結(jié)果，圖中園圈中的數(shù)值是延伸率值(％)。從圖2中可以看到，延伸率隨加熱溫度的升高而增加，但是在750℃的較低溫度下，即使長時(shí)間保溫延伸率的增加仍十分微小，而在高于800℃的加熱溫度下基本上看不到均熱保溫時(shí)間的影響。對(duì)于象屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等其他性能也觀察到類似的趨勢。
接下去檢驗(yàn)在850℃退火的二次加工脆性，得到圖2中所示的結(jié)果，圖中符號(hào)○表示沒有脆性，符號(hào)×表示產(chǎn)生脆性。從圖2的結(jié)果可以看出，當(dāng)均熱保溫時(shí)間為0時(shí)，即使在-80℃的溫度下也不發(fā)生開裂，而均熱保溫不少于30秒時(shí)，脆化溫度提高到不低于-50℃。根據(jù)這一事實(shí)證實(shí)了最好是使均熱保溫時(shí)間盡可能縮短。
接下去把經(jīng)過冷軋的最終厚度為0.8mm的鋼板以35℃/秒的加熱速度加熱到不同的溫度，然后以30℃/秒的冷卻速度急速冷卻，測量其r值(蘭克福特值)，得到的結(jié)果如圖3所示。由圖3可以看出，在低碳鋼的情況下，r值趨向于隨著退火溫度升高而增加，但r值的變化不太大。相反地，當(dāng)退火溫度達(dá)到850℃時(shí)，奧氏體相的比率增加阻止了晶粒長大，因而r值趨向于減小。反之，在超低碳鋼的情況下，r值趨向于隨退火溫度升高而顯著增加。
根據(jù)這些結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，為了由超低碳鋼獲得確定的產(chǎn)品，至關(guān)重要的是控制最高加熱溫度，而不是控制均熱保溫時(shí)間。
根據(jù)上述知識(shí)來考慮在普通連續(xù)退火設(shè)備中對(duì)超低碳鋼退火的情況，鋼板在如前所述的加熱區(qū)中按圖4a中符號(hào)(i)、(ii)和(iii)所示的熱循環(huán)變化進(jìn)行退火，結(jié)果即使均熱區(qū)出口處的溫度是恒定的，由于加熱區(qū)中最高加熱溫度不同，仍然產(chǎn)生了機(jī)械性能發(fā)生變化的問題。
由于超低碳鋼在高溫下變得很軟，隨著在高溫下保持時(shí)間延長，產(chǎn)生表面缺陷和發(fā)生卷裂的危險(xiǎn)增加了，因此必須特別小心。
本發(fā)明的目的是，解決超低碳鋼板生產(chǎn)中的上述所有問題以及提供能精確控制規(guī)定加熱溫度的連續(xù)退火方法和設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，規(guī)定了深拉延用超低碳鋼的連續(xù)退火方法，這一方法包括以下步驟將上述鋼的板材由室溫加熱到其再晶溫度以上；通過快速加熱到規(guī)定最高加熱溫度調(diào)整已加熱的鋼板的溫度，精度至少在±℃以內(nèi)，所說的規(guī)定最高加熱溫度是根據(jù)予先選定的鋼材成份，生產(chǎn)條件和產(chǎn)品性能的關(guān)系來確定的；不經(jīng)過均熱保溫就快速冷卻，然后冷卻至室溫。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，規(guī)定了深拉延用超低碳鋼的連續(xù)退火設(shè)備，它包括加熱區(qū)、溫度調(diào)整區(qū)、急冷區(qū)和最終冷卻區(qū)。其中溫度調(diào)整區(qū)具有比加熱區(qū)要高的每單位長度鋼板加熱能力以及即使在不均勻區(qū)溫度精度也能達(dá)到至少±10℃的高靈敏度。這種設(shè)備與普通連續(xù)退火設(shè)備不同，如圖1b所示，它用溫度調(diào)整區(qū)取代了均熱區(qū)并去掉了過時(shí)效區(qū)。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)先選用的具體設(shè)備中，為了提高熱效率，在加熱區(qū)的前面設(shè)置了一個(gè)予熱區(qū)。
