专利名称:深拉延用超低碳钢的连续退火方法及设备的制作方法
本发明涉及对深拉延用超低碳钢进行连续退火的方法和设备。更具体地说，与普通炉子结构中以冷却区作为最重要的炉区相比，本发明涉及以加热作为炉子最重要的结构，可以最大限度利用超低碳钢的极好的机械性能的方法和设备。
在本发明以前，日本专利申请公开No.47-33409中已经公开了通过连续退火处理生产深拉延用钢板。如图5中符号(a)所示，这一工艺方法是在热轧和冷轧之后将薄钢板卷加热至较高温度，在该温度下均热保温一段规定的时间，急速冷却到大约400℃，在400℃左右保持1-3分钟，然后冷却到室温。此外，在上述专利文献的现有技术描述部分中还提到一种工艺，如图5中符号(b)所示，它是在加热、均热保温后，只利用冷却来对低碳钢进行退火处理的。不管怎么说，按照上述热循环退火的钢板总是很硬，不适合作为深拉延用钢板。
目前，只有按照加热→均热保温→急冷→过时效这一工艺循环对低碳钢进行退火的设备实现了工业化应用。
众所周知，在这种低碳钢连续退火生产深拉延用钢板的常规技术中，冷却工序在连续退火过程中是最重要的。这就是说，必须控制急冷和过时效条件，此外还必须控制急冷前的缓慢冷却条件或过时效之后的最终冷却条件。因此，在低碳钢的连续退火中，一个重要的问题是在实际操作中如何有效地实现这样一种理想的并且很复杂的冷却循环，或者说怎样设计能够按照上述热循环高效率地生产这种钢板的设备。到目前为止，人们一直是根据上述技术构思来设计和建造生产深拉延用钢板的连续退火设备的。结果在所有已有的生产深拉延用钢板的连续退火设备中，冷却区成了决定设备生产率的部分，因此冷却区的操作和控制方法是予先设计的，以便优先达到所要求的冷却条件。这是从这种常规的技术构思的观点出发得出的必然结果。
另一方面，人们已经知道，当使用碳含量低于普通低碳钢(C≈0.04％)的十分之一的超低碳钢(C≈0.002％)时，就没有必要进行过时效处理了。然而，人们还认为低碳钢与超低碳钢在进行加热和均热工序上没有本质的区别。因而，到目前为止人们一直把为低碳钢设计的普通退火炉用来处理超低碳钢。但是，在这样的炉子里，超低碳钢的极好的机械性能根本不可能得到利用，相反地却带来了许多麻烦。
在如图4所示的深拉延用钢板的普通连续退火设备中处理低碳钢时，急冷速度和过时效条件的控制是极为重要的。为了精确地控制这些因素，开始急冷时的温度，即均热区出口处的温度应该是恒定的。但是，由于钢板移动速度、钢板厚度等的变化，如图4a中符号(i)、(ii)和(iii)所示，加热区中的温度发生不同变化。在极端情况下，在加热区中加热到较高温度的钢板，在均热区中如图4a中符号(i)所示逐渐冷却。
在这方面本发明人从所做的试验结果发现了下述情况。熔炼含有0.0025％C、0.08％Mn、0.01％Si、0.010％P0.005％S、0.04％Al、0.002％N及0.035％Ti(按重量％计)的超低碳钢并将其连续铸造成板坯经过热轧和冷轧得到最终厚度为0.8mm的钢板。将钢板在不同的温度下加热，均热保温0-120秒，然后进行光整冷轧。随后测量经过这样处理过的钢板的延伸率，得到图2中所示的结果，图中园圈中的数值是延伸率值(％)。从图2中可以看到，延伸率随加热温度的升高而增加，但是在750℃的较低温度下，即使长时间保温延伸率的增加仍十分微小，而在高于800℃的加热温度下基本上看不到均热保温时间的影响。对于象屈服强度、抗拉强度等其他性能也观察到类似的趋势。
接下去检验在850℃退火的二次加工脆性，得到图2中所示的结果，图中符号○表示没有脆性，符号×表示产生脆性。从图2的结果可以看出，当均热保温时间为0时，即使在-80℃的温度下也不发生开裂，而均热保温不少于30秒时，脆化温度提高到不低于-50℃。根据这一事实证实了最好是使均热保温时间尽可能缩短。
接下去把经过冷轧的最终厚度为0.8mm的钢板以35℃/秒的加热速度加热到不同的温度，然后以30℃/秒的冷却速度急速冷却，测量其r值(兰克福特值)，得到的结果如图3所示。由图3可以看出，在低碳钢的情况下，r值趋向于随着退火温度升高而增加，但r值的变化不太大。相反地，当退火温度达到850℃时，奥氏体相的比率增加阻止了晶粒长大，因而r值趋向于减小。反之，在超低碳钢的情况下，r值趋向于随退火温度升高而显著增加。
根据这些结果，本发明人发现，为了由超低碳钢获得确定的产品，至关重要的是控制最高加热温度，而不是控制均热保温时间。
根据上述知识来考虑在普通连续退火设备中对超低碳钢退火的情况，钢板在如前所述的加热区中按图4a中符号(i)、(ii)和(iii)所示的热循环变化进行退火，结果即使均热区出口处的温度是恒定的，由于加热区中最高加热温度不同，仍然产生了机械性能发生变化的问题。
由于超低碳钢在高温下变得很软，随着在高温下保持时间延长，产生表面缺陷和发生卷裂的危险增加了，因此必须特别小心。
本发明的目的是，解决超低碳钢板生产中的上述所有问题以及提供能精确控制规定加热温度的连续退火方法和设备。
根据本发明的第一方面，规定了深拉延用超低碳钢的连续退火方法，这一方法包括以下步骤将上述钢的板材由室温加热到其再晶温度以上；通过快速加热到规定最高加热温度调整已加热的钢板的温度，精度至少在±℃以内，所说的规定最高加热温度是根据予先选定的钢材成份，生产条件和产品性能的关系来确定的；不经过均热保温就快速冷却，然后冷却至室温。
根据本发明的第二方面，规定了深拉延用超低碳钢的连续退火设备，它包括加热区、温度调整区、急冷区和最终冷却区。其中温度调整区具有比加热区要高的每单位长度钢板加热能力以及即使在不均匀区温度精度也能达到至少±10℃的高灵敏度。这种设备与普通连续退火设备不同，如图1b所示，它用温度调整区取代了均热区并去掉了过时效区。
在本发明的一个优先选用的具体设备中，为了提高热效率，在加热区的前面设置了一个予热区。
在本发明的另一个优先选用的具体设备中，为了有效地控制最高加热温度，可以设置一个能够在加热过程中冷却的区域。
下面参照附图来说明本发明，在附图中图1a表示在根据本发明的设备中的一个热循环；图1b是根据本发明的设备的一个具体设备的示意图2表示均热时间和加热温度对延伸率的影响；图3是退火温度对r值的影响的曲线图；图4a表示在普通连续退火设备中的一个热循环；图4b是普通连续退火设备示意图；图5表示在普通退火过程中的一个热循环；图6是一个曲线图，它表示在连续退火过程中开卷钢板的移动速度变化时性能的变化。
根据本发明的设备与图4中所示的普通设备的主要区别在于，省略了过时效区并设置了代替均热区的温度调整区。本发明的意图在于，在温度调整区中加热钢板时可靠地控制住温度，因此要求有相当大的热容量和良好的灵敏度。在这种情况下，温度调整区中每单位长度钢板的热容量必须大于加热区或予热区。此外，即使在不均匀区温度精度也必须达到至少±10℃。为此目的，在温度调整区采用了向钢板直接喷吹经过高温加热的非氧化性气体的装置、通电直接加热钢板的装置、在高于通常温度下使用的辐射管装置等。另外，温度调整区具有通过退火温度控制机械性能和补偿成分变化的作用，或者具有补偿由于钢板移动速度或钢板厚度的变化而引起钢板温度变化的作用，从而可以高精度地控制钢板的规定最高加热温度。此外，在加热过程中钢板局部冷却的特点对于实现本发明的目的也是有作用的。
将钢板在温度调整区中按图1a中符号(i)、(ii)、(iii)或(iv)所示加热至规定最高加热温度后，不经过过时效区使其迅速冷却。在这种情况下，喷气冷却、滚动冷却或这两种冷却方式相结合是适宜的冷却方式。此外，从机械性能的观点出发，几乎用不着限制冷却速度，因为不需要急冷一过时效这一特殊处理，因此从装置和操作的角度来看它可以主要根据情况来确定。
