钢带再结晶退火原理

伯希钢

一、    钢的冷塑性变形
不经加热在常温下的钢经轧制、拉拔、挤压等工艺，产生不能恢复原形状和尺寸的变形。说明钢所受的加工压力大于钢的弹性极限，引起了钢的塑性变形，这一过程叫钢的冷塑性变形。
1.    组织结构的变化。钢在轧制时，尺寸和外形的变化是内部晶粒变形的总和，在轧制过程中，各个晶粒顺着轧制方面伸长压扁破碎形成纤维状，变形程度很大时，在破碎和拉长的晶粒内部出现了许多极细小的碎块，通常称这种结构为亚结构，这种晶粒称为亚晶粒。
2.    内部应力。在金属材料的冷塑性变形中，各种因素导致变形不均匀，使变形时所施加的能量中有10％～15％的比例以弹性能的形式保留在金属内部。其具体形式就是金属中的弹性畸变和内应力。
3.    冷塑性变形与变形组织。在冷塑性变形中，随着变形程度的增大，各晶粒的取向大致趋于一致，这种由于变形的结果而使晶粒具有择优取向的组织，叫变形结构。例：带钢经压下率20％左右的冷轧后的晶粒组织被延伸和硬化，抗拉强度高达680mpa以上，而产品标准要求260～350mpa，这样的带钢几乎不能进行任何进一步加工形成，与产品要求完全不符，为此必须适当调整晶粒的结构以恢复所需的塑性，得到标准要求的力学性能和良好的成形性。

二、    冷轧钢板的再结晶退火。
经冷塑性变形的金属，加热到再结晶温度以上，经保温后冷却的热处理工艺叫再结晶退火。
        冷轧后金属内部组织产生晶粒拉长破碎和晶体缺陷大量存在的现象，有向稳定组织自发转化的趋势，然而在高温下，金属的原子动能小，扩散能力差，扩散速度慢。这种自发倾向无法实现，必须施加推动力，这种推动力就是将带钢加热到一定的温度，使原子能量发生变化。
随着温度升高组织和性能的变化分三个阶段：回复、再结晶、晶粒长大。
1.    回复。当加热温度升高时，冷变形金属中微观内应力显著降低，但强度硬度变化不大，塑性和韧性稍有上升，显微组织无显著变化，新的晶粒没有出现，这种变化叫回复。例：从室温到400℃，带钢内部的组织无显著变化，轧制过程被拉长的晶粒刚刚获得恢复，尚未形成再结晶。
2.    再结晶。冷变形金属加热到较高温度时，将形成一些与变形晶粒不同的和内部缺陷较少的等轴小晶粒，这些小晶粒不断向周围的变形金属扩大，直到金属的冷变形组织完全消失为止，这一过程称为再结晶。带钢从400℃加热到723℃以下区间就是再结晶形成阶段，因而这个温度区间加热速度必须加以控制。
3.    晶粒长大。再结晶完成后，温度继续升高或延长保温时间，晶粒会继续长大。晶粒长大也是一个自发的过程，它使晶界减少，能量降低，组织变得稳定。
4.    碳的析出。碳钢加热以后冷却时，碳在铁素体内的溶解度随温度的下降而下降。因而不断有饱和碳析出，但析出的速度较慢，如果在300℃左右快速冷却到室温，就有过饱和的碳留在铁素体内，在室温下继续从铁素体中析出，使硬度上升，产生时效硬化。故在320左右必须缓冷，使用碳充分从铁素体内析出。从600℃冷却到320℃所需得时间叫有效冷却时间。为了从高温到常温的时间最短，而使碳尽可能析出，采用先快冷到过时效温度以下，使碳在铁素体内达到过饱和，而在过时效温度内保温，让碳析出，然后再次快速冷却到常温。

三、    再结晶退火工艺的选择
1.    再结晶退火温度。冷轧时的变形程度越大，则内应力越高，愈处于不稳定状态，再结晶温度越低；材料的含碳量和磷硫杂质越高，再结晶温度越高；加热速度越快，再结晶温度越高。
2.    过时效温度。过时效温度过高，使二次快冷后的铁素体内的碳过多，材料仍有时效硬化现象；过时效温度太低，则碳的能量不够，析出的时间太长。一般选用350～450℃，保温20～300s左右，不同的钢种选用不同的温度和时间。