在冷軋帶鋼生產中,應用最多的是退火。所謂退火,是將帶鋼緩慢加熱到所需的溫 度(高于AC3或在AC1和Acm之間,也可以在Ac1以下),并且在該溫度下停留一段時間,然后慢慢冷卻到一定溫度(如600℃左右)出爐,再在空氣中冷卻。由于目的和要求不同,其工藝和最后獲得的組織也不同,因此,退火又可分為以下幾種方式:
(1)完全退火將帶鋼加熱到AC3以上,經(jīng)保溫一段時間后,緩慢冷卻到600℃左右出爐,然后在空氣中冷卻,這種退火稱為完全退火。完全退火主要用于含碳小于0.8%的亞共析鋼帶和共析鋼帶,過共析鋼不宜采用這種方法。因其采用完全退火后會使過共析鋼帶中出現(xiàn)網(wǎng)狀滲碳體,增大脆性。完全退火的目的,是使組織發(fā)生重結晶細化,從而得到較細而均勻一致的組織,以消除熱軋所造成的帶狀組織或魏氏組織(鋼過熱時,奧氏體晶粒長大,而后在快冷時沿一定方向形成脆而粗大的針狀組織,即魏氏組織;亦可用正火方法消除),同時,使帶鋼軟化消除內應力。在實際生產中,退火往往是在較高的溫度下進行,這是為了加速帶鋼的組織轉變,并進一步使奧氏體化學成分趨于均勻。但在這種溫度下,一般保溫時間不宜過長,否則會引起晶粒的粗大。由于合金元素(除錳外)大都有阻止晶粒長大的作用,因此,對一些合金帶鋼來說,溫度適當高些,就更沒有什么關系了。
(2)不完全退火與完全退火不同之處是加熱溫度稍低。亦即將帶鋼加熱到Ac1與AC3之間的一個溫度,而加熱時間,保溫時間,冷卻速度等均與完全退火相同,至于加熱溫度,就碳鋼而言一般在AC1以上40~60℃之間,而合金鋼則視其AC1而定,一般在AC1以上30~50℃,不過在實際生產中往往高于這個溫度。
由于不完全退火只能使帶鋼中的部分組織(珠光體)發(fā)生重結晶細化,但處理后仍有部分原始組織(鐵素體或滲碳體)保留下來,因此這種退火只用于已經(jīng)經(jīng)過正確熱軋或退火后的亞共析鋼。不需要改變其組織僅為消除內部具有較大的應力,或降低硬度、提高塑性、達到提高機械性能的目的,或用來促使過共析鋼的軟化。因為過共析鋼如采用完全退火,奧氏體在緩冷時會析出網(wǎng)狀滲碳體,增加脆性、硬度,從而降低了帶鋼的力學性能。
(3)等溫退火 是完全退火的一種類型。它是將帶鋼加熱到AC3以上溫度保溫后,以任意的冷卻速度冷至AC1以下一個溫度,并在這個溫度保留一段時間,使奧氏體發(fā)生等溫轉變成珠光體,而后在空氣中冷卻。等溫退火的特點是在等溫轉變前后都可快速冷卻,這就大大地縮短了退火時間,生產效率提高,并且處理后的帶鋼組織均勻。因此,用于退火周期較長的合金鋼,有其特殊意義和實用價值。
(4)球化退火是不完全退火的一種類型。它是將帶鋼加熱到AC1以上溫度(比不完全退火更低些),保溫后以很緩慢的速度冷卻到該鋼種的Ar1以下一個溫度,并在這個溫度下保溫一段較長時間,然后冷卻到500~600℃出爐,空冷至室溫。由于這種退火后,珠光體中的滲碳體及過剩(二次)滲碳體都呈球狀分布,故稱球化退火。球化退火之所以能使?jié)B碳體球化,是因為它的加熱溫度只高于AC1不多,珠光體雖然轉變?yōu)閵W氏體,但尚有未溶解的滲碳體殘粒存在,在隨后緩冷中,這些殘粒便成為滲碳體聚集的核心,因而得到的珠光體呈球狀(即粒狀滲碳體)分布在鐵素體基體上。
球化退火主要用于碳素工具鋼帶及滾動軸承鋼的熱處理。因為這類帶鋼的組織是片狀珠光體和二次滲碳體,硬度和脆性都較高,經(jīng)過球化退火后,硬度顯著降低,同時減小了脆性,便于進一步加工。當鋼中的網(wǎng)狀滲碳體嚴重時應先進行正火處理再進行球化退火,因為鋼中如有網(wǎng)狀滲碳體存在時,將阻止球化的進行。
(5)再結晶退火又謂低溫退火。它不同于上述的各種退火,它是將帶鋼加熱到大于再結晶溫度以上,但小于AC1溫度(約600~680℃),并在此溫度保溫一段時間(不必過長),使晶?;謴驮瓲睿缓笤诳諝庵欣鋮s。再結晶退火,主要用于消除冷軋過程中的加工硬化,亦即消除在軋制過程中由于變形所產生的晶粒破碎、晶格歪扭,晶粒間相對位移而使帶鋼的便度、強度增加、塑性下降的硬化現(xiàn)象。再結晶退火就是利用退火過程中的再結晶作用,使其晶粒重新排列從而使帶鋼的組織處于穩(wěn)定的狀態(tài),提高帶鋼的塑性,達到進一步軋制的目的。
一般,變形程度愈大,再結晶溫度就愈低,再結晶退火后晶粒便愈細,帶鋼的原始晶粒愈細,再結晶后的晶粒也愈細。應當注意的是,帶鋼應避免經(jīng)受5%~15%的變形,因其再結晶后容易形成粗大的組織,使帶鋼力學性能變壞。為此,這里最好采用完全退火或者正火來代替再結晶,以保證帶鋼的質量。另外,由于對帶鋼的要求不同,某些帶鋼需要保留一部分因冷加工硬化而得來的強度與彈性時,它的再結晶退火溫度必須根據(jù)帶鋼的具體要求來確定。
(6)正火又謂常化,是完全退火的一種特殊形式。它是將帶鋼加熱到Ac3(亞
共析鋼)或Acm(過共析鋼),以上保溫一段時間,然后在空氣中冷卻??梢?,它與完全退火不同之處是冷卻速度較快,故獲得較細的晶粒。
正火的工藝及其目的與退火基本上是一致的,正火主要應用于過共析鋼,以消除網(wǎng)狀二次滲碳體,給球化退火做組織上的準備,或用于低碳或中碳鋼(碳小于0.4%)以代替退火,改善組織。有時為了挽救某些粗大的組織,采用所謂高溫正火,即將帶鋼加熱至Ac3或Acm以上100~150℃。
綜上所述,不管哪種方式的退火,其主要目的是降低帶鋼的硬度,改善性能,細化晶粒,增加塑性、消除內應力,使冷軋得以繼續(xù)進行。因此,退火已被廣泛用于作為冷軋帶鋼生產中消除加工硬化和控制其性能的一個重要手段。
冷軋生產中的退火,除了按方式分為上述幾種退火外,根據(jù)不同的要求和目的,以及在操作過程中的不同工藝要求,按其用途可分為坯料退火、中間退火,成品退火等幾種。
1、坯料退火
目的是使熱軋坯料獲得細致和均勻的組織、降低硬度以及消除內應力,使坯料適應于冷軋。眾所周知,為使冷軋帶鋼的產品能滿足用戶的要求,對于作為冷軋帶鋼原料的熱軋坯料,其性能必須滿足冷軋對其的要求,例如保證硬度低,塑性好及沒有組織缺陷等。而熱軋后的坯料,往往由于熱軋時冷卻過程散熱的不均勻,有可能在坯料內部產生殘余的應力。這種殘余應力的存在,促進了以后的加工硬化,降低了塑性,特別是當熱軋終了溫度太低時,這種殘余應力是非常顯著的。又如,亞共析鋼的終軋溫度略高于Ar3相變點,此時為單相體晶粒,組織均勻,軋后帶鋼具有良好的機械性能。若終軋溫度在Ar3相交點以下,不僅在兩相組織(奧氏體和鐵素體)中變形塑性不好,還會產生帶狀組織,從而產生殘余應力。另外,帶鋼的冷卻速度對金相組織和力學性能的影響也很大。軋后冷卻速度的大小、決定了奧氏體組織的轉變程度,相變后產物的結構以及鐵素體組織的結構等。冷卻緩慢雖對減小帶鋼的內應力是有利的,但過高的終軋溫度將會因卷取后的再結晶和緩慢冷卻而產生粗晶組織及碳化物的積聚,冷卻過快,又將可能產生部分淬火或全淬火現(xiàn)象,得到很高的硬度組織,從而降低了帶鋼塑性并破壞了加工硬化時力學性能的控制作用,這樣的帶鋼根本無法進行軋制。為了消除上述可能發(fā)生的硬化作用,應該在熱軋后及冷軋前進行一次退火,既消除帶鋼內部的殘余應力,又可改善士丕料的原始組織,降低帶鋼坯的硬度,使其適合于冷軋的要求。
在實際生產中,并不是所有冷軋坯料都要進行坯料退火。一般僅對個別的難變形鋼種及部分碳素工具鋼,合金工具鋼,高速鋼等由于熱軋過程中,軋制溫度波動過大,冷卻不均,終軋溫度和冷卻溫度控制不當?shù)纫蛩刂率篃彳垘т摰玫交旌系幕驇罱M織,并產生內應力的情況下才不得已而采用。當然也有例外,對一些有特殊要求的帶鋼如硅鋼帶的坯料退火,其主要目的只是為了脫碳。
2、中間退火
冷軋生產過程中的一種退火,它的目的是為了消除在冷軋過程中由于加工硬化而引起的缺陷。大家知道,帶鋼每冷軋到一定程度后,由于加工硬化作用,帶鋼的硬度增加,塑性降低,且硬化程度的增加和塑性降低是隨著總壓下率的增加而增加和降低,帶鋼硬化后再軋就會產生破裂的危險。為避免帶鋼發(fā)生破斷和便于進一步軋制,必須進行退火軟化。用于此目的的退火,一般稱之為中間退火。除非是塑性十分良好,厚度要求不是很薄的帶鋼,一般帶鋼都必需進行一次或幾次中間退火才能完成冷軋工序。中間退火的目的即在于消除加工硬化作用,因此所采用的退火溫度就應該以能使帶鋼充分再結晶而又不造成晶粒的過大過長為度。所以,中間退火主要是采用再結晶退火,其再結晶溫度的高低,取決于帶鋼的成分和變形程度。中間退火的溫度一般要比坯料退火低一些,對于一些特殊要求的中間退火如硅鋼的中間脫碳退火,可稱之為脫碳退火。
3、成品退火
目的,在于控制帶鋼的力學性能使之達到成品的要求標準。例如,對于軟狀態(tài)帶鋼要求延伸率高而硬度或強度低。此時,成品退火應能充分消除冷硬,使之達到適合于成品要求的延伸率及抗拉強度要求,以滿足一般延展性能的需要,同時,消除帶鋼因冷軋所引起的內應力,并提高其塑性。另外使帶鋼內部達到要求的晶粒組織,使之適合于成品用途的要求。
這種退火是在帶鋼經(jīng)過冷軋過程完畢以后的最后一次退火,是決定成品帶鋼性能的關鍵一環(huán),因此稱其為成品退火。
成品退火在溫度及時間上的要求,與中間退火基本上是一致的,但成品退火既決定成品最后質量,況且?guī)т摰牧W性能與退火溫度、晶粒大小及退火前的變形程度有著密切的聯(lián)系,因此對技術條件就有比較嚴格的要求。一般,其退火溫度、時間范圍要比中間退火嚴,退火必須均勻。由于成品退火大多是用于用戶要求軟狀態(tài)產品最終的一次退火,以控制產品的性能,滿足使用條件,所以退火的溫度應根據(jù)成品冷軋總壓下率的大小等而定。有些半硬及冷硬產品也采用退火來控制性能,此時更需綜合考慮各有關因素。