在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)先選用的具體設(shè)備中，為了有效地控制最高加熱溫度，可以設(shè)置一個(gè)能夠在加熱過程中冷卻的區(qū)域。
下面參照附圖來說明本發(fā)明，在附圖中圖1a表示在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中的一個(gè)熱循環(huán)；圖1b是根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的一個(gè)具體設(shè)備的示意圖2表示均熱時(shí)間和加熱溫度對(duì)延伸率的影響；圖3是退火溫度對(duì)r值的影響的曲線圖；圖4a表示在普通連續(xù)退火設(shè)備中的一個(gè)熱循環(huán)；圖4b是普通連續(xù)退火設(shè)備示意圖；圖5表示在普通退火過程中的一個(gè)熱循環(huán)；圖6是一個(gè)曲線圖，它表示在連續(xù)退火過程中開卷鋼板的移動(dòng)速度變化時(shí)性能的變化。
根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備與圖4中所示的普通設(shè)備的主要區(qū)別在于，省略了過時(shí)效區(qū)并設(shè)置了代替均熱區(qū)的溫度調(diào)整區(qū)。本發(fā)明的意圖在于，在溫度調(diào)整區(qū)中加熱鋼板時(shí)可靠地控制住溫度，因此要求有相當(dāng)大的熱容量和良好的靈敏度。在這種情況下，溫度調(diào)整區(qū)中每單位長度鋼板的熱容量必須大于加熱區(qū)或予熱區(qū)。此外，即使在不均勻區(qū)溫度精度也必須達(dá)到至少±10℃。為此目的，在溫度調(diào)整區(qū)采用了向鋼板直接噴吹經(jīng)過高溫加熱的非氧化性氣體的裝置、通電直接加熱鋼板的裝置、在高于通常溫度下使用的輻射管裝置等。另外，溫度調(diào)整區(qū)具有通過退火溫度控制機(jī)械性能和補(bǔ)償成分變化的作用，或者具有補(bǔ)償由于鋼板移動(dòng)速度或鋼板厚度的變化而引起鋼板溫度變化的作用，從而可以高精度地控制鋼板的規(guī)定最高加熱溫度。此外，在加熱過程中鋼板局部冷卻的特點(diǎn)對(duì)于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的也是有作用的。
將鋼板在溫度調(diào)整區(qū)中按圖1a中符號(hào)(i)、(ii)、(iii)或(iv)所示加熱至規(guī)定最高加熱溫度后，不經(jīng)過過時(shí)效區(qū)使其迅速冷卻。在這種情況下，噴氣冷卻、滾動(dòng)冷卻或這兩種冷卻方式相結(jié)合是適宜的冷卻方式。此外，從機(jī)械性能的觀點(diǎn)出發(fā)，幾乎用不著限制冷卻速度，因?yàn)椴恍枰崩湟贿^時(shí)效這一特殊處理，因此從裝置和操作的角度來看它可以主要根據(jù)情況來確定。
在溫度達(dá)到規(guī)定最高加熱溫度后將鋼板急速冷卻的原因是，如圖2所示，當(dāng)均熱保溫時(shí)間增加時(shí)已不再指望改善機(jī)械性能的事實(shí)，相反，象反常晶粒長大、性能下降這些危險(xiǎn)增加了，發(fā)生熱翹曲、啄印等生產(chǎn)問題的次數(shù)也增多了。
為了進(jìn)一步提高熱效率，在加熱區(qū)的前面可以設(shè)置一個(gè)予熱區(qū)，或者可以把加熱區(qū)劃分為若干個(gè)爐體，這樣做不會(huì)損害本發(fā)明的效果。此外，為了提高冷卻效率將冷卻區(qū)分成兩個(gè)或兩個(gè)以上的冷卻爐體的做法也不會(huì)損害本發(fā)明的效果。
根據(jù)本發(fā)明，使用超低碳鋼作板材時(shí)，由同一板材可以獲得不同的機(jī)械性能，或者在連續(xù)退火處理時(shí)僅僅通過精確地控制退火加熱溫度就可以使板材中不均勻的機(jī)械性能均勻化。具體地說，本發(fā)明可以便利地實(shí)現(xiàn)下列事實(shí)(1)根據(jù)化學(xué)成分的變化，通過控制加熱溫度，可以得到機(jī)械性能非常均勻的鋼板；(2)通過局部高溫加熱，可以補(bǔ)償經(jīng)熱軋后的薄鋼板卷的外部和內(nèi)部的機(jī)械性能下降；(3)可以避免由于鋼板尺寸或鋼板移動(dòng)速度的變化而引起的鋼板溫度變化；(4)由同種材料生產(chǎn)具有指定的機(jī)械性能的產(chǎn)品。例如如圖6所示，在圖退火過程中超低碳鋼(C0.0015％、Ti0.055％)的鋼板移動(dòng)速度改變時(shí)，r值，熱卷取溫度和加熱溫度大體上在整個(gè)鋼板長度上可以保持均勻一致。
實(shí)施例在鋼板厚度(mm)與鋼板移動(dòng)速度(米/秒)之積為400左右的生產(chǎn)能力的普通連續(xù)退火設(shè)備中，加熱區(qū)的熱容量(燃燒器容量)為40×106千卡/小時(shí)左右。相反，均熱區(qū)的熱容量只夠補(bǔ)償從爐體中損耗的熱量，其燃燒器容量是加熱區(qū)的十分之一。
反之，根據(jù)本發(fā)明的溫度調(diào)整區(qū)由于使用了一個(gè)具有1100℃以上爐溫的超高溫輻射管以及一個(gè)高溫氣體噴吹裝置，其熱容量至少是普通均熱區(qū)的兩倍，這相當(dāng)于10～20×106千卡/小時(shí)。特別是如果考慮每單位長度鋼板的熱容量，則溫度調(diào)整區(qū)的熱容量高于加熱區(qū)的熱容量。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明可以精確地控制深拉延用超低碳鋼板的規(guī)定加熱溫度，從而得到?jīng)]有機(jī)械性能變化的鋼板。此外，由于在加熱區(qū)前面設(shè)置了予熱區(qū)可以提高熱效率。這些改進(jìn)效果是非常突出的。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)深拉延用超低碳鋼進(jìn)行連續(xù)退火的方法，包括以下步驟(1)將上述鋼板的板材由室溫加熱至其再結(jié)晶溫度以上。(2)通過快速加熱至規(guī)定最高加熱溫度調(diào)整已加熱的鋼板溫度，精度至少在±10℃以內(nèi)，規(guī)定最高加熱溫度根據(jù)予先選定的鋼材成分、生產(chǎn)條件和產(chǎn)品性能的關(guān)系確定，(3)不經(jīng)過均熱保溫就快速冷卻，然后冷卻至室溫。
2.按照權(quán)利要求
1所述的方法，其中為了調(diào)整最高加熱溫度，在加熱過程中使所說的鋼局部冷卻。
3.一種深拉延用超低碳鋼的連續(xù)退火設(shè)備，包括加熱區(qū)、溫度調(diào)整區(qū)、急冷區(qū)和最終冷卻區(qū)，其中溫度調(diào)整區(qū)的每單位長度鋼板的熱容量高于加熱區(qū)并且具有在不均勻區(qū)溫度精度也能達(dá)到至少±10℃的良好靈敏度。
4.按照權(quán)利要求
3所述的設(shè)備，其中在加熱區(qū)的前面設(shè)置了一個(gè)個(gè)予熱區(qū)。
5.按照權(quán)利要求
3所述的設(shè)備，其特征在于，在所說的加熱區(qū)或溫度調(diào)整區(qū)中設(shè)置一個(gè)用于調(diào)整最高加熱溫度的可冷卻區(qū)。
6.按照權(quán)利要求
4所述的設(shè)備，其特征在于，在所說的加熱區(qū)或溫度調(diào)整區(qū)中設(shè)置一個(gè)用于調(diào)整最高加熱溫度的可冷卻區(qū)。
專利摘要
公開了一種對(duì)超低碳鋼進(jìn)行連續(xù)退火的方法及設(shè)備。用于實(shí)施這一方法的設(shè)備包括加熱區(qū)、具有較大的每單位長度鋼板熱容量及良好靈敏度的溫度調(diào)整區(qū)、急冷區(qū)和最終冷卻區(qū)。
文檔編號(hào)C21D9/56GK86105994SQ86105994
公開日1987年4月1日 申請(qǐng)日期1986年8月12日
發(fā)明者小原隆史, 大澤一典, 佐藤進(jìn), 角山浩三, 貝原利一 申請(qǐng)人:川崎制鐵株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan