连续退火

连续退火

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中文名；连续退火 外文名；continuous annealing 相对；罩式退火

连续退火是相对罩式退火而言的，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。

目录

主要作用

连续退火是相对罩式退火而言的，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。在生产应用中，连续退火应用广泛，连续退火使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶粒，同时消除加工硬化和残留内应力，钢的组织和性能恢复到冷变形前状态的热处理工艺。

冷轧带钢退火的目的在于降低强烈的冷加工硬化和改善薄板的成型性能。通常，退火在再结晶温度以上进行，这样可得到软的，有良好冷成型性能的组织。退火时，存在着将再结晶和钢的化学成分变化联系起来的可能性，这涉及到反应退火。如果薄板的加工和使用希望有高的强度，并且对冷成型性能没有特殊的要求，那么，通过退火也能得到界于完全轧制硬化的组织和完全再结晶组织之间的状态。此时，热处理用作回复和部分再结晶退火。

发展历程

为了实现这类退火处理，研制开发出在冶金学原理和设备技术细节上不同的四种方法:

(1)CAPL:连续退火生产线，日本制钢公司研制:

(2)NKK-CAL:日本钢管连续退火线，日本钢管公司研制;

(3)KM-CAL:川崎多用途连续退火线，日本川崎制钢公司研制:

(4)Howaq:热水淬火法，比利时CRM研制。

上述工艺方法的差异首先在于退火温度开始的冷却方式，此时，所有的工艺都遵循下述认识，即为了得到所希望的带钢力学性能，合理的方法是先中等速度冷却，接着快速冷却。在CAPL法中，首先通过气流喷射冷却，接着由气和水雾混合物冷却。新型CAPL机组有的也通过冷却辊或极为有效的气体喷射进行冷却。在NKK-CAL法中，首先将带钢浸入水中产生特别急剧的温降。在这种方法中也采用水冷辊来获得较小的冷却速度。如果带钢浸入水中激冷，那么进行过时效处理时必须再加热。KM-CAL法以气体喷射和冷却辊的组合冷却为特征。通过气体气氛中氢含量的变化可以对冷却速度产生影响。

在Howaq法中，带钢首先在沸腾的水中以中等速度冷却，随着在热水箱中停留时间的变化，可以直接得到过时效温度。如果需要的话，有效的水雾冷却可以将带钢进一步冷却到室温。自从世界上第一条完备的冷轧钢板立式连续退火线(CAPL)于1972年在新日铁的君滓钢厂投入工业生产以来，全世界钢铁界对连续退火工艺给予了极大的关注，并迅速开发了适应各种产品要求的新工艺技术装备。从70年代以后，世界上有60多条连退线投产，世界上已有十几个国家拥有连退线，日本用连退工艺生产的冷板己占总量的约80%。用连续退火炉既可以生产普通级别的冲压成形冷轧板，也可以生产深冲压和超深冲压成形的汽车用冷轧板和烤漆硬化钢板:既能生产硬质的镀锡原板，也能生产软质的镀锡原板;既能生产一般强度级别的冷轧板，又能生产微合金化合金钢、双相钢等高强和超高强度冷轧板。

对比

现代冷轧薄板生产通常的生产工艺是:酸洗、冷轧、电解清洗、罩式炉退火、平整、精整(横切、纵剪、重卷)、成品(板、卷)包装。20世纪70年代初出现了一种新的生产工艺，它把冷轧后的电解清洗、罩式退火、钢卷冷却、调质轧制(平整)和精整检查等5个单独的生产工序联结成一条生产机组，用立式的连续炉代替间歇式的罩式炉，实现了连续化生产。这种连续生产线称作连续退火机组，简称CAPL。如图l所示。

这种连续退火新工艺与罩式退火相比，具有如下优点:

(1)以带钢状态进行连续热处理可得到性能均匀、表面光洁的产品;

(2)控制炉内张力，可改善带钢板形，带钢平直度好;

(3)没有粘结和沙粒压入缺陷，钢材收得率高，且平整效率高、质量好;

(4)作业线将清洗、退火、平整、表面自动检查、涂油、重卷或剪切一次完成，减少了多次钢卷处理，减少许多因此而产生得废品，提高了收得率:

