分享：冷轧连退带钢力学性能不合格原因

冷轧连退工艺退火加热和冷却的时间越短,加热和冷却周期就短,生产连续紧凑可以避免罩式退火工艺中钢卷因多次搬运造成的划伤、黏结、折边等缺陷,这样不仅可以生产深冲用钢,还可以生产多种强度级别的高强钢。冷轧连退工艺具有生产效率高、产品成品率高、产品种类多、生产的产品质量好等优点[1-3],同时也存在工艺技术繁琐、操作难度大、工艺区间窄、退火组织不均匀等缺点。冷轧连退工艺操作不当会引起产品力学性能不合格等质量问题。 

1.   连退生产工艺简述

连续退火为带钢连续通过退火炉,退火炉无封口,带钢不经过停留而直接进行卷取的生产方式。再结晶退火是连退生产的核心工序,而再结晶退火的关键设备是退火炉,退火炉由明火加热段、辐射保温段和快冷段组成。再结晶退火过程通过明火段和辐射段把带钢温度提高到再结晶温度以上、珠光体开始奥氏体化温度（Ac1）以下,并通过调整带钢的运行速率来控制保温时间,使带钢在炉内完成再结晶退火,进而获得材料需要的组织和性能。带钢最终的组织和性能主要受炉内气氛、炉内带钢温度和带钢运行速率等因素的影响。 

2.   常见力学性能不合格情况及原因

冷轧连退带钢力学性能的常规检测项目一般为屈服强度、抗拉强度、断后伸长率等,常见的不合格情况主要有屈服强度低于标准、屈服强度和抗拉强度均低于标准、断后伸长率低于标准、断后伸长率低于标准且抗拉强度高于标准等。 

某冷轧厂生产的Q355XG钢原料厚度为3.5 mm、成品厚度为2.36 mm、压下率为33%。表1,2分别为Q355XG钢试样1~5的力学性能测试结果和退火工艺参数,其中试样1为力学性能合格试样,试样2~5分别为屈服强度低于标准、屈服强度和抗拉强度均低于标准、断后伸长率低于标准、断后伸长率低于标准且抗拉强度高于标准试样,工艺参数中TV为厚度与板带运行速率的乘积,当厚度一定时,TV越大,板带运行速率越快,退火时间越短。表3为Q355XG钢化学成分的出厂要求,试样1~5的化学成分均符合出厂要求。 

2.1   屈服强度低于标准

试样1,2的显微组织形貌分别如图1,2所示。由图2可知：试样2组织中珠光体有球化趋势,为典型的高温退火组织。追溯退火工艺,试样2明火段板带温度过高,实际温度大部分时间在Ac1（730 ℃）以上,已经达到珠光体向奥氏体转变温度,经过后续辐射段保温（低于明火段20~40 ℃）,组织接近双相区球化退火组织,强度大幅降低,又因退火时间较短,晶粒未完全回复为等轴晶粒,抗拉强度降幅小于屈服强度,最终导致试样的屈服强度不合格。 

图  1  试样1显微组织形貌

图  2  试样2显微组织形貌

2.2   屈服强度和抗拉强度均低于标准

试样3的显微组织形貌如图3所示。由图3可知：试样3晶粒趋于等轴,整体晶粒较大。追溯退火工艺,试样3的TV较小,板带运行速率慢,退火时间长,晶粒回复和长大的时间充足,导致试样的屈服强度和抗拉强度均偏低[4],同时明火段板带温度较低,实际温度在Ac1附近,珠光体球化趋势不明显,组织基本为热轧态珠光体。 

图  3  试样3显微组织形貌

2.3   断后伸长率低于标准

试样4的显微组织形貌如图4所示。由图4可知：试样4组织中晶粒大小不均,小晶粒较多,强度较大。追溯退火工艺,试样4的TV过小,退火时间短,导致再结晶后晶粒未完全长大,晶粒不均匀,拉伸受力时,大晶粒与小晶粒变形不一致,大小晶粒的交界处优先形成裂纹,降低了材料的塑性。 

图  4  试样4显微组织形貌

2.4   断后伸长率低于标准且抗拉强度高于标准

试样5的显微组织形貌如图5所示。由图5可知：试样5晶粒延伸度较大,晶粒度级别较高,晶粒长大程度不明显。追溯退火工艺,试样4的明火段温度偏低,TV偏大,退火温度低、时间短,整个再结晶过程未进行完全,造成材料的强度偏高且断后伸长率偏低。 

图  5  试样5显微组织形貌

3.   解决措施

对退火工艺进行追溯,厚度为2.36 mm的Q355XG钢适宜的退火温度为Ac1以上15~25 ℃,即745~755 ℃。控制明火段温度为745~755 ℃,TV为115~117。减小板带温度和板带运行速率的波动范围,保证退火工艺稳定运行,可以使材料获得良好的力学性能。 

4.   结论

（1）当退火速率较慢,即TV较小时,明火段板带温度升高,当板带温度比Ac1高30 ℃时,组织中珠光体趋于球化转变,材料的强度明显降低。 

（2）当退火速率较快,即TV较大时,明火段板带温度下降,当板带温度比Ac1高10 ℃时,晶粒再结晶或者晶粒长大不完全,造成材料强度偏高、断后伸长率偏低。 

（3）调整退火速率,保证退火温度比Ac1高15~25 ℃,可以使材料获得良好的组织和性能。

文章来源——材料与测试网