CN1158641A - 连续退火冷轧薄钢板的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
用连续退火设备连续退火冷轧薄钢板,该设备包括设在加热区与保温区中的利用焦耳热的加热装置,和设在冷却区中的利用气体-液体的冷却装置。此外,设置了一加热装置,它在保温区的一任意部分上在短时间内快速地提供补充的温升,以实现加热控制,从而使退火参数(AP)的值成为-33或更高,由此以紧凑的方式通过能很好地控制的快速加热与冷却改善连续退火钢板的可加工性与烘烤淬透性能。
Description
本发明涉及一种用于连续退火冷轧薄钢板的方法和设备,尤其涉及一种用于生产冷轧薄钢板的连续退火方法和设备,它能改善冷轧薄钢板的可加工性,通过赋予烘烤淬透性(BH)生产高性能的薄钢板,以及提高生产率。
已经知道,在连续退火设备中的高温退火技术对于改进像深拉延性和瓢曲这样的冷轧薄钢板的可加工性是一项十分重要的技术。
其主要理由为,冷轧带钢或薄钢板有纤维状组织并呈现出不良的可加工性。因此,为了改善可加工性,要求将薄钢板退火,以使薄钢板能复原和再结晶,产生晶粒长大。与成卷退火相比,连续退火的特别优越之处在于,可以均匀地处理连续输送的薄钢板,使之具有均匀的品质,同时,由于处理时间缩短,可以用较少的天数处理钢板。
一般地说,用于连续退火薄钢板的设备通常从进料侧开始有一加热区、一保温区、一第一冷却区、一过时效区和一第二冷却区。使薄钢板由设置在每个区中的炉底辊输送,以便连续地退火。这种技术的主要特点为钢板在退火时所受的热滞后作用。其主要的加热模式说明如下。将冷轧钢板至少加热到再结晶温度,保持一预定的时间,然后冷却至预定的温度,在预定的温度范围内任意地过时效一预定的时间,然后二次冷却。要采用与品质条件如用于深拉延的钢板或高拉伸强度钢板相对应的加热模式。需要选择一个合适的加热方法和合适的冷却方式,以便能实现这种加热模式。特别是,为了赋予含有Ti和/或Nb的极低碳素钢以烘烤淬透性,已经公知的一种方法包括在高温下将钢退火,以使部分的TiC和NbC再溶解并留下溶质碳。在这种情况下,打开冷轧带钢卷并将其送入连续退火装置,以便再结晶退火。该退火模式主要包括加热、保温和冷却。为了改善可加工性并赋予烘烤淬透性,要使加热温度与保温温度高一些。
在加热区和保温区通常采用火焰直接加热型无氧化加热、辐射管加热、间接电加热等作为加热方法。在任何一种方法中,用放热体而不是钢产生热量,并将热量传到钢板上。其结果是将产生这样的问题:与薄钢板本身产生热的情况相比,将不可避免地使热效率变得很低,而且由于加热能力不够不能进行快速加热;加热区的炉子能力变大,由于不可避免的高周围温度,例如耐火材料就要变得很厚;其结果将是,难以对温度进行控制,要花费很多时间去改变退火条件。为了解决上述问题,开发了一种电阻直接加热和/或感应加热,其方法为利用像炉底辊或薄钢板这样的放热体产生热量。日本专利公报No.60-26817(日本未经审查专利公报No.56-116830)和日本专利公报No.60-26818(日本未经审查专利公报No.56-116831)公开了一种方法,它包括通过辊子用电阻直接加热来加热薄钢板,这样,钢板本身成为放热体并且有高温。同样,日本专利公报No.4-60923公开了一种具有在氛围加热炉中在炉底辊之间用电阻直接加热的加热装置的设备。日本未经审查专利公报No.1-142032和No.1-187789公开了一种方法,其中,在金属带材生产线的前部和后部设置了导电辊子,形成一封闭的电路,该生产线经过一环形变压器并用导电构件连接两处的导电辊子,从而使金属带材、导电辊子和导电构件形成一封闭的电路,当从外接动力源向环形变压器施加以交流电时,就在作为次级线圈的封闭电路中产生感应电流,而金属带材就由由此产生的焦耳热加热。
此外,日本未经审查专利公报No.2-166234公开了一种用于连续退火薄钢板的方法,它包括:将钢的温度分成600至700℃的低温区和800至900℃的高温区;在低温区用火焰对钢进行直接的还原加热,并在高温区对钢进行感应加热,而感应加热则通过测量从低温区出来的薄钢板温度并在高温区进行受控制的加热来控制,由此使钢具有所要求的温度。
此外,日本未经审查专利公报No.61-204319公开了一种用于连续退火冷轧薄钢板的方法,其中,用连续退火生产含Ti的冷轧钢板,该方法包括:在连续退火生产线的保温区中将钢快速加热至比保温温度高200至300℃的温度,然后将钢淬火。不过,作为对象的钢只限于含Ti钢,快速加热只限于保温区中的感应加热。还有,此专利的公开文本只说明了温度升高由200至300℃,而且既未公开像加热速度、保持时间和冷却速度这样的输入能量的详细条件,也未公开赋予烘烤淬透性的目的。
如上所述,当在高温下退火冷轧薄钢板,以改善可加工性并赋以烘烤淬透性时,如此经过处理的钢板将产生像热瓢曲和钢板断裂这样的损伤以及由表面缺陷引起的表面质量变坏等。另外,有这样一些问题,例如由于需要根据不同品种和等级的钢板的生产而改变退火温度,因而使能量费用增加,并使生产率降低。另一方面,在上面所说的专利文献的加热方法中,电加热与传统的退火炉完全分开而与传统的连续退火炉组合在一起。其结果是,会产生这样的问题:加热温度范围变宽了,并使电能消耗变大;由于分开采用两个加热过程,使设备费用变高。
另一方面,在冷却区中通常采用喷气冷却、辊子接触冷却、气体-液体冷却等。在这些冷却方法中,喷气冷却是非氧化性的,它可以进行均匀的冷却,并具有足以冷却厚度达0.4mm的钢板的冷却能力。不过,喷气冷却在薄钢板的厚度超过0.4mm时的冷却能力不足。虽然辊子接触冷却有比喷气冷却高的冷却能力,但除去均匀冷却方面的问题外,它在要求有较高的冷却能力时受到限制。与上面提到的在日本专利公报No.61-10020等中公开的冷却方法相反,气体-液体冷却在冷却能力、冷却均匀性和冷却的可控制性方面都是一种非常优越的冷却方法,虽然钢板在其表面上略有氧化。
日本专利公报No.59-577公开了一种用于在短时间内连续退火冷轧薄钢板的方法,该方法利用了气-液冷却的优点并包括通过朝钢板直接喷射高温气体而用火焰直接加热和气体-液体冷却的组合。但是,在火焰直接加热时,在高温部分内的加热速度最高只有50℃/sec。这个方法在后继工作中在改变退火条件时也存在着加热温度和加热速度方面的问题,因此不能得出结论,认为该方法充分利用了气体-液体冷却的优点。
如上所述,在专利文献所公开的方法中并没有说明,连续退火方法包括利用由作用在薄钢板上的电流产生的焦耳热的加热步骤和用气体-液体混合的冷却步骤组合,以在短时间内实现快速加热和冷却。
近年来,对于连续退火小批量的各种薄钢板的要求越来越多。因此,本发明的主要目的为提供一种连续退火方法,它避免了采用大规模的连续退火设备,同时又能迅速响应范围宽广的退火条件,即能很好地进行控制的连续退火方法和用于该方法的设备。
本发明的另一目的为提供一种连续退火设备,其中设定了在加热和保温的任何阶段用于在短时间内快速补充加热的最佳退火参数,该设备使之有可能易于进行用于赋予可成形性和烘烤淬透性的高温退火,并自由安排钢板经过生产线,该设备可极大地缩短退火时间和退火生产线。
本发明中所限定的加热步骤包括加热步骤和保温步骤。
按照本发明的连续退火方法的各个方面将在下面的①~⑥中予以说明。
①一种用于连续退火薄钢板的方法,包括包含保温步骤和冷却步骤的加热步骤,上述方法包括由在上述加热步骤中产生的焦耳热加热的步骤和用气体-液体混合物在上述冷却步骤中冷却的步骤。
②一种按照①的用于连续退火薄钢板的方法,其中,包括用焦耳热加热的加热步骤借助于电阻直接加热实行。
③一种按照①的用于连续退火薄钢板的方法,其中,在保持了5-300秒的电阻直接加热的步骤中以40-1000℃/sec的加热速度将薄钢板加热至500至900℃,并在用气体-液体混合物冷却的步骤中以10至300℃/sec的速度冷却。
④一种按照①的用于连续退火薄钢板的方法,其中,钢板在电阻直接加热的步骤中以至少为40℃/sec的加热速度被从至少600℃加热至700-900℃。
⑤一种按照①的用于连续退火薄钢板的方法,其中,在电阻直接加热的步骤中将钢板加热至400℃,然后在另一加热步骤中在无氧化或还原气氛下加热至700至900℃。
⑥一种按照①的用于连续退火薄钢板的方法,其中,在以预定的温度加热钢板的上述保温区的任一部分中,短时间地快速加热钢板,以使加热受到控制,并使退火参数(AP)至少变为-33。
此外,按照本发明的连续退火设备将在下面的⑦~中予以说明。
⑦一种用于冷轧薄钢板的连续退火设备,从钢板的入口侧按顺序包括一加热区、一保温区和一冷却区,上述的连续退火设备包括一在包含保温区的整个加热区中用焦耳热加热的装置和一在冷却区中用气体-液体混合物冷却的装置。
⑧一种按照⑦的用于冷轧薄钢板的连续退火设备,其中,上述的在整个加热区内用焦耳热加热的装置包括上述的用电阻直接加热的装置。
⑨一种按照⑦的用于冷轧薄钢板的连续退火设备,其中,设置了一个加热装置,它用于在以预定的温度加热钢带的上述保温区的任意部分上短时间地快速加热钢带,以使加热受到控制,并使退火参数(AP)至少变为-33。
⑩一种按照⑦的用于冷轧薄钢板的连续退火设备,其中,上述的用电阻直接加热的装置是这样一种装置,它在加热钢板时使交流电通过一环形变压器,钢板在通过该变压器时在其中产生感应电流并加热钢板。
一种按照⑦至⑩的用于冷轧薄钢板的连续退火设备,其中,上述设备按顺序包括一加热区、一保温区、一第一冷却区、一过时效区和一第二冷却区。
一种按照⑥至⑨的用于冷轧薄钢板的连续退火设备,其中,用于在上述保温区的任意部分中短时间地快速加热钢带的加热装置包括电阻直接加热装置或感应加热装置。
本发明采用了一种电阻直接加热法,其中,使电流通过钢板本身,并使钢板由钢板本身的焦耳热加热。虽然在利用焦耳热的加热过程中主要采用电阻直接加热和感应加热,但在本发明中主要说明电阻直接加热。在电阻直接加热中,由于钢板本身成为放热体,不需要升高周围温度,因此加热效率是高的。此外,在电阻直接加热中,通过调节电流的大小,就可以容易地控制加热能力,因此在通过至少为40A/mm的电流时,就有可能在加热速度至少为1000℃/sec时超高速加热至高达700至900℃的温度。
本发明中特有的退火参数(AP)是一个无量纲参数,它与被输入热能扩散的Fe原子的扩散距离也就是晶界迁移的距离有关。当AP较大时,退火效果就越显著。因此,在(用退火)消除由冷轧产生的应变和赋予钢板以可成形性时,软化退火是重要的。已经发现,可成形性可用由下式表达的参数AP来表示: 式中,Q为Fe自扩散所用的活化能(60kcal/mol),R为气体常数,T为绝对温度。
在本发明中,接着就通过朝着热钢板表面喷吹由水和含有氮气作为主要成分的炉气组成的两种流体,而使之冷却。该冷却***表现出有均匀的和非常高的冷却速度并且有这样的优点,即通过调节气体与水的比例和水的绝对量,可以控制冷却能力和冷却的最终温度。例如,厚度为0.7mm的钢板可以用50至200℃/sec的冷却速度冷却,钢板的最终温度在钢板的温度范围为250至550℃时可以控制在±10℃的精度之内。在用气体-液体混合物冷却时,钢板与蒸汽反应,在钢板的表面上形成一层薄的氧化膜。由于氧化膜有一其数量级为几个微米的厚度,因此可以很容易地通过简单的酸洗去掉该膜。
电阻直接加热和用气体-液体混合物冷却具有上面所说的优点,并且各自都显示出明显的效力。电阻直接加热和用气体-液体混合物冷却在本发明中是联合进行的,它可以得到下述的特殊效果。
(1)可以将连续退火设备做得小一些。
在电阻直接加热和用气体-液体混合物冷却的***中,在炉子内的加热区中,钢板的长度变成是在辐射管加热和喷气冷却的传统***中钢板长度的1/8,同样,它在第一冷却区中的长度变成1/4。因此,可以使设备明显地变小。此外,当加热速度低至10至20℃/sec时,从渗碳体中分解出来的溶质碳在加热步骤中阻碍再结晶晶粒的增长。因此,必须实施至少20sec的保温。与慢加热相反,当以超过碳从渗碳体中再分解的速度的速度进行快速加热时,不仅可以在短的保温时间内完成再结晶,而且在加热和保温过程中分解的少量碳也可以在快速冷却后通过短时间的过时效而沉淀。其结果是,可以通过短时间的热循环而得到可加工性优越的钢材。如上所述,电阻直接加热和用气体-液体混合物冷却联合,可导致不仅缩短了加热区和冷却区,而且还可缩短保温区与过时效区。因此,可以用低的设备成本实现一个非常小的连续退火设备。
(2)改进了钢板温度的可控制性,可以自由地实现任何一种加热模式。
电阻直接加热本来就是一种在加热可控制性方面非常卓越的方法。在将钢板从室温至少加热到再结晶温度的情况下,以及在将钢板部分地从600℃左右加热至保温温度的情况下,可以通过只控制预定的电流值来自由而精确地控制加热速度和加热温度。不过,即使只在加热时的加热可控制性良好,加热并不能满足整个连续退火中所要求的所有加热模式。只有将加热与冷却结合,具有良好的加热可控性,才能以高精度实现自由选择的加热模式。由于用气体-液体混合物冷却可以如上所述的使冷却速度和最终温度的控制变得容易,电阻直接加热和用气体-液体混合物冷却结合可实现自由选择的退火加热模式,并可满足小批量生产各种不同类型带钢的要求。
(3)提高了生产能力
由于电阻直接加热和用气体-液体混合物冷却在加热可控制性和加热响应方面都是极其卓越的方法,它们可以很快地满足像要通过的钢板尺寸和退火温度这样的条件的变化。例如,在辐射管加热和喷气冷却型的连续退火设备中,当钢板厚度或退火温度改变时,需要有一个用于调节的带卷以正常的或降低的速度在牺牲生产能力的情况下通过,直至得到预定的退火条件。但是,电阻直接加热和用气体-液体混合物冷却相结合,解决了降低生产率的问题,同时能提高生产能力。此外,由于设备可以做成小规模的,由炉底辊产生的不合适的通过可以减少,并可以使钢板以高速通过生产线。因此,可以预期进一步地提高生产率。
(4)改善了薄钢板的品质。
用电阻直接加热和用气体-液体混合物冷却相结合,可以快速地使钢板加热和冷却,或将其加热至高温并快速地冷却。因此,可以得到下列结果:对于按(1)所说的加工钢板,可以实现短的加热循环时间;改善了烘烤淬透性(BH);得到高拉伸强度钢板的晶粒细化;以及改善了可扩管性。
如上所述,电阻直接加热和用气体-液体混合物冷却相结合,所产生的效果超过了那些加热效果和冷却效果的总和。此外,由于设备变成为小规模的,对炉子中的气氛的控制就变得更容易。例如,在用气体-液体混合物冷却时,可以由于下面所说的理由而容易地防止在冷却区中产生的蒸汽进入加热区和保温区。由于可以将加热区的体积和保温区的体积做得较小,可以较容易的对在这两个区中的周围大气压力进行控制,因此,可以稳定地保证保温区与冷却区之间的压力差。其结果是,上面所说的加热与冷却的结合对控制钢板上的氧化膜和防止在加热区与保温区中的耐火材料损坏是有效的。
包括电阻直接加热和用气体-液体混合物冷却的连续退火方法中的一个典型的加热模式如下:在电阻直接加热步骤中将钢板加热至700至900℃,保持至少5秒钟,然后在用气体-液体混合物冷却的冷却步骤中以10至300℃/see的速度冷却钢板。例如,对于用于加工的低碳钢薄板,700至900℃的保温温度对于轧制组织的再结晶和晶粒长大来说是必须的。此外,当采用电阻直接加热作为加热手段时,可以用超过碳从渗碳体中分解的速度的速度加热薄钢板。因此,可以防止由溶质碳引起的再结晶速度的降低,同时,以5秒左右的短时间保温该薄钢板可以赋予钢板以卓越的可加工性。由于下面所说的理由,将用气体-液体混合物冷却的速度的上限规定为300℃/sec。虽然,出于改善无时效性能、强度等的目的而加入的合金元素的量通常可以随着冷却速度的提高而减少,但是,这一效果在冷却速度为300℃/sec时达到饱和。此外,当冷却速度超过300℃/sec时,钢板将由于冷却而有形成不良的形状的倾向。另一方面,由于总的过多的冷却时间使设备变得长而且大,以及由于钢板上的氧化膜厚度增加,将冷却速度的下限规定为10℃/sec。为了在用气体-液体混合物冷却时稳定地保持喷射状态,最理想的是使冷却速度在50至200℃/see的范围内。
当在一部分加热区中采用电阻直接加热时,为了如上所述的防止碳从渗碳体重新分解成铁素体,并赋予卓越的可加工性,要求有至少为40℃/sec的加热速度,该速度超过了碳在从600℃开始的温度从渗碳体中分解的速度,从600℃开始,碳在铁素体中的分解极限浓度变高。通过在现有的加热区的靠后段内设置电阻直接加热装置,将钢板在现有的加热区中加热至600℃,然后通以电流从而将钢板快速加热至700-900℃,就可以实现上述的加热模式。此时,重要的是要以至少600℃开始快速地加热薄钢板。电阻直接加热可以在加热区的靠后段,也就是在加热区的一部分中或保温区的一部分中进行。
当在加热区的一部分中采取电阻直接加热时,也可以在加热区的靠前段提供加热。虽然在此情况下对材料的性能没有影响,但可以预期有提高生产率的效果,这是因为,通过利用能显示出良好的加热响应的电阻直接加热的优点,能够很快地应付所通过的钢板的尺寸和退火条件的改变。虽然在在加热区的靠后段内设置电阻直接加热装置的情况下也可以预期有类似的效果,但是在钢板温度低的区域内采用电阻直接加热装置却有下面所说的优点。可以使用不需要有高温耐久性的廉价设备,此外,还可以在加热区的前面、与现有的炉子设备分开地设置加热装置。因此,不需要改进现有的炉子,并可以以更低的成本制备设备。
下面将参考附图详细解说本发明。
图1是表示连续退火设备的全视图,该连续退火设备包括:一开卷机1、一在入口侧上的剪切机2、一焊接机3、一清洗机4、一在入口侧上的活套挑5和一包含有电阻直接加热装置的加热区6。保温区7和慢冷却区8中设有像电热装置这样的加热装置和像气体喷射器这样的冷却装置。在某些情况下可以不设置慢冷却区8。第一冷却区9在此处装有一气-液冷却装置,因此,要设置一干燥区10。在干燥区10的后面依次设置一过时效区11、一第二冷却区12、一冷却池13和一后处理池14。后处理池14通常包括总共四个池子,即酸洗池、第一洗涤池、电解池和第二洗涤池。在后处理池14的后面,设置一干燥机15、一在出口侧上的活套挑16,一光整冷轧机17、一检查和精整工序工段18、一在出口侧上的剪切机19和一卷取机20。
图2的视图示出了按照本发明的连续退火设备的加热区、保温区和第一冷却区的一个实施例。经过冷轧步骤卷取的薄钢板21被连续地输送,然后进入加热区6。在加热区6中,设置一电阻直接加热装置,它通过采用环形变压器24而在钢板21中产生感应电流。电流经过与一导电构件连接的导电辊22,23在钢板21中通过,从而使钢板21被焦耳热加热。被快速加热的薄钢板21接着就在保温区7中保温。在本实施例中,在保温区7中也设置有导电辊25,26,而钢板则通过通入的电流的加热来保温。在本实施例中,加热区6是一卧式炉子,而保温区7则是一竖炉。卧式炉和竖炉可根据设备的生产能力来选择。也就是说,当设备是一个高产量的设备时,立式设备变得比较主要,因为不然的话,生产线的长度就会较长。但是,当设备是一个产量较低的设备时,卧式设备可使操作变得比较容易。接着,将钢板21送入第一冷却区9,钢板在该处由气-液冷却装置27快速冷却。此后,就任选地对薄钢板21再加热和过时效,并去掉在其上形成的氧化膜。
图3是一卧式的用电流加热的装置的示意图。导电辊22,23设在被加热的薄钢板21的下表面上,而加压辊28、29设置在钢板的上表面上,与导电辊22,23相对。加压辊28、29具有加压装置,它包括例如各自的油缸30,31和加压辊28,29,以及托住钢板21的相对的导电辊22,23。此外,在位于低温侧的导电辊22和位于高温侧的导电辊23之间并围绕薄钢板21的外周边设置一环形变压器24。导电辊22,23与像铜这样的具有远小于钢板21的电阻的导电构件32相连,于是就由钢板21、导电辊22,23和导电构件32形成一闭合回路。从外部动力源33向环形变压器24施加以交流电,并在作为次级线圈的闭合回路中产生感应电流,这样,使钢板由通过感应电流产生的焦耳热加热。加热速度和加热温度可以用交流电控制,交流电的大小可以根据具体的电阻、钢板厚度、钢板宽度、钢板速度和被加热的材料的类似值等条件进行计算。在电阻直接加热***中,有变压器型电阻直接加热***和直接外部通电***。由于高值电流可以有效地通过钢板,因此比较理想的是前一***。
图4是冷却区的示意图。沿第一冷却区9中的下通道36设置有多个气体-液体冷却室34,每个冷却室34在其正下侧设有一折流板。由于薄钢板21在其正面和背面上对称地得到冷却,可以防止钢板21的高温部分中由滴水而产生的不均匀冷却,在第一冷却区中,立式下通道是最有效的。如图5所示,在薄钢板21的两侧,沿钢板经过的方向,垂直地设置了多个气体-液体混合喷嘴组件37,每个组件都包括一气体-液体喷嘴头39和一液体喷嘴头38。气体-液体混合喷嘴组件37在喷射器前面直接混合气体和液体,以稳定地保持雾化状态。气体-液体混合物的冷却速度由液量密度控制,它用每分钟每m2的水量来表示,并通过调节设在通向液体喷嘴头38的液体管40上的液体流量控制阀41来达到。最终温度由喷嘴组件的数目来控制,该数目通过打开或关闭液体流量控制阀41来确定。
图6示出了连续退火设备的一个实施例和一个退火加热周期,它们分别示于图6(A)和图6(B)中,在连续退火设备中,在具有辐射管的加热区6的前方设置了一个电阻直接加热装置6′。由于设置了电阻直接加热设备6′,通过仅仅控制电阻直接加热设备的电流,就可以容易地应付退火温度和所经过的薄钢板尺寸的改变。因此,使无程序退火成为可能,并且可以提高生产率。
图7示出了连续退火设备的一个实施例和一个退火加热周期,它们分别示于图7(A)和图7(B)中,在连续退火设备中,在保温区7和第一冷却区9之间设置了一个电阻直接加热装置6′。由于在保温区7和气-液冷却装置之间设置了电阻直接加热装置6′,使得不仅比将电阻直接加热装置6′设在加热区6的前方的情况能更容易地应付退火温度和所经过的钢板尺寸的改变,而且还由于能将钢板加热至超过现有辐射管的加热能力的高温而有可能改进新的品质,例如改善可加工性和赋以烘烤淬透性。
图1是表示本发明的连续退火设备的一个实施例的视图。
图2是表示连续退火设备的全视图。
图3是表示一电阻直接加热装置的详图。
图4是表示一气体-液体冷却装置的示意图。
图5是表示一气体-液体冷却装置的详图。
图6(A)是表示本发明的连续退火设备的一个实施例的视图,图6(B)示出了连续退火加热周期的一个实施例。
图7(A)是表示本发明的连续退火设备的一个实施例的视图,图7(B)示出了本例中所用的退火加热周期。
图8(A)、图8(B)和图8(C)都是曲线图,它们分别示出了按照本发明的退火参数(AP)和r值、延伸率值或屈服限与拉伸强度之间的关系。
现在用下面的例子说明按照本发明的最佳实施例。
例1
在比较用例子中,使三种厚度为0.7mm的薄钢板通过辐射管加热(RT加热)和喷气冷却(GJC)而退火,而在本发明的例子中使它们通过电阻直接加热和用气体-液体混合物冷却而退火,然后比较其结果。这三种钢板是:(1)低碳Al脱氧薄钢板(用于加工的薄钢板),(2)Ti-SULC薄钢板(用于加工的薄钢板)和(3)高拉伸强度薄钢板。例子中的设备可容易地通过部分地改进比较性例子中的设备而实现。由此所得到的结果示于表1中。
表1
钢板 | 加热/冷却*** | 钢的类型 | 退 火 条 件 | |||||
加热速度(℃/S) | 保温温度(℃) | 加热时间(S) | 冷却速度(℃/S) | 过时效时间(S) | 退火时间(S) | |||
(1) | (比较性例子)RT加热/GJC | 低碳Al脱氧 | 15 | 750 | 60 | 40 | 180 | 302 |
(例子)电阻直接加热/气-液冷却 | 300 | 750 | 10 | 200 | 90 | 110 | ||
(2) | (比较性例子)RT加热/GJC | Ti -SULC | 15 | 830 30 | 40 | - | 103 | |
(例子)电阻直接加热/气-液冷却 | 15 | 700℃时加热,保温30秒,快速加热至860℃ | 200 | - | 100 | |||
(3) | (比较性例子)RT加热/GJC | Si:1.0Mn:1.5C:0.1Si:1.0Mn:1.0C:0.1 | 15 | 770 | <1 | 40 | - | - |
(例子)电阻直接加热/气-液冷却 | 300 | 770 | <1 | 200 | - | - |
表1(续)
钢板 | 加热/冷却*** | 钢的类型 | 材 料 性 能 | |||||
强度(N/mm2) | 延伸率(%) | r值(-) | n值(-) | BH(N/mm2) | 可扩管性(-) | |||
(1) | (比较性例子)RT加热/GJC | - | 45 | - | 0.20 | - | - | |
(例子)电阻直接加热/气-液冷却 | 低碳Al脱氧 | - | 50 | - | 0.25 | - | - | |
(2) | (比较性例子)RT加热/GJC | Ti -SULC | - | - | 2.0 | - | 0 | - |
(例子)电阻直接加热/气-液冷却 | - | - | 2.0 | - | 40 | - | ||
(3) | (比较性例子)RT加热/GJC | Si:1.0Mn:1.5C:0.1Si:1.0Mn:1.0C:0.1 | 690 | - | - | - | - | 1.2 |
(例子)电阻直接加热/气-液冷却 | 690 | - | - | - | - | 1.6 |
注:(1)用于加工的薄钢板
(2)用于加工的薄钢板
(3)高拉伸强度薄钢板
在这些例子中,在退火低碳Al脱氧薄钢板时,不仅可以实现短时间的加热周期,即退火时间可短至比较性例子的1/3,而且可以改善延伸率和n值。可以预计,这个结果的获得是由于C的分解被通过快速加热和快速冷却而进行的退火阻止,以及由于分解出来的少量的碳的沉积被加速。
在此例子中,在退火Ti-SULC薄钢板时,钢板会受到用电阻直接加热装置立即加热至860℃的高温的退火加热周期,接着受到快速冷却。其结果是,当保持与比较性例子中一样高的r值时,仍可以赋以烘烤淬透性,在比较性例子中,采用了RT加热***和GJC***。退火周期利用了这样一种现象,即,即使薄钢板在高温下只被处理一瞬间,C也会分解。
此外,在此例子中,在退火高拉伸强度薄钢板时,即使合金Mn的含量从1.5%减少至1.0%,仍然可由通过快速加热和快速冷却而进行的退火显现出同样的强度,同时改进了可扩管性。这种现象与改进的原因说明如下。快速加热阻止了C的分解,而从具有高C含量的奥氏体二元相区淬火薄钢板影响了晶粒细化。
例2
在加热温度为750℃并且冷却终点温度为400℃的条件下退火厚度为0.7mm的薄钢板时,加热温度从750℃换成800℃,并在下列***之间比较达到预定的退火条件所需要的时间,它们是:(1)RT加热/GJC***,(2)RT加热/气体-液体冷却***,(3)电阻直接加热/GJC***,和(4)电阻直接加热/气体-液体冷却***。此外,由于达到冷却终点温度所需要的时间取决于加热温度,冷却要在加热温度达到预定的温度之后才进行调节,因此,将达到预定的冷却终点温度所需要的时间定义为达到冷却终点温度所需要的时间。这样得到的结果示于表2中。
表2
加热/冷却*** | 达到加热温度所需要的时间(S) | 达到冷却终点温度所需要的时间(S) | 达到退火温度所需要的时间(S) |
(1)RT加热/GJC | 1320 | 120 | 1320 |
(2)RT加热/气-液冷却 | 1320 | 10 | 1320 |
(3)电阻直接加热/GJC | 5 | 120 | 120 |
(4)电阻直接加热/气-液冷却 | 5 | 20 | 10 |
从表2中可以看出,与GJC表现出的不良的加热响应相比,RT加热表现出极坏的加热响应,而电阻直接加热和用气体-液体混合物进行的冷却则表现出非常良好的加热响应。由于达到预定的退火加热周期所用的时间显示出有较差的加热响应的***决定,因此,为了迅速响应退火条件的变化,最好选择能显示良好的加热响应的加热技术和能显示良好的加热响应的冷却技术的组合,也就是电阻直接加热和用气体-液体混合的冷却相结合。
例3
使表1中的(2)所示的冷轧Ti-SULC薄钢板受到如图7(B)所示的下列加热周期:a(加热速度):10℃/S,b:700℃×40S,c:100℃/S,d:以5℃/S的速度冷却至675℃并进行空冷。然后将钢板光整冷轧至具有0.8%的压下量,并作为一个试样。就在此情况下的设备而言,要将试样在保温区的一个任意部分,例如保温区的最后部分中用电阻直接加热装置或感应加热装置在短时间内快速地进行补充加热。
图7(B)是一曲线,它示出了在本发明中实施的加热模式的一个例子。如图7(B)所示,标记“a”代表将刚刚经过冷轧的薄钢板开卷并在连续退火炉中加热的阶段。加热模式包括以1至200℃/S的速度加热和目标温度为500至900℃。标记“b”代表保温阶段,保温温度和保温时间分别为500至900℃和0至300秒。标记“c”代表用电阻直接加热或其类似方法在短时间内快速升温,此温升为本发明的特点。加热速度为50至100℃/S,钢板被加热至700至910℃。标记“d”代表在短时间内快速加热之后立即冷却的阶段。标记“e”代表设备有一过时效区的情况下的阶段,曾经被加速加热和立即冷却的薄钢板在250至450℃的过时效温度下保温,然后被冷却至室温。
图8是曲线图,示出了AP与r、延伸率或屈服限和拉伸强度之间的关系,它们分别表示在图8(A)、图8(B)和图8(C)中。
由图8中可以看出,作为可深拉延性的指数的平均r值和作为瓢曲的指数的延伸率EI(%),以及屈服强度YP和拉伸强度TS可以通过控制加热,使退火参数(AP)至少为-33而至少达到深冲薄钢板所需要的值。也就是说,当AP值至少为-33时,上述的值就变为如下各值:平均r值:至少1.5;延伸率El(%):至少42%;屈服强度YP:至少180N/mm2;拉伸强度TS:至少320N/mm2。这样得到的结果不限于表1所示的含Ti极低碳钢,当采用含Nb的极低碳钢薄钢板、含Ti-Nb复合物的极低碳钢薄钢板和低碳Al脱氧薄钢板时,都可得到类似的结果。已经证实,具有同样的AP值的钢板,不管退火加热周期如何,都显示出同样的拉伸特性。
通过在保温区的各个通道之间提供电阻直接加热或感应加热,可在0.5至15秒的范围内在此情况下实行局部加热。此外,由于下面所说的理由,在本发明中采用了电阻直接加热装置或感应加热装置。用于在连续退火炉中的冷轧薄钢板的加热***的例子是直接火焰式无氧化加热***、辐射管加热***等。由于这些***的每一种都是通过传热的加热***,每单位时间的加热能力不会很高。为了保证有必需的总热量,要求长时间加热,并且使加热区必须很长。与上述***相反,在本发明中,当钢板沿在入口侧和出口侧设置的导电辊通过时,使钢板在电阻直接加热中加热。向引导钢板的辊子和导电材料施加以电流,并使电流通过放置于辊子之间的钢板,从而使钢板本身由于其的电阻而在短时间内被迅速加热。
此外,在感应加热中,将电流从一高频动力源通向一围绕钢板板缠绕的加热线圈,通过由加热线圈形成的磁场的作用,可使一感应电流通过钢板,从而可使钢板由焦耳损耗快速地加热。钢铁用电阻直接加热装置或感应加热装置补充加热。这样,就可容易地控制退火参数(AP),与此同时,钢板沿纵向的顶端的品质降低部分也可以得到局部加热,以作为补偿,从而可以在纵向上得到钢板的均匀性能。
包括电阻直接加热和用气体-液体混合物冷却的连续退火方法和按照本发明的设备所产生的效果为:可以将设备做得极小;改善了钢板温度的可控制性;可实现自由选取的加热模式;提高生产能力和提高品质。另外,通过采用按照本发明的设备,可以得到一种能通过辊子而无热翘曲和板破裂,同时又具有良好的表面质量而无表面缺陷的薄钢板,而且通过在薄钢板生产线中的自由安排,可以提高钢板的生产率并降低成本。此外,本发明在工业上实现了非常卓越的通过将AP值控制在至少-33而生产可加工性与烘烤淬透性都非常优异的冷轧薄钢板的效果。
Claims (12)
1.一种用于连续退火薄钢板的方法,包括一含有保温与冷却步骤的加热步骤,上述方法包括在上述加热步骤中用焦耳热进行加热的步骤,和在上述冷却步骤中用气体-液体混合物进行冷却的步骤。
2.如权利要求1所述的用于连续退火薄钢板的方法,其特征为,包括由焦耳热加热的加热步骤通过电阻直接加热而进行。
3.如权利要求1所述的用于连续退火薄钢板的方法,其特征为,在电阻直接加热的步骤中,以40~1000℃/S的加热速度将钢板加热至500至900℃并保温5~300秒,以及在用气体-液体混合物冷却的步骤中以10至300℃/S的速度冷却。
4.如权利要求1所述的用于连续退火薄钢板的方法,其特征为,在电阻直接加热的步骤中,以至少40℃/S的加热速度将钢板从至少600℃加热至700~900℃。
5.如权利要求1所述的用于连续退火薄钢板的方法,其特征为,钢板在电阻直接加热的步骤中,被加热至400℃,然后在无氧化或还原气氛中在加热的另一步骤中,被加热至700至900℃。
6.如权利要求1所述的用于连续退火薄钢板的方法,其特征为,在以预定的温度加热钢板的上述保温区的一任意部分中,使钢板在短时间内被快速加热,以使加热受到控制,并使退火参数(AP)至少达到-33。
7.一种用于冷轧薄钢板的连续退火设备,从钢板的入口侧开始按顺序包括一加热区、一保温区和一冷却区,上述的连续退火设备包括在包含保温区在内的整个加热区中用于焦耳热加热的加热装置,和在冷却区中用气体-液体混合物冷却的冷却装置。
8.如权利要求7所述的用于冷轧薄钢板的连续退火设备,其特征为,上述的在整个加热区中用于焦耳热加热的加热装置包括上述的由电阻直接加热的装置。
9.如权利要求7所述的用于冷轧薄钢板的连续退火设备,其特征为,所提供的用于在上述保温区的一任意部分上短时间地快速加热钢板的加热装置将钢板加热至预定的温度,以使加热受到控制,并使退火参数(AP)至少达到-33。
10.如权利要求7所述的用于冷轧薄钢板的连续退火设备,其特征为,上述的用电阻直接加热的装置是一种用于通过使交流电通过一环形变压器来加热钢板的装置,钢板经过该变压器,以在其中产生感应电流并加热钢板。
11.如权利要求7至10中任一项所述的用于冷轧薄钢板的连续退火设备,其特征为,上述设备按顺序包括一加热区、一保温区、一第一冷却区、一过时效区和一第二冷却区。
12.如权利要求6至9中任一项所述的用于冷轧薄钢板的连续退火设备,其特征为,在上述保温区的一任意部分中在短时间内快速加热钢板的加热装置包括电阻直接加热装置或感应加热装置。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |