八钢冷轧带钢罩式炉退火粘结缺陷原因分析及防范措施.docx

八钢冷轧带钢罩式炉退火粘结缺陷原因分析及防范措施【摘要】本文对冷轧带钢在罩式炉中退火产生粘结缺陷的机理进行了分析指出钢带卷径向存在温度梯度在冷却初始阶段冷缩变形不均匀是产生粘结的主要原因同时分析了影响粘结倾向的各种因素并提出应对措施。【关键词】粘结；温度梯度；冷却初始阶段1.前言冷轧带钢经罩式炉再结晶光亮退火后可消除冷变形产生的加工硬化和内应力使带钢具有符合标准的金相组织、良好的机械性能和光亮的表面。但带钢在退火过程中有时产生局部粘结造成平整开卷时粘结处发生撕裂变形、凸起经平整后形成弯月状、马蹄状或弧形的凹印。因粘结处变形产生加工硬化、塑性降低使带钢产生部分或整卷的废次品。因此如何减少粘结产生的废次品提高成材率降低成本是迫切需要解决的问题。2.粘结缺陷的形成机理罩式炉中钢带卷受热主要来自内罩的热幅射和保护气体的热对流。因钢带卷紧卷退火保护气体经端面向层间传热明显不如内、外表面故在钢带卷径向形成温度梯度。因加热时钢带卷内、外层升温速度大于心部故内、外层的热胀大于心部使外层与心部间压应力减小内层与心部间压应力增大。尽管随着温度的升高内层与心部的温度梯度增大压应力也随之增大但此时卷心处于回复或再结晶形核阶段其屈服极限降低不大层间压应力仍低于屈服极限故不产生塑性变形。同时氢气在600℃左右才能与氧化物有效反应故此时钢带卷层间接触处仍存在氧化膜可阻止粘结的产生。随着再结晶的进行钢带卷屈服极限迅速降低但同时内层与心部的温度梯度逐渐减少压应力也随之减小。因此在加热阶段钢带卷层间产生粘结的可能性很小。在冷却阶段因内外层温降速度大于心部使外层与心部层间因冷缩不均匀产生较大压应力。尤其在冷却初始阶段温度梯度逐渐增大压应力也随之增大。当卷心温度降至一定温度时（根据大量退火曲线的统计结果此温度在600℃左右）卷心与外层温度梯度最大压应力也最大。因钢带卷经再结晶后屈服极限大幅降低故在卷心温度由峰值降至600℃过程中钢带卷层间局部凸起处（主要由带钢浪形或同板差过大引起）在压应力作用下产生塑性变形使层间紧密接触面积显著增大。由于变形引起晶格畸变使空位、位错等缺陷增加界面区能量增高铁原子处于激活状态而产生扩散形成金属键连接。同时界面区又在高温作用下铁原子扩散速度加快当扩散层达到一定深度金属键连接变成冶金连接即粘结。若在此过程中未产生粘结随着卷心温度降低卷心与外层的温度梯度逐渐减小压应力也随之减小。同时带钢的屈服极限也随渗碳体的析出增多而逐渐增大因此钢带卷不会产生粘结。3.影响带钢粘结倾向的因素3.1带钢自身因素（1）带宽：钢带卷重量一般在16～21t带宽越大钢带卷外径越小径向温度梯度越小粘结倾向越小。（2）轧制厚度：根据扩散定律J=-Dxdcˊ/dx（式中J——扩散流量D——扩散系数）可知单位时间内通过垂直于板厚方向单位面积的铁原子量与该方向上铁原子的浓度梯度成正比。故轧制厚度越小铁原子的浓度梯度越大铁原子的扩散流量越大粘结倾向越大。（3）碳含量：在铁素体中铁原子的自扩散主要通过空位机制实现。当碳含量增加时碳原子占据更多空位使用于铁原子扩散的空位浓度减少根据公式可知扩散激活能增大铁原子自扩散系数减小故粘结倾向减小。同时随着碳含量增加带钢的高温屈服极限增大在冷却初始阶段钢带卷层间塑性变形减小使粘结倾向减小。3.2与轧钢相关的因素（1）板形控制：根据弹性力学计算结果带钢产生浪形的力学条件为：当带钢轧后残余应力σ>σck时即产生“视在”板形不良；当σσck时带钢的“潜在”板形不良将转变为“视在”板形不良而产生浪形。根据大量粘结统计结果粘结产生的部位主要集中于中部或边部。因此板形控制不良出现浪形或同板差过大是造成板面凸起、局部压应力过大的主要原因使粘结倾向增大；轧制厚度因素亦与此相关；因轧制厚度越小板形越不易控制故越易产生粘结。（2）卷取张力：带钢在冷轧时因卷取张力过大或波动使层间局部压应力过大易产生粘结。（3）带钢表面粗糙度：带钢表面粗糙度越小局部凸起处越易产生应力集中粘结倾向越大。3.3与热处理相关的因素（1）退火工艺：退火温度过高、时间过长使再结晶后的晶粒粗大导致带钢屈服极限降低若低于局部压应力则易产生粘结。（2）带钢表面洁净度：因带钢表面的乳化液膜或氧化膜能阻止铁原子的扩散故表面洁净度越低粘结倾向越小。3.4其它因素（1）热轧带钢板形：热轧原料板形越差冷轧带钢板形越不易控制使粘结倾向增大。（2）煤气热值、压力：煤气热值、压力不稳定波动范围大使退火温度及时间的波动增大易产生粘结。