本發(fā)明涉及低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼冷軋產(chǎn)品領(lǐng)域，具體為一種提高DC01帶鋼延伸率合格率的方法。
背景技術(shù)：
冷軋產(chǎn)品以其優(yōu)良的產(chǎn)品質(zhì)量(表面質(zhì)量)在國民經(jīng)濟中占有重要的地位，隨著我國GDP的訊速增長，冷軋產(chǎn)品在國民經(jīng)濟中的應用也越來越廣泛，從日常用品到建筑、機械零件、汽車、家電等到處都可見冷軋產(chǎn)品的蹤跡，隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展用戶對冷軋產(chǎn)品的質(zhì)量要求(機械性能、表面質(zhì)量)也越來越高。并且因出于對成本的考慮，以低檔產(chǎn)品代替高檔產(chǎn)品，以普通產(chǎn)品代替沖壓產(chǎn)品也成為市場中的一個趨勢。
由于低碳鋁鎮(zhèn)靜鋼DC01帶鋼的原料化學成分要求范圍寬、從煉鋼到冷軋工序各工序的工藝都可能對其機械性能產(chǎn)生影響，所以造成其延伸率波動范圍大、滿足客戶要求的延伸率合格率較低。2007年6月以來普線主要鋼種DC01帶鋼產(chǎn)量占總產(chǎn)量的91.9％，延伸率分布范圍為4～51％，延伸合格率88.5％。延伸率不合格率過大，產(chǎn)品機械性能不穩(wěn)定，所以需要采取合理的工藝提高DC01帶鋼延伸率合格率,經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)，取得了一定的效果，達到了92.54％，但仍有繼續(xù)提高的空間。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種提高DC01帶鋼延伸率合格率的方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中延伸率、合格率較低等問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：
一種提高DC01帶鋼延伸率合格率的方法，采用再結(jié)晶退火：罩式退火溫度750℃～770℃，加熱時間8～16小時，保溫時間5～12小時，均熱再冷卻到室溫 或50℃以下。
所述的提高DC01帶鋼延伸率合格率的方法，在DC01帶鋼原有的工藝制度基礎(chǔ)上，厚度范圍0.5～1.2mm加熱時間延長0～2小時，保溫時間不變；厚度范圍1.2～3.0mm加熱時間延長0～2小時，保溫時間增加1小時；在爐臺溫度未達到630℃以上時，延長保溫時間，使爐臺溫度達到630℃；在厚度小于等于0.8mm，爐臺溫度未達到620℃時，延長保溫時間，使爐臺溫度達到620℃。
所述的提高DC01帶鋼延伸率合格率的方法，在DC01帶鋼原有的工藝制度基礎(chǔ)上，厚度范圍0.5～1.2mm加熱時間延長1～1.5小時，保溫時間不變；厚度范圍1.2～3.0mm加熱時間延長1～1.5小時，保溫時間增加1小時；在爐臺溫度未達到630℃以上時，延長保溫時間，使爐臺溫度達到630℃；在厚度小于等于0.8mm，爐臺溫度未達到620℃時，延長保溫時間，使爐臺溫度達到620℃。
所述的提高DC01帶鋼延伸率合格率的方法，每爐裝爐量需達到100噸以上。
所述的提高DC01帶鋼延伸率合格率的方法，隨著溫度升高組織和性能的變化分三個階段：回復、再結(jié)晶、晶粒長大；回復階段從室溫到400℃，再結(jié)晶階段從400℃加熱到723℃，晶粒長大階段為723℃以上；冷卻過程中，600℃冷卻到320℃為有效冷卻時間，采用風冷；320℃以下隨爐緩慢冷卻。
本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果是：
采用本發(fā)明生產(chǎn)過程中對每批次進行的力學性能(屈服強度、抗拉強度、延伸率)檢驗，綜合達標率達到95％以上。效果驗證試驗顯示，優(yōu)化修改后退火工藝可以應用于生產(chǎn)。
附圖說明
圖1為DC01退火后金相組織圖。
具體實施方式
在具體實施過程中，本發(fā)明提高DC01帶鋼延伸率合格率的方法，具體如下：
1、冷軋帶鋼熱處理
冷軋帶鋼多為低碳鋼，帶鋼的最終熱處理通常為再結(jié)晶退火，借以消除冷軋引起的加工硬化，使其在進一步加工過程中具有良好的塑性。對于低碳鋼的再結(jié)晶退火，不同鋼種其熱處理工藝差別很大，本發(fā)明采用罩式退火溫度750℃～770 ℃，加熱時間8～16小時，保溫時間5～12小時，均熱再冷卻到室溫或50℃以下，以便平整及精整。熱處理的目的就是利于深加工、沖壓等。冷軋帶鋼退火時，材料內(nèi)部進行著各種不同的反應，從而產(chǎn)生了有一定力學性能特征的特定組織，其中對組織性能產(chǎn)生重要作用的過程就是冷軋鐵素體組織的再結(jié)晶，如果退火溫度在再結(jié)晶溫度以下，則同時伴隨能使組織軟化的回復過程。
(1)冷軋帶鋼的再結(jié)晶退火經(jīng)冷塑性變形的金屬，加熱到再結(jié)晶溫度以上，經(jīng)保溫后冷卻的熱處理工藝叫再結(jié)晶退火。冷軋后金屬內(nèi)部組織產(chǎn)生晶粒拉長破碎和晶體缺陷大量存在的現(xiàn)象，有向穩(wěn)定組織自發(fā)轉(zhuǎn)化的趨勢，然而在高溫下，金屬的原子動能小，擴散能力差，擴散速度慢。這種自發(fā)傾向無法實現(xiàn)，必須施加推動力，這種推動力就是將帶鋼加熱到一定的溫度，使原子能量發(fā)生變化。
隨著溫度升高組織和性能的變化分三個階段：回復、再結(jié)晶、晶粒長大。
1.回復。當加熱溫度升高時，冷變形金屬中微觀內(nèi)應力顯著降低，但強度硬度變化不大，塑性和韌性稍有上升，顯微組織無顯著變化，新的晶粒沒有出現(xiàn)，這種變化叫回復。例：從室溫到400℃，帶鋼內(nèi)部的組織無顯著變化，軋制過程被拉長的晶粒剛剛獲得恢復，尚未形成再結(jié)晶。
2.再結(jié)晶。冷變形金屬加熱到較高溫度時，將形成一些與變形晶粒不同的和內(nèi)部缺陷較少的等軸小晶粒，這些小晶粒不斷向周圍的變形金屬擴大，直到金屬的冷變形組織完全消失為止，這一過程稱為再結(jié)晶。帶鋼從400℃加熱到723℃以下區(qū)間就是再結(jié)晶形成階段，因而這個溫度區(qū)間加熱速度必須加以控制。
3.晶粒長大。再結(jié)晶完成后，溫度繼續(xù)升高或延長保溫時間，晶粒會繼續(xù)長大。晶粒長大也是一個自發(fā)的過程，它使晶界減少，能量降低，組織變得穩(wěn)定。
4.碳的析出。碳鋼加熱以后冷卻時，碳在鐵素體內(nèi)的溶解度隨溫度的下降而下降。因而不斷有飽和碳析出，但析出的速度較慢，如果在300℃左右快速冷卻到室溫，就有過飽和的碳留在鐵素體內(nèi)，在室溫下繼續(xù)從鐵素體中析出，使硬度上升，產(chǎn)生時效硬化。故在320℃左右必須緩冷，使用碳充分從鐵素體內(nèi)析出。從600℃冷卻到320℃所需得時間叫有效冷卻時間(如：風冷)。為了從高溫到常溫的時間最短，而使碳盡可能析出，采用先快冷到過時效溫度以下，使碳在鐵素體內(nèi)達到過飽和，而在過時效溫度內(nèi)保溫，讓碳析出，然后再次快速冷卻到常溫。再結(jié)晶是金屬材料最重要的物理冶金過程之一，也是金屬材料最重要的物理冶金 過程之一。
再結(jié)晶退火是工業(yè)上控制和改變金屬材料組織、結(jié)構(gòu)和性能的重要手段。由于再結(jié)晶后的晶粒尺寸對材料性能有著直接的影響，因此作為實現(xiàn)金屬材料特殊而復雜性能狀態(tài)的重要手段，現(xiàn)代工業(yè)要求再結(jié)晶退火不僅能軟化冷變形金屬，保證晶粒度，而且還要實現(xiàn)對金屬材料晶粒的形狀，晶粒取向分布以及特殊各向異性性能的調(diào)整和控制。而從其微觀目的來看，就是提高位錯運動能力，使它們相互抵消，以此消除加工硬化。
(2)鋁鎮(zhèn)靜低碳鋼的熱處理
作為細晶鋼種的鋁鎮(zhèn)靜鋼，通過在冷軋廠冷軋以及熱處理后，可以具有特殊的組織，即所謂的餅狀組織，從而大大改善其深沖性能。其原因就在于氮化鋁的析出機理。在熱軋過程中，從加熱到隨后的軋制中，氮化鋁始終處于固溶狀態(tài)，只有在熱軋以后的冷卻過程，溫度600℃～800℃范圍內(nèi)，氮化鋁才有重新析出的可能。因此卷取方式，即快速冷卻卷取、低溫卷取以及高溫卷取，對氮化鋁的析出具有決定性的作用。采用快速冷卻卷取，可以使氮化鋁在軋制后仍然保持其固溶狀態(tài)；采用低溫卷取，冷卻過程中析出的氮化鋁被過冷；而采用高溫卷取，則氮化鋁在卷取過程中就已析出，或者最遲在帶卷緩慢冷卻過程中析出，通過這種方式可以束縛住鋼中對時效有決定作用的固溶氮，使鋼具有耐時效性。在隨后的熱處理中，只有把鋼重新加熱到900℃～1000℃以上時才能使氮化鋁重新溶解，而對于鋁鎮(zhèn)靜低碳鋼的罩式退火溫度600℃～800℃來講，這一過程不可能發(fā)生，因此熱軋后的卷取方式是鋁鎮(zhèn)靜鋼退火的一種控制條件。
低碳鋼中氮化鋁的析出溫度與再結(jié)晶溫度近似，氮化鋁的析出對再結(jié)晶的影響以及與此相關(guān)的晶粒延伸及晶粒形狀等問題都是影響鋁鎮(zhèn)靜低碳鋼熱處理工藝及產(chǎn)品性能的重要因素。而退火溫度的高低取決于再結(jié)晶和對帶鋼性能的要求，因此只有加熱速度才是影響氮化鋁的析出和再結(jié)晶的工藝因素，隨著加熱速度的提高，冷軋后并且氮化鋁完全處于固溶狀態(tài)的鋁鎮(zhèn)靜低碳鋼，退火時要經(jīng)歷以下幾個階段：1)球形晶粒；2)晶粒微扁；3)晶粒極扁，開始形成粗晶；4)形成大量粗晶；5)晶粒停止變粗、變扁；6)重新成為球形的細晶。上述過程根據(jù)加熱時間以及鋁和氮的含量的不同，分別在不同的時候出現(xiàn)。
氮化鋁主要沿著強烈冷變形后的晶界析出，從而再結(jié)晶過程中的晶粒就難以 進一步長大。當再結(jié)晶過程與氮化鋁的析出過程同時進行時，就會形成粗晶粒，這樣析出的氮化鋁太細，不能釘扎晶界。相反，晶界把這些極細的雜質(zhì)向前推，并每隔一定時間周期性地將它們推出去，這樣一來晶粒便可不受阻礙地進一步長大并形成析出環(huán)。因此，加熱速度對帶鋼退火后形成的組織及其機械性能均有相當大的影。
(3)退火過程對鋁鎮(zhèn)靜低碳鋼組織和力學性能的影響
冷軋帶鋼退火時，材料內(nèi)部進行著各種不同的反應，通過這些反應，產(chǎn)生了有一定力學性能的特定組織。其中冷軋鐵素體組織的再結(jié)晶是對組織產(chǎn)生極其重要作用的過程。如果退火溫度在開始再結(jié)晶溫度以下，則同時開始伴隨使組織軟化的回復。在用于生產(chǎn)薄板的鋼中，碳大多數(shù)情況下先以滲碳體的形式存在，滲碳體在退火過程中溶解，其析出行為強烈依賴于冷卻過程。此外在加熱和退火過程中，合金元素的氮化物和碳化物也能析出，并在一定情況下改變其分布。鋁鎮(zhèn)靜鋼罩式退火時，帶鋼加熱過程中的AlN析出對退火帶鋼的組織形成起著決定性的作用。
在冷軋帶鋼退火時發(fā)生變化的組織參數(shù)中，鐵素體的晶粒度和晶粒形狀是最為重要的兩個參數(shù)。鋁鎮(zhèn)靜鋼薄板的組織特征是拉長的鐵素體晶粒，這是在再結(jié)晶過程發(fā)生以前就已經(jīng)在拉長的鐵素體晶界上形成的氮化鋁晶格中再結(jié)晶的結(jié)果。鐵素體的晶體學取向是另一個受退火過程強烈影響的組織參數(shù)。鐵素體的織構(gòu)直接決定著度量薄板深沖能力的薄板厚度方向各向異性值r。當無織構(gòu)薄板中r值計為1.0時，根據(jù)處于{111}擇優(yōu)織構(gòu)和{100}不利織構(gòu)之間的晶體取向，r值可在2.9～0.1之間波動。必須確定鋼的化學成份和有利取向晶體的形成和長大條件以使退火后的薄板具有有利的織構(gòu)。
位錯元密度這一組織參數(shù)是直接與冷變形和再結(jié)晶相關(guān)聯(lián)的，對于具有良好冷成形性能的軟鋼薄板來說，希望再結(jié)晶有盡可能大的位錯元密度。高的位錯元密度或者可以通過冷軋生產(chǎn)時獲得，或者可以通過伴隨有貝氏體或馬氏體轉(zhuǎn)變從退火溫度開始時的急冷獲得。
第二相的彌散和分布，作為重要的組織參數(shù)也從多方面影響著退火薄板的力學性能。例如在鐵素體組織中不同的第二相粒子，根據(jù)析出條件，滲碳體可以以粗大或細小的彌散粒子存在。除了晶界析出外，還有在熱軋帶鋼中就已產(chǎn)生的順 序排列的粒子。在鋁鎮(zhèn)靜鋼薄板中，通常會形成對罩式退火鋼織構(gòu)發(fā)展有著極為重要作用的六方晶系的氮化鋁。而象鈮或鈦等微合金元素則以立方型MX粒子析出，其彌散度由形成溫度決定。間隙固溶原子碳和氮的濃度也間接取決于碳化物和氮化物的形成，并對退火后冷軋帶鋼的力學性能產(chǎn)生影響。
在由薄板組織決定的、對成品加工和使用有著重要作用的力學性能中，主要考慮的就是屈服強度、抗拉強度和斷裂延伸率。從高的冷成型性能角度來說，屈服強度應盡可能低，這樣才能得到高的加工硬化指數(shù)n和大的均勻延伸率。由于微分加工硬化系數(shù)dkr/dφ表示的真實應力－延伸曲線的斜率在很寬的變形范圍內(nèi)對不同的鋼種都是相似的，因而n值并不適用于用來表示加工硬化行為。相反，數(shù)值上與均勻延伸率相對應的n值表現(xiàn)出與抗拉強度有很密切的關(guān)系。隨著抗拉強度的增加，n值降低，同時成型性能，特別是拉伸應力條件下的成型性能下降，但對于一定的組織和組織狀態(tài)，這一特征也會出現(xiàn)偏差。
(4)罩式退火時的組織形成特性
罩式退火時首先起作用的是緩慢加熱的過程。對于鋁鎮(zhèn)靜鋼而言，細小的氮化鋁粒子析出物可與冷軋組織的再結(jié)晶過程產(chǎn)生相互作用。高溫卷取鋼和低溫卷取鋼的再結(jié)晶變化過程也是因為這種相互作用的不同而存在較大的差異。
低溫卷取的熱軋帶鋼中，氮化鋁析出物被過冷，冷軋后在罩式爐中退火，在緩慢加熱過程時，鋼中固溶的鋁和加熱過程出現(xiàn)的AlN析出物將對再結(jié)晶過程產(chǎn)生強烈的遲滯作用。這是由于在冷變形組織中，過冷的氮化物存在于被強烈拉長的晶界上，鐵素體的再結(jié)晶過程就像是在AlN粒子的晶格中由相對粗大的鐵素體晶粒產(chǎn)生了伸長的“餅狀”組織，并且表現(xiàn)出明顯的{111}擇優(yōu)取向。若帶鋼在罩式爐高溫條件下停留時間較長，具有擇優(yōu)取向的晶粒優(yōu)先長大，從而產(chǎn)生織構(gòu)強化。在其后的緩慢冷卻過程中，隨著溫度降低，過飽和固溶體中的碳析出，因而退火帶鋼中還會具有含量相對比較低的碳原子和氮原子。因此以低溫卷取熱軋帶鋼為原料的冷軋帶鋼罩式爐退火后，其典型組織具有以下特征：1)粗大、伸長的鐵素體組織；2)具有有利的織構(gòu)；3)位錯元密度較?。?)氮穩(wěn)定結(jié)合成氮化鋁；5)相對粗大的滲碳體析出物。由此得到的帶鋼力學性能是：較低的屈服強度和抗拉強度，因而具有良好的冷成形性和平整前顯著的，通過平整后消失的屈服平臺。相反，如果熱軋帶鋼高溫卷取，則在帶鋼中形成粗大的滲碳體組織。因而，雖然擇優(yōu)取 向及其對帶鋼厚向異性的有利作用明顯下降，但退火帶鋼仍然會得到更低的屈服強度。
2、影響冷軋帶鋼退火后延伸率的因素
再結(jié)晶退火后帶鋼延伸率的大小受到退火過程采取的退火工藝的影響以及退火原料的影響，帶鋼的化學成分及冷軋過程中不同的壓下率都會對帶鋼的晶粒形狀和大小產(chǎn)生影響，而原始的晶粒大小和形狀會直接影響退火后帶鋼的晶粒度。再結(jié)晶退火工藝對最終帶鋼的延伸率產(chǎn)生重大影響，影響再結(jié)晶的因素如下：
(1)超過某一變形量時才能發(fā)生再結(jié)晶。低于此臨界形變量只能發(fā)生回復過程。退火溫度愈高，此臨界形變量愈小。
(2)形變量增加，N、G和N/G增大(N為形核速率、G為長大速率)，但三者的變化速率不同。形變量增加，再結(jié)晶溫度降低，因為再結(jié)晶溫度與NG3成反比關(guān)系。再結(jié)晶晶粒尺寸與N成反比，與G成正比關(guān)系。形變量增加，N/G增高，所以再結(jié)晶晶粒變細。
(3)退火時間延長，再結(jié)晶溫度降低。
(4)退火溫度升高，N和G增加，而對N/G的影響很小，即對再結(jié)晶完成時的晶粒尺寸影響不大。
(5)再結(jié)晶溫度和時間相同時，原始晶粒尺寸愈大，受晶界影響所發(fā)生的復雜滑移區(qū)域愈少，儲能降低，所以形變量應當增大。原始晶粒小，形變后儲能高，退火時N和G都增大，N的增大比G更明顯，其他條件相同時，原始晶粒愈細，再結(jié)晶后晶粒也愈細。再者，原始晶粒大，形變更不均勻，這是因為大晶粒內(nèi)塑性應變的各項異性本質(zhì)所引起的，退火后表面粗糙，常出現(xiàn)桔皮現(xiàn)象。
表1
綜合以上實驗結(jié)果，DC01退火主要工藝制度設定為：在原有的工藝制度基礎(chǔ)上，厚度范圍0.5～1.2mm允許加熱時間適當延長0～2小時，保溫時間不變；厚度范圍1.2～3.0mm可允許加熱時間適當延長0～2小時，保溫時間增加1小時，爐臺溫度未達到630℃(厚度小于等于0.8mm未達到620℃)以上時適當延長保溫時間，使爐臺溫度達到630℃(厚度小于等于0.8mm達到620℃)。
2)工藝參數(shù)設定后，選擇兩爐DC01帶鋼實際退火，對結(jié)果進行驗證，產(chǎn)品退火后的表面清潔性良好，并且做金相實驗進行對比，工藝優(yōu)化后的，晶粒度為,8.0/DC01，見圖1。對DC01進行各15個批次金相組織、晶粒度和夾雜物的分析，晶粒度按GB6394評級，夾雜物按GB10591中ASTM的A法評級。經(jīng)罩式爐退火后，各檢驗批次均顯示為較為均勻的再結(jié)晶退火組織，金相組織為鐵素體(部分批次出現(xiàn)極微量游離滲碳體)，為典型的金相組織照片。
2)生產(chǎn)過程中對每批次進行的力學性能檢驗，包括屈服強度、抗拉強度、延伸率。檢驗標準：拉伸試驗為GB/T228、GB/T2975；DC01機能綜合達標率達到95.5％。如表2所示，DC01屈服強度、抗拉強度、延伸率均符合標準，性能良好。
表2
實施例結(jié)果表明，本發(fā)明退火工藝參數(shù)中鋼卷重量、規(guī)格、加熱時間、保溫時間、爐臺溫度與退火后同一爐帶鋼性能組成一向量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分析時必須一并分析，不能進行分割，數(shù)據(jù)分析顯示鋼卷重量及加熱時間、保溫時間對帶鋼延伸率的影響較大。