在温度达到规定最高加热温度后将钢板急速冷却的原因是，如图2所示，当均热保温时间增加时已不再指望改善机械性能的事实，相反，象反常晶粒长大、性能下降这些危险增加了，发生热翘曲、啄印等生产问题的次数也增多了。
为了进一步提高热效率，在加热区的前面可以设置一个予热区，或者可以把加热区划分为若干个炉体，这样做不会损害本发明的效果。此外，为了提高冷却效率将冷却区分成两个或两个以上的冷却炉体的做法也不会损害本发明的效果。
根据本发明，使用超低碳钢作板材时，由同一板材可以获得不同的机械性能，或者在连续退火处理时仅仅通过精确地控制退火加热温度就可以使板材中不均匀的机械性能均匀化。具体地说，本发明可以便利地实现下列事实(1)根据化学成分的变化，通过控制加热温度，可以得到机械性能非常均匀的钢板；(2)通过局部高温加热，可以补偿经热轧后的薄钢板卷的外部和内部的机械性能下降；(3)可以避免由于钢板尺寸或钢板移动速度的变化而引起的钢板温度变化；(4)由同种材料生产具有指定的机械性能的产品。例如如图6所示，在图退火过程中超低碳钢(C0.0015％、Ti0.055％)的钢板移动速度改变时，r值，热卷取温度和加热温度大体上在整个钢板长度上可以保持均匀一致。
实施例在钢板厚度(mm)与钢板移动速度(米/秒)之积为400左右的生产能力的普通连续退火设备中，加热区的热容量(燃烧器容量)为40×106千卡/小时左右。相反，均热区的热容量只够补偿从炉体中损耗的热量，其燃烧器容量是加热区的十分之一。
反之，根据本发明的温度调整区由于使用了一个具有1100℃以上炉温的超高温辐射管以及一个高温气体喷吹装置，其热容量至少是普通均热区的两倍，这相当于10～20×106千卡/小时。特别是如果考虑每单位长度钢板的热容量，则温度调整区的热容量高于加热区的热容量。
如上所述，根据本发明可以精确地控制深拉延用超低碳钢板的规定加热温度，从而得到没有机械性能变化的钢板。此外，由于在加热区前面设置了予热区可以提高热效率。这些改进效果是非常突出的。
权利要求
1.一种对深拉延用超低碳钢进行连续退火的方法，包括以下步骤(1)将上述钢板的板材由室温加热至其再结晶温度以上。(2)通过快速加热至规定最高加热温度调整已加热的钢板温度，精度至少在±10℃以内，规定最高加热温度根据予先选定的钢材成分、生产条件和产品性能的关系确定，(3)不经过均热保温就快速冷却，然后冷却至室温。
2.按照权利要求
1所述的方法，其中为了调整最高加热温度，在加热过程中使所说的钢局部冷却。
3.一种深拉延用超低碳钢的连续退火设备，包括加热区、温度调整区、急冷区和最终冷却区，其中温度调整区的每单位长度钢板的热容量高于加热区并且具有在不均匀区温度精度也能达到至少±10℃的良好灵敏度。
4.按照权利要求
3所述的设备，其中在加热区的前面设置了一个个予热区。
5.按照权利要求
3所述的设备，其特征在于，在所说的加热区或温度调整区中设置一个用于调整最高加热温度的可冷却区。
6.按照权利要求
4所述的设备，其特征在于，在所说的加热区或温度调整区中设置一个用于调整最高加热温度的可冷却区。
专利摘要
公开了一种对超低碳钢进行连续退火的方法及设备。用于实施这一方法的设备包括加热区、具有较大的每单位长度钢板热容量及良好灵敏度的温度调整区、急冷区和最终冷却区。
文档编号C21D9/56GK86105994SQ86105994
公开日1987年4月1日 申请日期1986年8月12日
发明者小原隆史, 大泽一典, 佐藤进, 角山浩三, 贝原利一 申请人:川崎制铁株式会社导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan