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退火的应用
浏览: 发布日期:2019-01-20

在冷轧带钢生产中,应用最多的是退火。所谓退火,是将带钢缓慢加热到所需的温 度(高于AC3或在AC1和Acm之间,也可以在Ac1以下),并且在该温度下停留一段时间,然后慢慢冷却到一定温度(如600℃左右)出炉,再在空气中冷却。由于目的和要求不同,其工艺和最后获得的组织也不同,因此,退火又可分为以下几种方式:

  (1)完全退火将带钢加热到AC3以上,经保温一段时间后,缓慢冷却(cooling)到600℃左右出炉,然后在空气中冷却,这种退火称为完全退火。完全退火主要用于含碳小于0.8%的亚共析钢带和共析钢带,过共析钢不宜采用这种方法(method)。因其采用完全退火后会使过共析钢带中出现网状渗碳体,增大脆性。完全退火的目的,是使组织发生重结晶细化,从而得到较细而均匀一致的组织,以消除热轧所造成的带状组织或魏氏组织(钢过热时,奥氏体晶粒长大,而后在快冷时沿一定方向形成脆而粗大的针状组织,即魏氏组织;亦可用常化方法消除),同时,使带钢软化消除内应力。在实际生产(Produce)中,退火往往是在较高的温度下进行,这是为了加速带钢的组织转变,并进一步使奥氏体化学成分(ingredient)趋于均匀。但在这种温度下,一般保温时间不宜过长,否则会引起晶粒的粗大。由于合金元素(除锰外)大都有阻止晶粒长大的作用,因此,对一些合金带钢来说,温度适当高些,就更没有什么关系了。

  (2)不完全退火与完全退火不同之处是加热温度稍低。烟店轴承润滑对于轴承具有很重要的意义,轴承中的润滑剂不仅可以降低摩擦阻力,还能起到散热、减小接触应力、吸收振动、防止锈蚀的作用。亦即将带钢加热到Ac1与AC3之间的一个温度,而加热时间,保温时间,冷却速度等均与完全退火同,至于加热温度,就碳钢而言一般在AC1以上40~60℃之间,而合金钢则视其AC1而定,一般在AC1以上30~50℃,不过在实际生产中往往高于这个温度。
由于不完全退火只能使带钢中的部分组织(珠光体)发生重结晶细化,但处理后仍有部分原始组织(铁素体或渗碳体)保留下来,因此这种退火只用于已经经过正确热轧或退火后的亚共析钢。不需要改变其组织仅为消除内部具有较大的应力,或降低硬度(Hardness)、提高塑性、达到提高机械性能的目的,或用来促使过共析钢的软化。因为过共析钢如采用完全退火,奥氏体在缓冷时会析出网状渗碳体,增加脆性、硬度,从而降低了带钢的力学性能。

  (3)等温退火 是完全退火的一种类型。它是将带钢加热到AC3以上温度保温后,以任意的冷却速度冷至AC1以下一个温度,并在这个温度保留一段时间,使奥氏体发生等温转变成珠光体(pearlite),而后在空气中冷却。等温退火的特点是在等温转变前后都可快速冷却,这就大大地缩短了退火时间,生产效率提高,并且处理后的带钢组织均匀。因此,用于退火周期较长的合金钢,有其特殊意义和实用价值。

  (4)球化退火是不完全退火的一种类型。烟店轴承润滑对于轴承具有很重要的意义,轴承中的润滑剂不仅可以降低摩擦阻力,还能起到散热、减小接触应力、吸收振动、防止锈蚀的作用。它是将带钢加热到AC1以上温度(比不完全退火更低些),保温后以很缓慢的速度冷却(cooling)到该钢种的Ar1以下一个温度,并在这个温度下保温一段较长时间,然后冷却到500~600℃出炉,空冷至室温。由于这种退火后,珠光体中的渗碳体及过剩(二次)渗碳体都呈球状分布,故称球化退火。球化退火之所以能使渗碳体球化,是因为它的加热温度只高于AC1不多,珠光体虽然转变为奥氏体,但尚有未溶解的渗碳体残粒存在,在随后缓冷中,这些残粒便成为渗碳体聚集的核心(core),因而得到的珠光体呈球状(即粒状渗碳体)分布在铁素体基体上。
球化退火主要用于碳素工具钢带及滚动轴承钢的热处理。因为这类带钢的组织是片状珠光体和二次渗碳体,硬度和脆性都较高,经过球化退火后,硬度显著降低,同时减小了脆性,便于进一步加工。当钢中的网状渗碳体严重时应先进行常化处理再进行球化退火,因为钢中如有网状渗碳体存在时,将阻止球化的进行。

  (5)再结晶退火又谓低温退火。临清森信轴承制造有限公司当轴的中心线与轴承座中心线不重合而有角度误差的时候,或因轴受力而弯曲或倾斜时,会造成轴承的内外圈轴线发生偏斜。这时,应采用有一定调心性能的调心轴承或带座外球面球轴承。它不同于上述的各种退火,它是将带钢加热到大于再结晶温度以上,但小于AC1温度(约600~680℃),并在此温度保温一段时间(不必过长),使晶粒恢复原状,然后在空气中冷却。再结晶退火,主要用于消除冷轧过程中的加工硬化,亦即消除在轧制过程中由于变形所产生的晶粒破碎、晶格歪扭,晶粒间对位移而使带钢的便度、强度(strength)增加、塑性下降的硬化现象。再结晶退火就是利用退火过程中的再结晶作用,使其晶粒重新排列从而使带钢的组织处于稳定的状态,提高带钢的塑性,达到进一步轧制的目的。
一般,变形程度愈大,再结晶温度(temperature)就愈低,再结晶退火后晶粒便愈细,带钢的原始晶粒愈细,再结晶后的晶粒也愈细。应当注意的是,带钢应避免经受5%~15%的变形,因其再结晶后容易形成粗大的组织,使带钢力学性能变坏。为此,这里最好采用完全退火或者正火来代替再结晶,以保证带钢的质量。另外,由于对带钢的要求不同,某些带钢需要保留一部分因冷加工硬化而得来的强度与弹性时,它的再结晶退火温度必须根据带钢的具体要求来确定。

  (6)正火又谓常化,是完全退火的一种特殊形式。它是将带钢加热到Ac3(亚
共析钢)或Acm(过共析钢),以上保温一段时间,然后在空气中冷却。可见,它与完全退火不同之处是冷却速度较快,故获得较细的晶粒。
常化的工艺及其目的与退火(annealing)基本上是一致的,正火主要应用于过共析钢,以消除网状二次渗碳体,给球化退火做组织上的准备,或用于低碳(Low carbon)或中碳钢(碳小于0.4%)以代替退火,改善组织。有时为了挽救某些粗大的组织,采用所谓高温正火,即将带钢加热至Ac3或Acm以上100~150℃。
综上所述,不管哪种方式的退火(annealing),其主要目的是降低(reduce)带钢的硬度,改善性能,细化晶粒,增加塑性、消除内应力,使冷轧得以继续进行。因此,退火已被广泛用于作为冷轧带钢生产中消除加工(Processing)硬化和控制其性能的一个重要手段。
冷轧生产中的退火,除了按方式分为上述几种退火外,根据不同的要求和目的,以及在操作过程中的不同工艺要求,按其用途可分为坯料退火、中间退火,成品退火等几种。
1、坯料退火
目的是使热轧坯料获得细致和均匀的组织、降低硬度以及消除内应力,使坯料适应于冷轧。众所周知,为使冷轧带钢的产品(Product)能满足用户的要求,对于作为冷轧带钢原料的热轧坯料,其性能必须满足冷轧对其的要求,例如保证硬度低,塑性好及没有组织缺陷等。而热轧后的坯料,往往由于热轧时冷却(cooling)过程散热的不均匀,有可能在坯料内部产生残余的应力。这种残余应力的存在,促进了以后的加工硬化,降低了塑性,特别是当热轧终了温度太低时,这种残余应力是非常显著的。又如,亚共析钢的终轧温度略高于Ar3变点,此时为单体晶粒,组织均匀,轧后带钢具有良好的机械性能。若终轧温度在Ar3交点以下,不仅在两组织(奥氏体和铁素体)中变形塑性不好,还会产生带状组织,从而产生残余应力。另外,带钢的冷却速度对金组织和力学性能的影响也很大。轧后冷却速度的大小、决定了奥氏体组织的转变程度,变后产物的结构以及铁素体组织的结构等。冷却缓慢虽对减小带钢的内应力是有利的,但过高的终轧温度将会因卷取后的再结晶和缓慢冷却而产生粗晶组织及碳化物的积聚,冷却过快,又将可能产生部分淬火或全淬火现象,得到很高的硬度组织,从而降低了带钢塑性并破坏了加工硬化时力学性能的控制作用,这样的带钢根本无法进行轧制。为了消除上述可能发生的硬化作用,应该在热轧后及冷轧前进行一次退火,既消除带钢内部的残余应力,又可改善士丕料的原始(Original)组织,降低带钢坯的硬度,使其适合于冷轧的要求。
在实际生产中,并不是所有冷轧坯料都要进行坯料退火。一般仅对个别的难变形钢种及部分碳素工具钢,合金工具钢,高速钢等由于热轧过程中,轧制温度(temperature)波动过大,冷却不均,终轧温度和冷却温度控制不当等因素致使热轧带钢得到混合的或带状组织,并产生内应力的情况下才不得已而采用。当然也有例外,对一些有特殊要求的带钢如硅钢带的坯料退火,其主要目的只是为了脱碳。
2、中间退火
冷轧生产(Produce)过程中的一种退火(annealing),它的目的是为了消除在冷轧过程中由于加工硬化而引起的缺陷。大家知道,带钢每冷轧到一定程度后,由于加工硬化作用,带钢的硬度增加,塑性降低,且硬化程度的增加和塑性降低是随着总压下率的增加而增加和降低,带钢硬化后再轧就会产生破裂的危险(danger)。为避免带钢发生破断和便于进一步轧制,必须进行退火软化。用于此目的的退火,一般称之为中间退火。除非是塑性十分良好,厚度要求不是很薄的带钢,一般带钢都必需进行一次或几次中间退火才能完成冷轧工序。中间退火的目的即在于消除加工硬化作用,因此所采用的退火温度就应该以能使带钢充分再结晶而又不造成晶粒的过大过长为度。所以,中间退火主要是采用再结晶退火,其再结晶温度的高低,取决于带钢的成分和变形程度。中间退火的温度一般要比坯料退火低一些,对于一些特殊要求的中间退火如硅钢的中间脱碳退火,可称之为脱碳退火。
3、成品退火
目的,在于控制(control)带钢的力学性能使之达到成品的要求标准。例如,对于软状态带钢要求延伸率高而硬度或强度低。此时,成品退火应能充分消除冷硬,使之达到适合于成品要求的延伸率及抗拉强度要求,以满足一般延展性能的需要,同时,消除带钢因冷轧所引起的内应力,并提高其塑性。另外使带钢内部达到要求的晶粒组织,使之适合于成品用途的要求。
这种退火是在带钢经过冷轧过程完毕以后的最后一次退火,是决定成品带钢性能的关键(解释:比喻事物的重要组成部分)一环,因此称其为成品退火。
成品退火在温度(temperature)及时间上的要求,与中间退火基本上是一致的,但成品退火既决定成品最后质量,况且带钢的力学性能与退火温度、晶粒大小及退火前的变形程度有着密切的联系,因此对技术条件(tiáo jiàn)就有比较严格的要求。一般,其退火温度、时间范围要比中间退火严,退火必须均匀。由于成品退火大多是用于用户要求软状态产品最终的一次退火,以控制(control)产品的性能,满足使用条件,所以退火的温度应根据成品冷轧总压下率的大小等而定。有些半硬及冷硬产品也采用退火来控制性能,此时更需综合考虑各有关因素。