(5)生产过程简单合理、管理方便。生产出成品的时间、交货、贮备料也大大减少:

(6)车间布置紧凑、占地面积小，省掉许多辅助设备，设备费用降低，劳动定员大大减少，而且节省能源。

退火工艺

连续退火包括电解清洗、连续退火、平整、检查及精整等各生产工序。

电解清洗:去除冷轧带钢表面残存的轧制油及其他表面污迹。

连续退火:将冷轧后而产生加工硬化的带钢进行再结晶退火处理，完善微观组织，提高塑性和冲压成形性

平整:改善材料的力学性能，扩大材料塑性变形范围;消除材料屈服平台，防止在冲压加工时出现延展变形;改善板形，获得良好的带钢平直度:使带钢表面产生合适的粗糙度。

检查和精整:将带钢剪成规定的成品宽度;进行带钢尺寸检查、板形检查及表面质量检查，并进行记录;在带钢卷曲到规定重量时进行分卷，切除焊缝、头部及尾部的尺寸超差部分及有缺陷的部分，并切取试样;在带钢表面均匀的涂敷防锈油;在钢卷周向打捆及进行称重。

关键设备

连续退火的关键设备有:

(1)炉子

通常的连续退火炉在炉子的入口侧设有张紧辊，给予炉内带钢以张力。张紧辊与炉子之间有张力调整装置。力矩电动机使可动辊上下移动，以此来吸收炉内带钢张力的波动，保持张力恒定。

(2)加热段设备

带钢通过入口的密封辊进入加热段，按规定的退火温度加热。加热段的上部和下部由4根以上的导辊形成通道。通道与通道之间装有换热器并插入辐射管，从两面直接加热带钢。辐射管每列10余根，由炉壁两侧面交叉伸出，对带钢宽度方向进行均匀加热。从辐射管排出来的燃烧气体通过配管集中到汇流室的大集管箱中。汇流室在排气鼓风机压力作用下成为负压状态，负压值由排气鼓风机出口风门的开口度来调节，控制恒压为--2000Pa左右。辐射管每列分为几段，每段进行温度控制。各段燃烧量通过调节每段设备排气流量调节阀和燃料气体调节阀的开口度进行控制。

(3)均热段设备

带钢在加热段升温到规定温度后，通过下面的隧道进入均热室。均热室中只需要弥补炉壁散发的热量。由于此热量很小，所以通常采用容易控制的电阻加热方式，加热体在炉壁周围等密度排列。

(4)一次冷却段设备

连退技术最核心的技术是快冷技术，即一次冷却技术。就目前的发展趋势来看，一次冷却以辊冷方式较为合适。辊冷的冷却速度较快又不需要后续的表面处理工序，故在20世纪80年代以后，一次冷却为辊冷方式的连续退火机组就达17条之多。

(5)缓冷段设备(过时效室)

为了使加热和均热时固溶在铁素体中的过饱和碳析出，在连续炉设有缓冷室，以使带钢在450℃左右保持一定的时间，以便使过饱和的碳析出并防止钢板的过时效。冷却是通过向插在带钢间的钢质冷却管内通气进行的。为了使带钢宽度方向均匀冷却，应合理配置冷却管。为了防止炉子急冷，需将炉温预先升高到适当温度，因而设有电阻加热设备。

(6)急冷段设备

经过缓冷时效的带钢进入急冷段(也叫终冷段)。在急冷段中带钢之间安装有数十台喷气冷却器。从喷气冷却器喷嘴中高速喷出冷的保护气体，使带钢两面温度冷却到100度以下。喷气冷却器由向炉内供给冷却的保护气体的喷气管、吸入炉内保护气体的管道、热交换器和使炉内保护气体循环的鼓风机组成。

影响

1连续退火的组织形成特征

时间一温度变化过程中的第一阶段是用来进行再结晶和晶粒长大的，这一阶段包括加热、退火温度下的保温和以中等速度冷却的第一冷却段。在这一阶段中形成了对薄板成型性能很重要的组织和织构特征。退火过程的第二阶段包括快速冷却到过时效温度和过时效处理，这一阶段决定了组织中的碳化物分布和过饱和固溶的碳含量。因而，首先给定了薄板的时效行为。一般说来，与罩式炉退火过程不同的是，快速加热时不能通过第二相粒子的预先析出来控制织构。再结晶首先导致产生了较细的铁素体晶粒，其晶粒大小在高温退火保温时会增大。高的卷取温度非常有助于具有所希望的渗碳体分布的粗大铁素体晶粒组织的发展。

在退火过程的第二阶段，快速冷却是为了渗碳体的析出和弥散，也是为了强制固溶碳的过冷。随着冷却速度的增大，过时效时形成的碳化物之间的距离变小，时效倾向性下降。过冷度越大，析出的碳化物越密，过时效处理需要的时间越短，因为必要的过时效时间与扩散行程的平方成正比。对于过时效动力学来说，除了冷却速度外，开始急冷时的温度本身通过对碳化物弥散程度和过饱和程度的影响，也起着重要的作用。急冷温度的升高加速了过时效进程。薄板连续退火以后是否还有时效指数，取决于过时效的程度，即取决于碳过饱和度的降低。时效在冷成型加工之前就产生作用时可能是它的缺点，但要利用其提高强度时，时效又可以产生所希望的功效，如"烘烤硬化钢"，这种钢是在冷成型后的烤漆过程中获得了人为时效。

除此之外，还必须考虑固溶氮的时效。使钢中保持相同的氮含量，改变铝含量和添加的硼含量，在不同的热轧带钢生产和连续退火条件下进行的研究表明，在过时效退火后的冷轧带钢中，可以残留有完全固溶的氮。就工艺参数而言，低的板坯加热温度和高的卷曲温度都会产生有利的作用。在连续退火中，高的退火温度能够保证氮化物的完全析出。但对微观组织和织构的发展来说，在退火开始前就进行固氮是有利的。连续退火炉中的退火过程产生了与罩式退火薄板明显不同的组织结构。其微观组织特征是:更细小的、球状的、含有在热轧带钢中就已析出的氮化物的和由时效行为确定的碳化物弥散分布的铁素体组织。若对冷成型性能有很高要求的话，必须有其它附加的冶金学措施，但这已经表明，连续退火开辟了可以生产高强度薄板的有利途径。

2退火过程对带钢力学性能的影响

冷轧带钢退火时，材料内部进行着各种不同的反应，这些反应产生了有一定力学性能特征的特定组织。对组织产生极其重要作用的过程是冷轧铁素体的在结晶，如果退火温度在开始再结晶温度以下，则开始伴随组织软化的回复。

在薄板生产中，碳大多数情况下先以渗碳体的形式存在，渗碳体在退火过程中溶解，其析出行为强烈依赖于冷却过程。此外，加热和退火过程中，合金元素的氮化物和碳化物也能析出，并在一定情况下改变其分布。

在冷轧带钢退火时发生变化的组织参数中，最引人注目的是铁素体晶粒度和晶粒形状。铝镇静钢薄板的组织特征是拉长的铁素体晶粒，这是在再结晶前就已在拉长的铁素体晶界上形成氮化铝品格中再结晶的结果。铁素体晶粒的晶体学取向是另一个受退火过程强烈影响的组织参数。铁素体织构直接决定着度量薄板深冲能力的薄板厚度方向各项异性值r。位错密度这一组织参数是直接与冷变形和再结晶相关联的。对于具有良好冷成型性能的软钢薄板来说，希望再结晶组织有尽可能小的位错密度。高的位错密度可通过冷轧时产生位错的部分消除(回复退火和部分再结晶)获得，或者可通过伴随有贝氏体或马氏体转变的、从退火温度开始的急冷获得。

第二相的弥散和分布从多方面影响着退火薄板的力学性能。根据析出条件，渗碳体可以以粗大或细小的弥散粒子存在。除了晶界析出外，主要还可以找到顺序排列的粒子，这些粒子表明其再热轧带钢中就已产生。再铝镇静钢薄板中，通常形成对罩式退火钢织构发展极为重要的立方品系的氮化铝。象铌或钛等微合金元素以立方型MX粒子析出，其弥散程度由形成温度决定。间隙固溶原子碳和氮的浓度也间接取决于碳化物和氮化物的形成，碳和氮的浓度对退火后冷轧带钢的力学性能产生影响。

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