冷轧质量控制

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第一章 原料


一、钢的分类


冷轧带钢的种类很多，用途也很广泛。为了区别各种化学成分和各种用途的带钢，便于选择和使用，必须了解钢号，而钢号的表示方法又和钢的分类有密切关系。

钢的分类方法很多，主要根据钢的获得方法，钢的化学成分，钢的质量和钢的用途分类
1.根据获得方法分类

根据不同的冶炼方法和设备，可以把钢分为三种：

(1)平炉钢
从平炉(西门子一马丁炉)中冶炼出来的钢。一般都是碱性，只有在特殊情况下，才在酸性平炉里炼制。目前平炉钢已淘汰。

(2)转炉钢
从转炉中冶炼出来的钢。除了可分为碱性和酸性转炉钢外，还可分为底吹、侧吹和顶吹转炉钢，这两种分类又常常混合使用。例如，贝塞麦转炉钢为底吹酸性转炉钢，托马斯炉钢为底吹碱性转炉钢。目前，我国生产量最大的是碱性侧吹转炉钢和顶吹氧气转炉钢。

(3)电炉钢
在电炉中用电热冶炼出来的钢。钢液不与燃料的火焰接触，清除杂质较易，温度也容易准确地控制。因此，它的质量非常高，可以冶炼质量优越的钢。电炉钢可分为电弧炉钢，感应电炉钢(也称高周波电炉钢)、真空感应电炉钢和电渣炉钢等等。通常，大量生产都是以碱性电弧炉钢为主。

按脱氧程度和浇注制度的不同，碳素钢又可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢三类，

合金钢一般都是镇静钢。

2. 根据化学成分分类

根据钢的化学成分，可把钢分为碳素钢和合金钢两种。
(1)碳素钢
根据含碳量的不同，大致又可分为：
低碳钢：含碳量在0.25％以下的钢；

中碳钢：含碳量在0.25％一0.6％之间的钢；

高碳钢：含碳量在0.6％以上的钢。

(2)合金钢
根据钢中所含主要合金元素的种类，可分为锰钢、铬钢、镍钢等。

依含合金元素总量的不同，大致又可分为：


低合金钢：合金元素总量在5％以下的钢；

中合金钢：合金元素总含量在5％～10％之间的钢；

高合金钢：合金元素总量在10％以上的钢。

3. 根据质量分类

根据钢中所含有害杂质的多少，可以把钢分为普通钢、优质钢和高级优质钢三大类。

(1)普通钢
一般指含硫量不超过0.050％，含磷量不超过0.045％的钢，但酸性转炉钢的硫磷含量允许适当放宽。普通碳素钢已改名为碳素结构钢，其牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值(195，215，235，255，275)、等级（A、B、C、D）和脱氧方法符号(沸腾F，半镇静b)表示。
(2)优质钢
含硫量不超过0.035％，含磷量不超过0.040％的结构钢，含硫量不超过0.030％，含磷量不超过0.035％的工具钢。其它非特意加入而是从原材料带入的残余杂质，如铬、镍、铜等的含量，也有一定的限制。
(3)高级优质钢
属于这一类的钢一般都是合金钢。钢中含硫量不超过0.025％，含磷量不超过0.025％。其它混入杂质则限制得更严格。

4. 根据钢的用途分类

根据钢的用途分为结构钢，工具钢和特殊钢三种。

(1)结构钢
这种钢是用以制造机器零件、机床、桥梁，厂房结构及其它结构用零件等。结构钢又可分为两种:

碳素结构钢：不含有特殊元素，含碳量在0.70以下的钢。

合金结构钢：含有特殊元素，并在规定含量范围内的钢。合金结构钢具有更高的强度和韧性。

(2)工具钢
这种钢是用以制造各种工具。工具钢可分三种：

碳素工具钢：含碳量在0.7％～1.3％范围内的钢。


合金工具钢：钢内含有较高的合金元素，钢的物理性能很强，具有较高的耐用性。

高速工具钢：钢内含有高的耐磨(W，Cr，V等)合金元素，在高温下(600'C)尚能保持切削性能。
(3)特殊钢
在特殊工作环境中，具有特殊物理和化学性能的钢，总称为特殊钢。特殊钢可分以下四种：
耐热不起皮钢：凡在高温下，对于气体的浸蚀而不起皮的钢，称为不起皮钢。凡在高温下(900~C或1100~C以下)能保持足够的强固性和抗氧化性能的钢，称为耐热钢。这两种钢的总称为耐热不起皮钢。
不锈耐酸钢：凡在空气中能抵抗腐蚀作用的钢，称为不锈钢。在某些化学浸蚀介质中能抵抗腐蚀作用的钢，称为耐酸钢。这两种钢的总称为不锈耐酸钢。

电热合金：具有较高的电阻，并在高温下具有良好抗氧化性能的合金，称为电热合金。

磁性材料：这种材料，在强磁场或弱磁场下具有良好磁性。

上述四种分类法，只是最常见和常用的几种。除此以外，还有其它的分类方法，例如，按金相组织分类，又可分为按退火后钢的金相组织分类、按正火后钢的金相组织分类，以及按加热和冷却时有无相变和室温时的金相组织分类等等。以上各种分类法，主要是根据不同需要或不同场合而采用的。在某些情况下，往往是把几种分类方法混合使用。
二、钢的编号
钢的分类只能把具有共同特征的钢种划分和归纳为同一类，不可能将每一种钢的特征全部反映出来。因此，为把每一种钢的特征反映出来，必须制定出一个统一的编号方法。这种编号方法，应该简明、容易记忆。
我国规定了统一的表示方法，即用符号将每一种钢的特征全部表示出来，此方法规定：钢中的合金元素，用国际化学符号或汉字来表示，如“铬”或“ Cr”、“硅”或“Si”、“锰”或“Mn”、“钨”或“W”等。产品用途、冶炼和浇注方法，用汉字和汉语拼音字母表示，一般用缩写。含碳量与合金元素的含量，则用数字表示。
结构钢的含碳量以百分之零点零一为单位，用二位数字表示。例如，平均含碳量为0.10％、0.25％、0.45％的钢，其钢号就应为“10”、“25”、“45”。
工具钢的含碳量以百分之零点一为单位，用一位数字表示。如平均含碳量为0.8％的碳素工具钢，其相应钢号为“T8”。含碳量写在符号的最前面(合金工具钢的含碳量等于或大于1％者可不标出)，而合金元素的含量，则写在该元素字母的后面。含锰量较高的钢，应将锰元素标出。例如：含碳量为0.65％，含锰量为0.7％一1.0％的钢，其相应钢号为“65Mn”。含硫，磷量较低的高级优质钢，则在钢号的最末尾加字母“A”予以标明。同时，为标明钢的用途，在某些钢号之前，再附以用途标号。通常，碳素工具钢加“T”，滚珠轴承钢加“G”等。
钢号中常用的元素符号
元素
C
Si
Mn
P
S
Cr
Ni
Cu
B
Ti
W
V
Mo
Al

名称
碳
硅
锰
磷
硫
铬
镍
铜
硼
钛
钨
钒
钼
铝

钢号中常用的冶炼、用途、浇注方法等符号

符号
F
b
A（标尾）
T
G

含义
沸腾钢
半镇静钢
高级优质钢
碳工具钢
滚动轴承钢



三、钢中主要元素的作用

碳(C)：对于碳素结构钢的组织及性能有很敏锐地影响，碳能增加带钢的强度和硬度，但会降低带钢的韧性。带钢的塑性也随着含碳量的增加而降低。

锰(Mn)：锰对带钢性能的影响大致和碳一样，可以提高带钢的强度和硬度。随着带钢中含碳量的不同，锰对带钢的性能影响也不问。锰使含碳0.1％一0.15％的低碳钢强度增加最甚，而使含碳0.7％～0.8％的带钢的强度增加较弱；锰对中碳钢和高碳钢的延伸率很少改变，而冲击韧性随着含锰量的增加而降低。

硫(S)：在一般带钢中都是有害的杂质，硫化夹杂物对带钢有不良影响，含硫量多时(大于0.045％)引起热脆现象，也就是在加热的状态下表现出脆性，轧制时易生成裂口或裂纹。

磷(P)：与硫相似，也是有害元素。通常在带钢中的磷含量，不允许高于0.05％，否则引起冷脆现象，也就是在冷状态下脆弱，含磷量超过0.13％时脆性更明显。

硅(Si)：硅是带钢中常见的元素之一。硅的加入，能提高带钢的硬度和强度。但硅含量若超过3％，将显著地降低钢的塑性和韧性。

镍(Ni)：镍是对带钢有利的合金元素，加镍于钢中，能提高带钢的硬度和强度，但其作用比锰小些。同时镍还增加带钢的韧性，促使获得细晶粒的组织。

铬(Cr)；铬对提高带钢的力学与工艺性能有很大的影响，加入铬可以增加带钢的硬度、淬硬性、晶粒细化性、耐磨性及耐蚀性。碳钢中加入少于1％铬时，将促使塑性有所提高。当含铬量在1.0％-1.5％时，将会降低冲击韧性，但对断面收缩率和延伸率影响不大。钢中含铬量为12％一14％时，能有效地防止生锈，所以这种钢常被称为不锈钢。

钨(W)：与铬相似，带钢中加入钨能增加硬度和淬硬度，减小焊接性，并使延伸率和断面收缩率减小。钨的加入，还能阻止其晶粒在加热时的增长，并使带钢具有良好的耐磨性和耐蚀性。但带钢中含钨量超过9％时，硬度显著提高，而延伸率和断面收缩率显著降低。

钼(Mo)：常以0.2％一1.0％的量加入于镍钢、铬钢中。钼的加入，增加钢的硬度、韧性、晶粒细化度及耐蚀性，但降低带钢的延伸率、断面收缩率和冲击韧性。钼也像钨一样，能降低钢的导热率，但能防止钢的过热，它加入钢中在轧制时比碳钢需要更大的轧制力。

钒(V)：与钼相似，加于合金钢中。钒的加入，减小晶粒度，增加硬度和韧性(不显著)，能防止过热。通常轧制并不遇到特殊困难，但含钒量超过1%时有损钢的质量。
四、热带的技术条件
热轧钢带常用标准为：
GB/T 3524碳素结构钢和低合金结构钢热轧钢带
GB/T 8749优质碳素结构钢热轧钢带
热轧带钢的技术要求，可归纳为以下几个主要方面：
①化学成分方面的要求：主要元素的成分范围以及残余有害元素的上限值。
②尺寸精度方面的要求：包括带钢的尺寸偏差范围、带钢长度方向的弯曲程度(即镰刀弯)、板形方面的截面差（三点差）和同条差等。
③表面质量方面的要求：分为不允许有的缺陷，如裂纹、折叠、氧化铁皮压入等，及允许有不大于公差要求的缺陷，如划痕、刮伤、凸凹面、辊印、碎边、斑点等
④性能、组织方面的要求：这个方面的要求涉及面较大，其性能的要求包括力学性能、工艺性能(如弯曲，焊接、冲压性能等)和特殊物理、化学性能(如磁性、抗腐蚀性和抗氧化性等)。其中最普遍的是力学性能，它主要包括强度、硬度、延伸、冲击韧性等多个参数。
五、坯料的常见缺陷
热轧带钢厚度精度和均匀性，板形状况、外形尺寸、表面质量及各种性能等是否符合冷轧带钢的生产要求，与被轧带钢坯的质量及是否严格地按所规定的加热工艺、轧制工艺有直接关系。由于带钢坯本身质量不佳及工艺操作的不正确，常会出现各种缺陷。
(1)氧化铁皮轧入
热轧带钢表面粘附着一层氧化铁皮，其颜色多为灰黑色或红棕色，分布面积有大有小，有块状也有条状，轧入深度亦有深浅之别。产生原因是轧制温度高，形成再生氧化铁皮被压入带钢表面，或加热时间过长及加热温度过高造成氧化气氛而生成氧化铁皮在轧制时压入。其生成氧化铁皮的厚度，通常取决于加热条件、钢质，开轧及终轧的温度。
(2)弯曲(俗称镰刀弯)
带钢的长度方向在水平面上向一侧边弯曲。产生原因是轧辊辊型加工不正确或辊缝调整不平行，使带钢延伸不一致，另外带钢坯本身两边加热的温度不均，也会促使轧制时延伸不一样，还有两边压下量调整如不当，两侧轧辊轴瓦磨损不一，导卫装置安装不正确等均会导致带钢在轧制时的弯曲。
(3)裂边
带钢边缘破裂严重时带钢边缘被撕成锯齿形，并有明显的金属碎片。产生原因比较复杂，既和钢质有关，又与加热、轧制工艺有关。归结起来主要是轧辊辊型设计不合理，轧辊调整不正确，低温轧制，其次是带钢化学成分不合适或坯料脆性大，再者坯料边缘存在裂缝或坯料过烧等，都是产生裂边的原因。
(4)划伤(划痕)
带钢的表面有低于轧制面的纵横向划沟，长短不一，部位不定，一般呈连续或间断地分布于带钢的全长或局部。纵向划伤多为轧制时导卫板或辊道有尖角与带钢接触形成，或在卷取过程中划伤，横向划伤则由于带钢在冷床上横移或在运输等过程中受到擦伤造成。
(5)压痕
带钢表面上呈形状不同，大小不一的凹坑，其凹坑不呈周期性。产生原因是轧辊、夹送辊产生粘辊或粘附氧化铁皮，若有异物掉在带钢表面上，经轧后脱落也会在带钢表面形成凹坑；另外带钢在堆放过程中与硬物碰压，或同带有硬尖角的物质垫底部也会形成带钢的压痕。
(6)辊印
带钢表面有条带状或片状的周期性轧辊压印，其压印部位较亮，但没有明显的凸凹感觉。产生原因是轧辊材质不良，硬度低易损伤；带钢硬度高或轧钢时不注意使辊面产生烙印或粘有铁屑。
(7)厚度不均匀
带钢各部位的厚度不一致。厚度不均有纵向(长度方向上)和横向(宽度方向上)之分，即在同一纵断面出现头、中、尾部位的厚度不一致和在同一横断面两边与中间或两边等部位的厚度不一致。产生原因是带钢加热温度不均或各道次压下分配不合理导致带钢的塑性变形不一致，轧辊辊型配置不当或轧辊弯曲变形也会造成周期性的厚度不均；另外带钢本身的厚度不一致以及轧辊和两轴瓦磨损严重均会使带钢出现厚度不均。
(8)结疤(又称重皮)
带钢表面是“舌头”状或“鱼鳞”状的翘起薄片。其面积与厚度大小均不相等，外形轮廓极不规则，有闭合与不闭合，有与钢的本体相联结并折合到带钢表面上，而不易脱落，有与钢的本体没有联结但粘合到带钢表面上，易于脱落，有翘起和不翘起的，一般轧制产品的结疤不易翘起，周围留有痕迹，下面有氧化铁皮，由炼钢造成的结疤容易翘起和张开，下面有夹杂物。产生原因是钢锭表面有残存的结疤(重皮)，轧后压入带钢表面上，或带钢表面凸凹不平，清理深宽比不够，轧件表面严重刮伤后再轧，或成品前某一道次轧辊掉肉或有砂眼，带钢通过后表面产生凸块，再轧后呈周期性的生根结疤，或因轧辊粘结金属物，带钢通过后形成凹坑，再轧时若延伸不一，凹坑也会变形结疤，另外轧制时外来金属物落在带钢坯表面被带入轧辊，轧后压入带钢表面形成不生根结疤。
(9)表面夹杂
带钢表面上有较明显的点状，块状或条状的非金属夹杂物，其颜色为红棕色、淡黄色和灰白色。产生原因是炼钢时造渣不好、盛钢桶不净，或带钢加热时耐火材料的崩裂，带钢表面粘有非金属夹杂物，轧制时未剥落等造成表面夹杂。
(10)麻点
带钢表面呈现有局部的或连续的成片粗糙面，分布着形状不一、大小不同的凹坑，严重时有类似桔子皮状的比麻点大而深的麻斑。产生原因是加热过程中带钢表面氧化严重，轧制时氧化铁皮成片或块状压入带钢表面上，在轧制过程中或酸洗后脱落形成细小的坑，即通称的氧化麻点，轧辊质量差，磨损严重等也会造成带钢的麻点，也有的由于加热过程中被某种气体腐蚀，形成气体腐蚀麻点。
(11)折叠
带钢形成局部互相折合的双层金属。产生原因是辊型与压下量控制不当形成大波浪被轧后压合，或操作不当造成局部压合，加热温度差较大，局部变形不均，两侧延伸不一也会形成折叠。
(12)分层
有明显的金属结构分离，破坏了带钢的整体连续性。严重时则分成2～3层，层与层之间有时有肉眼可见的夹杂物，夹杂产生的分层部位不固定。产生原因是钢锭轧带钢坯时缩孔未切净，使带钢坯上带有缩孔残余，或钢锭有集中的夹杂物，另外，化学成分的严重偏析也可能形成分层。
(13)红斑
带钢表面呈现赤红色的，但有一定深度的斑点。产生原因是由于炉灰或未除掉的红色氧化铁皮压入带钢表面所致。
(14)气泡
带钢表面无规律地分布有呈圆形的大小不一的凸泡，其外缘比较圆滑，大部分是鼓起的，也有的不鼓起而经酸洗后表面发亮，其断面有分层并呈现凸起性的空隙，产生原因是炼钢时沸腾不好，出气不良，使钢锭坯的内部产生严重气泡，经多次轧制没有焊合起来，或沸腾钢锭浇注温度过低，浇注速度太快，使气体没有跑出的机会，形成气泡的数量过多，尺寸过大，轧制未能焊合。
(15)裂缝
带钢表面有不同形状的破裂，其方向是任意的。有一种是与轧制方向平行的顺裂纹，有一种是密集的鱼鳞状或针状裂纹。常出现在带钢边缘部位上，裂纹严重时，有明显的开口，深而长。这主要是坯料带来的，如坯料的气泡破裂和坯料的裂缝轧制后暴露，另外钢中硫、磷成分出格或带钢的缓冷、清除不好等都会造成带钢的裂缝。
(16)毛刺
带钢的两边有时形成飞起的毛边，它是端面上的一种尖而薄的突出金属，此种缺陷主要出现于宽带钢裁剪成窄带钢的带钢坯上。产生原因主要是剪刃过钝，剪刃松动和剪刃调整不当也会引起毛刺。

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    第二章 酸 洗

一、酸洗线的目的

酸洗线的目的有四个：
1、除去热轧板卷表面氧化铁皮

热轧板卷系在终轧温度800—900℃高温下经受热轧，因此，在带钢表面生成大量氧化铁皮。这种氧化铁皮给冷轧操作带来了障碍，损坏了产品表面的美观，同时，也妨碍镀层性能、喷涂性能。为除去这种氧化铁皮通常采用机械法和化学法相结合的方法。所谓机械法是采用除鳞机进行弯曲加工使氧化铁皮中发生龟裂，容易和酸接触而除掉氧化铁皮的方法。所谓化学法是使氧化铁皮和酸发生反应而除去氧化铁皮的方法。所使用的酸通常是硫酸或盐酸。盐酸和硫酸相比较，具有与氧化铁皮反应快、生成的铁盐在盐酸中溶解度大等优点，因此，可加快酸洗线的速度，提高了生产效率。
2、板卷的连接(焊接)

为提高后部工序的作业率和收得率，把几个热轧板卷接头焊接起来，形成一个大板
卷。
3、侧剪边
热轧板卷的板宽全长未必均匀，并且由于边缘存在有龟裂的情况，故通常进行侧剪边。
4、涂油
为防止板卷在卷取运输中产生伤痕，防锈或作为轧制顶涂敷，依照以上不同用途涂敷各种油(把这种操作总称预涂油)。
二、酸洗原理
1、氧化层构成
氧化铁皮是钢在高温下与氧反应而形成的，外层与氧接触更充分，金属与氧反应更彻底。由金属基体向外依次为氧化亚铁FeO、四氧化三铁Fe3O4、三氧化二铁Fe2O3，其中氧化亚铁层最厚，如图。
影响带钢氧化层厚度的主要因素：
带钢终轧和卷取温度；
带钢冷却时间；
氧化气氛；
钢的化学成分。
2、与盐酸的反应
在使用盐酸进行酸洗时，由于盐酸和Fe2O3发生反应最快。基体铁(Fe)比氧化铁皮更容易溶解，容易形成所谓的过酸洗状态，所以，为防止产生过酸洗，添加少量的控制剂，在铁表面形成保护膜，起防止基体铁受酸腐蚀作用。酸洗槽中，酸液浓度、温度、控制剂量都要严格掌握。


三种氧化铁均能很好地溶于盐酸，各种化学反应中，以氧化亚铁FeO为主，生成氯化亚铁和水。
FeO+2HCl=FeCl2+H2O

影响反应进行的主要因素：
盐酸浓度高有利于反应进行，但过高会增加酸挥发，使酸耗增加，一般控制在10%-20%；
酸液温度高有利于反应进行，但过高也会增加酸挥发，使酸耗增加，一般控制在80℃-90℃；
氯化亚铁FeCl2浓度高不有利于反应进行，过高时应更换酸液和冲洗酸槽，一般不超过280g/l。
三、酸洗设备和操作
带钢酸洗所使用的设备是连续酸洗设备，尽管各个设备间存在某些不同，但其典型例子如下图所示。热轧板卷用开卷机开卷，经焊接、在酸洗槽中除去氧化铁皮、水洗、烘干后，进行侧剪边、涂油，最后卷取。
开卷机：开卷机是热轧板卷的放料装置，根据需要，为使氧化铁皮中发生龟裂，设置加压辊、校平辊。
破鳞机：破鳞机是为使氧化铁皮中发生龟裂，在酸洗槽中很容易除去氧化铁皮而设置的装置，破鳞机有与开卷机组合在一起的，有设置在活套坑、活套车前和酸洗槽前的。
下切式剪切机：下切式剪切机是切掉热轧板卷端头用的。为焊接板卷，端头要切成直线。另外，对焊接作业、下部工序作业有害的端头不良形状和缺陷也应切去。
焊接机：如前所述，为加大板卷，让带钢通过连续作业线进行焊接。焊接方法有很多种，但通常采用闪光对焊焊机。它是通以大电流，使前端熔融，在高压下进行对接的焊接带钢的方法。另外，还有的采用氩弧焊设备。
焊缝清理机：铲平焊接时形成的焊缝隆起，使之和其他基体部分厚度相同。
精除鳞机：利用毛刷和高压水使龟裂的氧化铁皮尽量剥落，可以有效地提高酸洗效果并降低酸耗。
活套：这是一种当焊接作业等时，保证带钢在酸洗槽中仍能连续酸洗，而存贮1～3个热轧板卷数量带钢的存贮设备。酸洗槽中的带钢移动一停止就变成过酸洗，这样在轧制作业中有时会造成事故，或损坏产品的表面美观。
酸洗槽：连续酸洗设备，通常酸洗槽由3～5槽组成串列式配置。槽内的硫酸或盐酸通常浓度是4～25％，由第一槽起浓度逐次变高(液体温度80～100℃)。
清洗槽：酸洗后的带钢首先用高压冷水喷射，然后用温水喷射或在槽中洗去表面残存的酸份和盐份（FeCl2）。
干燥器：对从清洗槽出来的带钢表面进行干燥。
出侧下切式剪切机：板卷达到所规定的大小后，要将带钢切断。
圆盘式剪边机：带钢两边的耳子要连续地切掉，达到所规定宽度，以旋转圆刃修整下来的废金属，或者用碎边机切短，或者以原长卷绕在切边卷取机上的方法进行处理。
涂油器：是往酸洗后的带钢上涂油的装置。
卷取装置：卷取机是卷取带钢的装置，有张力卷取机和无张力卷取机两种。后者卷得有些松散，并且内径也不稳定，故新作业线都改用张力卷取机。
四、酸洗缺陷
在冷轧带钢生产中的酸洗工序，有时因酸洗条件不理想，操作不当或某些设备不良，可能会造成各种酸洗缺陷，归结起来，大致有以下几种：
1、酸洗不均
带钢表面个别或局部地方残留着未被酸洗掉的氧化铁皮斑点。
产生原因：

①带钢在酸洗前没有松卷或松卷不均，表面有相互贴紧现象，酸液不易与其反应。
②酸洗前，带钢表面上有油污等未被清除干净，而阻碍了带钢与酸反应，
③酸洗中，未将带钢反复提升或充分揽动酸液也会产生酸洗不匀的情况。
2、酸洗不足
带钢表面残留着未被酸洗掉的氧化皮，用手抹有黑灰。
产生原因：
①酸液的温度低，浓度不够，或带钢在酸液中的停留时间不够，
②剥壳处理未达到预先要求，酸洗不足的带钢，轻者轧制后带钢表面颜色发暗，严重者氧化铁皮被轧入呈黑斑，氧化铁皮也可能粘在轧辊表面上，大块的氧化铁皮使带钢轧制时不延伸，而造成轧制后带钢出现浪形等缺陷。
解决方法是重新进行酸洗。
3、
点状腐蚀
带钢表面上产生点或带状的凹坑。
产生原因：
①酸液温度过高、浓度过高；
②酸洗时间过长，
③酸洗缓蚀剂量不足，至使带钢表面逐渐变粗糙成麻面。
点状腐蚀的带钢，延伸性大大降低，在轧制过程中很容易断裂或破碎，坯料上的细微点状腐蚀一般可通过冷轧得到清除，而成品带钢的点状腐蚀是一种不可清除的缺陷。
4、酸渍、水渍
带钢酸洗后，表面被锈蚀，呈黄色。
产生原因：
①带钢表面经清洗后还残存着少量的酸质，中和不完全，
②带钢表面没有完全干燥而与空气中氧发生反应而锈蚀。
解决方法：清洗槽尽量采用活水，提高中和槽中碱的含量和温度，或增加烘干工序，也可采用钝化处理。
5、
氢脆
带钢表面呈现外观为条状的小鼓泡，鼓泡破裂后呈黑色细小裂缝，没有破裂的经轧制后便破裂或裂缝延伸、扩大。并且是无规律的，它直接影响带钢的韧性和塑性。
产生原因：带钢吸收酸洗过程中所析出的氢。
解决方法：严格按酸洗工艺制度进行酸洗，采用缓蚀剂，酸洗后，采用烘干或将带钢置于空气或清水中若干时间。
6、黑斑
带钢表面呈现形状不同的黑色或成片的黑印。
产生原因：带钢局部有油污点，大片锈痕或水迹，经过热处理后局部氧化，在酸洗时，未予除净而残留在带钢表面上。
解决方法：重新酸洗。
7、红斑
带钢表面呈现赤红色的，有一定深度的斑点。
产生原因：由于炉灰或未除掉的红色氧化铁皮轧入带钢表面，酸洗时未除掉。
解决方法：清刷加酸洗，严重者剥皮处理。

8、划伤
带钢表面呈连续或断续的长条状且有一定深度的划痕。带钢划伤后经轧制，会在表面留下划痕，如果划伤深度超过带钢厚度允许偏差一半时，一般轧制后也不能消除。
产生原因:带钢在运动或卷取等过程中，与带有尖角的异物或机械作用所致。
解决方法，加强责任制，认真按工艺制度和操作规程工作，维护好设备，避免有棱有角的物体与带钢接触

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第三章 冷轧


一、基本概念
1、变形参数
H、B、L——轧前钢带的厚度、宽度和长度
H、b、l——轧后钢带的厚度、宽度和长度
压下量：Δh=H-h
体积不变定律：H.B.L=h.b.l
延伸率及压下率：ε=（H-h）/H=Δh/H
2、轧制力


P= B.L.σ


式中：B——轧件宽；L——轧件和轧辊的接触弧长；σ——轧件单位变形力
影响轧制力的主要因素：
工作辊径越大，轧制力大；
摩擦力越大（润滑差），轧制力大；
压下量越大，轧制力大；
加工硬化越大（轧件轧前变形率大），轧制力大；
张力（特别是后张力）越大，轧制力小。
二、压下规程制定原则
1、钢的延伸性能决定一轧程内的最大压下率。对于低碳钢，轧程最大压下率一般为85%，否则易因加工硬化而导致钢带碎裂。
2、轧程最小压下率不易小于20%。对于普通用途钢带轧程最小压下率取30%，对于面板用钢带轧程最小压下率取40%，对于深冲用钢带轧程最小压下率取60%。
3、同轧程中压下率分配按道次逐渐减小。对酸洗后第一道次，考虑原料厚度波动较大，可选用较低的压下率。
4、使同轧程中各道次电机输出功率相等。
5、道次压下率最大可选45%。
6、成品道次压下率一般取10%～20%。
7、连轧机组压下率分配可大致参照压下系数进行。


机架数


第1架


第2架


第3架


第4架


第5架



2


0.7


0.3












3


0.5


0.3


0.2









4


0.4


0.3


0.2


0.1






5


0.3


0.25


0.25


0.15


0.05




例：三连轧由2.0轧制0.8，总压量下1.2





第1架


第2架


第3架



压下系数


0.5


0.3


0.2



道次压下量


0.6


0.36


0.24



道次压下率


30%


25.7%


23%



轧后厚度


1.4


1.04


0.8




三、张力轧制
1、张力的作用
张力的重要性，早就为人们所获知，特别是对于轧制硬而薄的薄带钢，张力更显得有重要的意义。因为在轧制薄带钢及最薄带钢时，由于弹性变形的原因，轧辊不能再对带钢产生压缩作用，此时，只有采用张力轧制，才能使薄带钢变形。因此，可以这样说，没有张力，也就不存在薄带，特别是最薄带。所以，张力轧制已成为现代冷轧带钢生产中的一个基本轧制方法。
张力在单机生产的冷轧机上，是通过卷取机(或打卷机；拉盘)和开卷机(或卡
板，塞板，压板)产生。在连轧机上，除采用上述机组外，还通过调整前后轧机的速度差产生。
在冷轧生产过程中，带钢轧制要在张力下进行，是因为张力可以保证：
①
轧制过程的稳定；

② 带钢厚度相同和表面均匀，无折曲和折纹，板形良好；
③轧制力较小，可以获得较大的压下量，有利于轧薄；
④使带钢能准确地进入轧辊和卷取，并使卷取均匀，保证带钢的平直度，防止钢带跑偏；
⑤提高轧制速度。
人们平时通称的张力，包括前张力和后张力，事实上，它们对轧制过程的影响是有区别的。
一般前张力主要影响是：
①减少带钢对轧辊接触面积上的平均单位压力；
②使带钢拉伸变薄；
③有助于带钢咬入轧辊；
④增加轧制带钢的前滑；
⑤后张力一定时而增加前张力，则轧制力矩减少。
后张力主要影响是：
①对减少单位压力的效果较前张力大；
②加大后张力更能使带钢变薄，这是因为冷轧时后滑区大于前滑区，后滑区的工具形状影响较大，同时后滑区内的带钢的加工硬化程度较小；
③不利于带钢咬入轧辊；
④后张力大于前张力时对轧制力矩会有一定量的增加；
⑤增加启动时的能量消耗。
张力之所以有以上功能，其实质是改变了带钢在轧辊变形区内的受力状态。通常，未加张力之前变形区内的单位体积是三向压应力状态，施加张力之后，成为两向压应力，一向拉应力状态，从而降低变形抗力，利于变形。
有关张力波动的主要原因有以下几点；
①轧制速度升高或降低；
②轧前坯料厚度不均匀或软硬不均；
⑧卷径增大时，未及时补传及调节；
④轧制压力的变化及冲击；
⑤卷筒主轴弯曲变形，卷筒成椭圆形；
⑥带钢喂入不正，跑偏及窜动等
2、张力的控制
张力的计算



T=K.h.B.σ




式中：K—应用系数；h—钢带出口厚度；B—钢带宽度；σ—钢带屈服强度



第一道次后张力（原料开卷张力）、末道次前张力（成品卷取张力）K≤0.15；



其他道次的张力K=0.2～0.6；



调试时，可给较小的张力，以便于观测板型；



当出现中间浪时，应给较小的张力；



当出现边浪时，应给较大的张力；



正常轧制时应保持恒定的张力。



四、板型控制



冷轧板的板形不良，大致可分边部波浪、中间波浪和单侧条形波浪三种。






影响冷轧钢板形状的因素有：


1、原板的影响：包括板厚波动，硬度波动、原板形状等。
2、冷轧本身的影响：冷轧本身的影响因素有轧辊凸度(包括热凸度)、轧辊磨损、轧制力、轧制温度、轧制润滑等。
在实际操作中，主要通过调整轧辊凸度来控制由上述各种因素引起的带钢形状的变化。




一般地说，轧辊凸度是用凸度值即轧辊中部和端部的直径差表示。轧制中的综合凸度是指初期的机械凸度、热凸度、轧制力和用弯辊机给与轧辊弯曲等综合起来的凸度。




由于这种凸度是否合适，能使带钢的形状发生变化，在实际操作中以下列的要领控制形状。
1、选定轧辊的最佳机械凸度。
2、控制轧制中的轧辊冷却。轧制时的变形热使轧辊的机械凸度发生很大变化，这种热凸度通过调整轧制油和冷却水进行控制。
3、调整轧辊挠度(凸度控制)。在轧辊凸度的控制中，为提高其灵敏度，对工作辊进行液压强制性弯曲，这种方法叫作轧辊预弯。
4、轧制力的调节。通过控制轧制力来调整轧辊的挠曲量，也是常用的控制形状的方法。


轧辊的最佳机械凸度（轧辊原始凸度）常根据经验确定。它主要考虑轧制力产生的挠度（+）、热凸度（-）、轧辊磨损（+）等因素。



标准轧辊原始凸度曲线为抛物线，需专用数控磨床加工。在实际使用中也常将辊面磨成梯形。






辊身中间圆柱的宽度，根据所轧带钢的宽度的不同有所不同。一般圆柱段的宽度过宽以及带钢宽度之比愈大，轧后的横断面厚度差愈大。而圆柱段太窄时，轧制时轧件不稳定。辊型磨损也增大，因此在实际生产中，轧辊中间的中平段其宽度一般控制在所轧带钢宽度的1/4～l/3左右。随着带钢宽度的增加，中平段的宽度将超过这个范围，即轧制带钢愈宽，中平段宽度愈大。

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五、冷轧常见缺陷
冷轧带钢的质量指标中，带钢的尺寸偏差、板形以及表面粗糙度等要求是很主要的项目，消除产品在这些方面的缺陷是冷轧生产中质量提高的关键之一。
一、表面缺陷
大多是由于热轧带钢坯质量不高，酸洗不良或冷轧轧辊表面有缺陷，冷轧时的工作环境不佳以及操作上的不注意等原因造成的。鉴于表面缺陷所导致的废品比重很大，特别是要求高的产品，表面缺陷必需严加控制。常见的表面缺陷有：
(1) 结疤
带钢表面呈“舌状”或“鳞状”的金属薄片，外形近似一个闭合的曲线。结疤一般有两种，一是嵌在表面上不易脱落，另一是粘合到表面上易脱落。
产生原因是：由于轧制过程中带钢内部靠近表面层分布的细气泡及夹杂层在轧制中破裂变成结疤，钢锭由于浇注条件不同而产生的结疤；重皮也是轧制带钢表面产生结疤的主要原因，此外在剧烈磨损了的轧辊或有缺陷(如砂眼)的轧辊上热轧，均能使带钢出现结疤；如果所轧带钢的表面上形成局部凸点等，则在轧制时由于受辗压而产生结疤状的细小凸瘤。
(2) 气泡
带钢表面上分布有无规则且大小不同的圆形凸包。沿凸包切断后，在大多数情况下均成分层状露出。
产生原因：钢锭凝固时气体析出形成气泡，或酸洗时带钢内部孔隙进入氢原子形成气泡。
(3) 分层
带钢截面上有局部的，明显的金属结构分离层。
产生原因：钢质不良，带钢中存在非金属夹杂，主要是三氧化二铅和二氧化矽，另外，坯料有缩孔残余或严重的疏松等也能形成分层，从而使酸洗的带钢在有分层的地方形成突起和气泡出露。
(4)裂纹
带钢表面完整性比较严重的破裂，它是以纵向、横向或一定角度的形式出现的裂缝。
产生原因：轧制前带钢不均匀加热或过热，轧制时带钢不均匀延伸，或带钢表面有缺陷清除不彻底，以及带钢上有非金属夹杂及皮下气泡，另外，冷轧时不正确地调整轧辊和不正确的设计辊型，同样会产生裂纹，再有，用落槽的轧辊轧制带钢，张力太大，化学成分不合适等也可能会出现裂纹。
(4) 表面夹杂
带钢表面上具有轧制方向上伸长的红棕色，淡黄色，灰白色的点状，条状和块状的非金属夹杂物。
产生原因；热轧时坯料在加热过程中，炉渣或耐火材料碎块粒附在坯料上，以及冶炼时造渣不好或盛钢桶不净所致。
(1) 麻点
带钢表面缺陷中较常见的一种缺陷，其表面存在细小凹坑群和局部的粗糙面。一般其形状虽不规则，面积也小，但数量多。
产生原因：热轧时压入了氧化铁皮，酸洗未净，又经冷轧造成，或冷轧时粘在轧辊上的氧化铁皮压入带钢表面。轧辊磨损严重同样可造成带钢的麻面。冷轧时，带钢表面不干净及粘有杂质或杂质压入带钢表面后脱落，也会造成带钢的麻点。除此以外，带钢的严重锈蚀及酸洗过度都可成形麻点。
(2) 凹坑
带钢表面存在的凹面，一般数量少，面积大。
产生原因；轧制时辊面上缺陷或异物(硬杂质)与氧化铁皮被轧入带钢表面脱落后成凹坑。凹坑一般只有在带钢一面，另一面则显凸起。
(3) 金属碎末轧入
带钢表面粘附着金属碎末，无规则，有大有小，有块状、也有条状，压入深度亦有深浅之别。
产生原因：轧辊表面不干净或金属碎末(如铁屑、钢丝等)落于带钢表面轧入，金属碎末轧入一般也只存在表面，有时可用小刀清除掉，甚至将带钢轻轻弯曲就可掉落。
(4) 辊印
带钢表面呈凸起或凹陷的印痕，但没有明显的凸凹感觉，印痕部位较亮。
产生原因，轧辊表面硬度不够，金属碎末等硬质杂物粘在轧辊上所至。另外，带钢强度高，操作不慎及轧辊表面剥落会产生辊印，这种辊印大都是有规则分布的。因此，如遇规则性分布，周期出现，则大致可以判定。若轧辊粘有硬质杂物，可立即清除，若因轧辊辊面过软形成，须立即换辊。
(10)压痕
带钢表面呈形状不同的，大小不一的凹陷，压痕一般呈断续性出现，没有周期性。
产生原因：带钢表面或轧辊表面粘附了其它材料的微粒，轧后脱落所致。压痕与辊印的区别在于辊印由轧辊的损伤造成。
(11)划痕
带钢表面呈直而细的沟痕，一般是沿轧制方向，连续或断续地分布于带钢的全长或局部，划痕通常可以摸到。
产生原因：轧机的导卫装置安装不正确，或导板等粗糙不平，有凸起的锐边。另外，在轧制、卷取中，带钢与异物摩擦也可引起划痕。
(12)擦伤
带钢表面呈直线或曲线状轻微的擦痕，其深度很浅，线条较短。
产生原因：轧制或卷取等过程中与异物摩擦所致。

(13)油渍
带钢表面留有不规则的油垃圾。
产生原因；所采用的工艺润滑剂不洁
(14)锈斑
带钢表面呈现黄色或棕色的斑点。
产生原因：轧制后的带钢受潮湿或溅上水、酸、碱、盐等形成局部斑点。
二、板形缺陷
主要是由于轧制时的操作不良及辊型设计不合理所致，另外，带钢本身质量欠佳，酸洗、热处理等不当都会产生板形缺陷，常见的板形缺陷有：
(1) 镰刀弯
带钢的长度方向在水平面内向一侧边弯曲。
产生原因：带钢两边压下量不均；带钢两边厚度差太大或硬度不均，轧辊安装不正确(上、下辊的中心线不平行或交叉)；润滑剂分布不均匀；带钢酸洗不均；轧辊两边热膨胀温度差太大，轧辊两边的磨损不一样以及张力与轧制线的中心线不正等。
(2) 波浪弓形
带钢沿轧制方向的水平面呈起伏不平的波浪形弯曲，且突起(波峰)和凹下(波谷)交替有规律的分布在带钢的全长或局部。
产生原因：辊型凸度过大或压下量过小；辊面热膨胀太大，张力太小，工艺润滑不当等。
解决方法：采取冷却液冷却辊面，增大张力及增大压下量，或合理使用润滑剂(对薄带钢尤为有效)。如上述效果不大，则说明辊型不合适或“落槽”严重而应予换辊。
(3) 浪皱翘起
沿轧制方向在带钢的一侧或两侧出现起伏不平的弯曲，形状尤如海带状，浪皱出现在带钢一侧称为单边浪皱，出现在两侧称为双边浪皱，出现在中间部分称为中间浪皱。
单边浪皱产生的原因：主要是两边压下不均或辊身两端冷却不好，或轧辊有锥度及润滑不均，坯料厚度不均。防止和消除方法，控制坯料厚度，调整两边压下与润滑，保持辊身两端的冷却和润滑一致。
双边浪皱产生的原因：主要是辊型凸度过小或无凸度，或辊型中间磨损严重呈凹型，以及两辊颈润滑不良和辊身两端冷却不好等。防止和消除方法：增大轧辊凸度值，及时调换磨损的轧辊，保持两辊颈润滑良好和辊身两端冷却良好。
中间浪皱产生的原因：主要是辊型凸度过大，或压下量过小，以及张力太小。防止方法：采用合理的辊型凸度，适当增加张力。
(4) 瓢曲
带钢沿横向发生弧形弯曲，
产生原因：主要是压下量过小或辊型凸度过大，而使带钢在横方向产生不均匀变形，或带钢中部和边部冷却条件不一致，以及坯料的厚度或硬度不均匀。
三、力学性能缺陷
主要是轧制工艺或热处理工艺的不正确所致，力学性能缺陷主要为以下几个方面：
(1)冷硬状态带钢的抗拉强度过高而延伸不足
产生原因是总压下率过高，如总压下率正确，则可能精轧前的退火不完全，使精轧前加工硬化未被除尽，或中间冷轧未按工艺进行，退火工艺不正确，以至影响退火不够完全。
(2)冷硬状态的抗拉强度过低而延伸超标
产生原因是总压下率不足，使加工硬化程度未达到工艺要求。另外，退火工艺不正确也会造成冷轧后抗拉程度过低延伸超标。
(3)抗拉强度过低，延伸不足
产生原因是带钢本身材质不好，或热轧终了温度不正确、退火不正确所致。
(4)力学性能不均
产生原因是退火不均或冷轧压下不正确，致使轧制压力忽大忽小，从而造成带钢各部位硬化程度不同。
四、其他缺陷
影响因素较多，常见的缺陷有：
(1) 压折
轧后带钢表面发生局部折叠。
产生原因：辊型不正确而造成带钢边缘部分或波浪严重的部分金属与金属折叠。除了严重的不均匀变形导致压折外，后张力过小及操作不慎又不及时纠正，都可能发生压折。
(2) 厚薄不均
带钢在纵、横断面厚度不一样，即在同一纵断面出现头、中、尾各部位的厚度不一样(俗称同条差)，在同一横断面出现中间与两边厚度不一样(俗称三点差)。
产生原因：坯料本身厚度不均，塑性不一样(热轧或热处理工艺不正确所致)；两压下螺丝调整不当(调整过于频繁)；轧辊椭圆度太大或偏心；酸洗不均以及辊型设计不合理；轧辊和轧辊两侧的轴瓦磨损严重等。
(3) 裂边
俗称碎边，带钢边缘的破裂，严重者呈锯齿形并有明显的金属掉肉。
产生原因比较复杂，既和钢质有关，又与轧制工艺等有关，主要原因大致有以下几点：坯料边沿疵病；辊型不正确，辊制工艺不当(总压下率过大)，退火不完全而产生的软硬不均或太硬；因粗轧料严重弯曲，致使进一步轧制时带钢因边沿损伤而拉裂；轧制时张力过大，化学成份不合适，脆性大；或在粗、中轧时使用先轧过窄带钢并已“落槽”的轧辊去轧宽料，致使带钢两边太薄，再进一步轧制中裂边(此种裂边往往呈规律性)；或塞铁过紧、或酸洗过长、或轧制时压下率过大过小(增加道次)。
(4) 砂轮印
带钢表面呈现规律性的砂轮磨削印迹。
产生原因：磨削砂轮质量不好，或磨削工艺不正确，或磨床的磨头轴松动等。
(5) 橘子皮
带钢表面呈现粗糙的、疙瘩状印迹或带钢边缘呈锯齿形的粗糙断面。
产生原因：退火温度过高或临界变形后再结晶引起晶粒粗大。
(6) 穿孔
在带钢上不连续穿透整个厚度，小至针孔，大至锯齿形孔。
产生原因：重皮、气孔或大颗粒夹杂压入带钢或轧制前后对带钢的严重机械损伤。
(7) 皱折
主要产生于较薄的带钢。具体表现为不均匀运动造成的金属堆集。
主要原因：冷轧卸卷时张力小，加以在高速情况下突然停车或断带。
(8) 滑痕
当坯料厚且质软，压下量又大时就易产生打滑而出现滑痕。
产生原因：是轧制厚而软的带钢时，压下量大会增加咬入角，后滑区轧辊与带钢之问的摩擦力便增加而使变形不稳定，当原张力稍大时就产生打滑且留有痕迹。
(9) 斜波纹
带钢表面呈现45〇的波纹印迹。
产生原因是压下量大，辊型凸度过大或前张力小(主要产生于较薄的带钢)。
(10)断带
给定的张力不合适，即带钢退火时温度过高或临界变形后再结晶引起晶粒粗大，而轧制时张力未及时调整，另外，给定的张力超过了带钢的允许抗拉强度也能造成断带。

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第四章 退火


一、金属学基本概念

1.合金

合金是以一种金属为基础，加入其它金属或非金属，经过熔合而获得的具有金属特性的材料。即合金是由两种或两种以上的元素所组成的金属材料。例如，工业上广泛应用的钢铁材料就是铁和碳组成的合金。
2.组元
　　组成合金最简单的、最基本的、能够独立存在的元素称为组元，简称元。组元一般是指元素，但有时稳定的化合物也可以作为组元，如Fe3C、Al2O3、CaO等。合金按组元的数目可分为二元合金、三元合金及多元合金。
　　3.合金系

由两个或两个以上组元按不同比例配制成一系列不同成分的合金，这一系列合金构成一个合金系统，简称合金系。例如黄铜是由铜和锌组成的二元合金系。
4.相

合金中具有同一化学成分、同一晶格形式并以界面分开的各个均匀组成部分称为相。如均匀的液体称为单相，液相和固相同时存在则称为两相。
　　5.组织

由单相或多相组成的具有一定形态的聚合物，纯金属的组织是由一个相组成的，合金的组织可以是一个相或多个相组成。
　　6.铁素体(F)
　　它是碳溶解于α-Fe中的间隙固溶体称为铁素体(简称α固溶体)。通常用符号F表示。晶体结构呈体心立方晶格，碳在α铁中的溶解度极小，随温度的升高略有增加，在室温时的溶解度仅有0.008%，在727℃ 时最大溶解度为0.0218%。铁素体的性能几乎与纯铁相同，它的强度和硬度较低，σb=250MPa，HBS=80，塑性和韧性则很高，δ= 50%。
　　7.奥氏体(A)
　　碳溶解于γ-Fe中的间隙固溶体称为奥氏体(简称γ固溶体)，通常用符号A表示。晶体结构呈面心立方晶格。由于γ铁晶格中间隙较大，因此在727℃时能溶解0.77%碳，在1148℃时的最大溶解度达到2.11%，奥氏体存在于727℃以上的高温区间，具有一定的强度和硬度，以及很好的塑性，是绝大多数钢在高温进行锻造或轧制时所要求的组织。
　　8.渗碳体(Fe3C)
　　它是铁与碳形成的金属化合物Fe3C，含碳量为6.69%，其晶胞是八面体，晶格构造十分复杂。渗碳体的性能很硬很脆，HBW≈800，δ≈0。渗碳体在钢中主要起强化作用，随着钢中含碳量的增加，渗碳体的数量增多，钢的强度和硬度提高，而塑性下降。
　　9.珠光体(P)
　　珠光体是由铁素体和渗碳体组成的机械混合物，用符号P表示，它是由硬的渗碳体片和软的铁素体片层片相间，交错排列而成的组织。所以其性能介于它们二者之间，强度较高,σb=750MPa ，HBS=180，同时保持着良好的塑性和韧性δ=（20～25）%。
　　10.莱氏体(Ld)
　　奥氏体与渗碳体的机械混合物称为莱氏体，用符号Ld表示。它是C=4.3%的铁碳合金液体在1148℃发生共晶转变的产物。因奥氏体在727℃时将转变为珠光体，所以在727℃以下， 莱氏体由珠光体和渗碳体组成的机械混合物称为低温莱氏体，用符号Ld′表示。莱氏体的机械性能和渗碳体相似，硬度很高，塑性很差。
　
11.
铁碳合金相图
铁碳合金相图是研究铁碳合金的基础。它是研究铁碳合金的成分、温度和组织结构之间关系的图形。铁碳合金相图是人类经过长期实践并进行大量科学实验总结出来的。由于C>6.69%的铁碳合金脆性极大，没有使用价值，因此相图成分轴仅标出含碳量小于6.69%的合金部分，如图所示是简化了的铁碳合金相图。

二、退火的应用
在冷轧带钢生产中，应用最多的是退火。所谓退火，是将带钢缓慢加热到所需的温 度(高于AC3或在AC1和Acm之间，也可以在Ac1以下)，并且在该温度下停留一段时间，然后慢慢冷却到一定温度(如600℃左右)出炉，再在空气中冷却。由于目的和要求不同，其工艺和最后获得的组织也不同，因此，退火又可分为以下几种方式：

(1)完全退火将带钢加热到AC3以上，经保温一段时间后，缓慢冷却到600℃左右出炉，然后在空气中冷却，这种退火称为完全退火。完全退火主要用于含碳小于0.8％的亚共析钢带和共析钢带，过共析钢不宜采用这种方法。因其采用完全退火后会使过共析钢带中出现网状渗碳体，增大脆性。完全退火的目的，是使组织发生重结晶细化，从而得到较细而均匀一致的组织，以消除热轧所造成的带状组织或魏氏组织(钢过热时，奥氏体晶粒长大，而后在快冷时沿一定方向形成脆而粗大的针状组织，即魏氏组织；亦可用正火方法消除)，同时，使带钢软化消除内应力。在实际生产中，退火往往是在较高的温度下进行，这是为了加速带钢的组织转变，并进一步使奥氏体化学成分趋于均匀。但在这种温度下，一般保温时间不宜过长，否则会引起晶粒的粗大。由于合金元素(除锰外)大都有阻止晶粒长大的作用，因此，对一些合金带钢来说，温度适当高些，就更没有什么关系了。
(2)不完全退火与完全退火不同之处是加热温度稍低。亦即将带钢加热到Ac1与AC3之间的一个温度，而加热时间，保温时间，冷却速度等均与完全退火相同，至于加热温度，就碳钢而言一般在AC1以上40～60℃之间，而合金钢则视其AC1而定，一般在AC1以上30～50℃，不过在实际生产中往往高于这个温度。
由于不完全退火只能使带钢中的部分组织(珠光体)发生重结晶细化，但处理后仍有部分原始组织(铁素体或渗碳体)保留下来，因此这种退火只用于已经经过正确热轧或退火后的亚共析钢。不需要改变其组织仅为消除内部具有较大的应力，或降低硬度、提高塑性、达到提高机械性能的目的，或用来促使过共析钢的软化。因为过共析钢如采用完全退火，奥氏体在缓冷时会析出网状渗碳体，增加脆性、硬度，从而降低了带钢的力学性能。

(3)等温退火 是完全退火的一种类型。它是将带钢加热到AC3以上温度保温后，以任意的冷却速度冷至AC1以下一个温度，并在这个温度保留一段时间，使奥氏体发生等温转变成珠光体，而后在空气中冷却。等温退火的特点是在等温转变前后都可快速冷却，这就大大地缩短了退火时间，生产效率提高，并且处理后的带钢组织均匀。因此，用于退火周期较长的合金钢，有其特殊意义和实用价值。

(4)球化退火是不完全退火的一种类型。它是将带钢加热到AC1以上温度(比不完全退火更低些)，保温后以很缓慢的速度冷却到该钢种的Ar1以下一个温度，并在这个温度下保温一段较长时间，然后冷却到500～600℃出炉，空冷至室温。由于这种退火后，珠光体中的渗碳体及过剩(二次)渗碳体都呈球状分布，故称球化退火。球化退火之所以能使渗碳体球化，是因为它的加热温度只高于AC1不多，珠光体虽然转变为奥氏体，但尚有未溶解的渗碳体残粒存在，在随后缓冷中，这些残粒便成为渗碳体聚集的核心，因而得到的珠光体呈球状(即粒状渗碳体)分布在铁素体基体上。
球化退火主要用于碳素工具钢带及滚动轴承钢的热处理。因为这类带钢的组织是片状珠光体和二次渗碳体，硬度和脆性都较高，经过球化退火后，硬度显著降低，同时减小了脆性，便于进一步加工。当钢中的网状渗碳体严重时应先进行正火处理再进行球化退火，因为钢中如有网状渗碳体存在时，将阻止球化的进行。

(5)再结晶退火又谓低温退火。它不同于上述的各种退火，它是将带钢加热到大于再结晶温度以上，但小于AC1温度(约600～680℃)，并在此温度保温一段时间(不必过长)，使晶粒恢复原状，然后在空气中冷却。再结晶退火，主要用于消除冷轧过程中的加工硬化，亦即消除在轧制过程中由于变形所产生的晶粒破碎、晶格歪扭，晶粒间相对位移而使带钢的便度、强度增加、塑性下降的硬化现象。再结晶退火就是利用退火过程中的再结晶作用，使其晶粒重新排列从而使带钢的组织处于稳定的状态，提高带钢的塑性，达到进一步轧制的目的。
一般，变形程度愈大，再结晶温度就愈低，再结晶退火后晶粒便愈细，带钢的原始晶粒愈细，再结晶后的晶粒也愈细。应当注意的是，带钢应避免经受5％～15％的变形，因其再结晶后容易形成粗大的组织，使带钢力学性能变坏。为此，这里最好采用完全退火或者正火来代替再结晶，以保证带钢的质量。另外，由于对带钢的要求不同，某些带钢需要保留一部分因冷加工硬化而得来的强度与弹性时，它的再结晶退火温度必须根据带钢的具体要求来确定。

(6)正火又谓常化，是完全退火的一种特殊形式。它是将带钢加热到Ac3(亚
共析钢)或Acm(过共析钢)，以上保温一段时间，然后在空气中冷却。可见，它与完全退火不同之处是冷却速度较快，故获得较细的晶粒。
正火的工艺及其目的与退火基本上是一致的，正火主要应用于过共析钢，以消除网状二次渗碳体，给球化退火做组织上的准备，或用于低碳或中碳钢(碳小于0.4％)以代替退火，改善组织。有时为了挽救某些粗大的组织，采用所谓高温正火，即将带钢加热至Ac3或Acm以上100～150℃。
综上所述，不管哪种方式的退火，其主要目的是降低带钢的硬度，改善性能，细化晶粒，增加塑性、消除内应力，使冷轧得以继续进行。因此，退火已被广泛用于作为冷轧带钢生产中消除加工硬化和控制其性能的一个重要手段。
冷轧生产中的退火，除了按方式分为上述几种退火外，根据不同的要求和目的，以及在操作过程中的不同工艺要求，按其用途可分为坯料退火、中间退火，成品退火等几种。

1、坯料退火
目的是使热轧坯料获得细致和均匀的组织、降低硬度以及消除内应力，使坯料适应于冷轧。众所周知，为使冷轧带钢的产品能满足用户的要求，对于作为冷轧带钢原料的热轧坯料，其性能必须满足冷轧对其的要求，例如保证硬度低，塑性好及没有组织缺陷等。而热轧后的坯料，往往由于热轧时冷却过程散热的不均匀，有可能在坯料内部产生残余的应力。这种残余应力的存在，促进了以后的加工硬化，降低了塑性，特别是当热轧终了温度太低时，这种残余应力是非常显著的。又如，亚共析钢的终轧温度略高于Ar3相变点，此时为单相体晶粒，组织均匀，轧后带钢具有良好的机械性能。若终轧温度在Ar3相交点以下，不仅在两相组织(奥氏体和铁素体)中变形塑性不好，还会产生带状组织，从而产生残余应力。另外，带钢的冷却速度对金相组织和力学性能的影响也很大。轧后冷却速度的大小、决定了奥氏体组织的转变程度，相变后产物的结构以及铁素体组织的结构等。冷却缓慢虽对减小带钢的内应力是有利的，但过高的终轧温度将会因卷取后的再结晶和缓慢冷却而产生粗晶组织及碳化物的积聚，冷却过快，又将可能产生部分淬火或全淬火现象，得到很高的硬度组织，从而降低了带钢塑性并破坏了加工硬化时力学性能的控制作用，这样的带钢根本无法进行轧制。为了消除上述可能发生的硬化作用，应该在热轧后及冷轧前进行一次退火，既消除带钢内部的残余应力，又可改善士丕料的原始组织，降低带钢坯的硬度，使其适合于冷轧的要求。
在实际生产中，并不是所有冷轧坯料都要进行坯料退火。一般仅对个别的难变形钢种及部分碳素工具钢，合金工具钢，高速钢等由于热轧过程中，轧制温度波动过大，冷却不均，终轧温度和冷却温度控制不当等因素致使热轧带钢得到混合的或带状组织，并产生内应力的情况下才不得已而采用。当然也有例外，对一些有特殊要求的带钢如硅钢带的坯料退火，其主要目的只是为了脱碳。

2、中间退火
冷轧生产过程中的一种退火，它的目的是为了消除在冷轧过程中由于加工硬化而引起的缺陷。大家知道，带钢每冷轧到一定程度后，由于加工硬化作用，带钢的硬度增加，塑性降低，且硬化程度的增加和塑性降低是随着总压下率的增加而增加和降低，带钢硬化后再轧就会产生破裂的危险。为避免带钢发生破断和便于进一步轧制，必须进行退火软化。用于此目的的退火，一般称之为中间退火。除非是塑性十分良好，厚度要求不是很薄的带钢，一般带钢都必需进行一次或几次中间退火才能完成冷轧工序。中间退火的目的即在于消除加工硬化作用，因此所采用的退火温度就应该以能使带钢充分再结晶而又不造成晶粒的过大过长为度。所以，中间退火主要是采用再结晶退火，其再结晶温度的高低，取决于带钢的成分和变形程度。中间退火的温度一般要比坯料退火低一些，对于一些特殊要求的中间退火如硅钢的中间脱碳退火，可称之为脱碳退火。

3、成品退火
目的，在于控制带钢的力学性能使之达到成品的要求标准。例如，对于软状态带钢要求延伸率高而硬度或强度低。此时，成品退火应能充分消除冷硬，使之达到适合于成品要求的延伸率及抗拉强度要求，以满足一般延展性能的需要，同时，消除带钢因冷轧所引起的内应力，并提高其塑性。另外使带钢内部达到要求的晶粒组织，使之适合于成品用途的要求。
这种退火是在带钢经过冷轧过程完毕以后的最后一次退火，是决定成品带钢性能的关键一环，因此称其为成品退火。
成品退火在温度及时间上的要求，与中间退火基本上是一致的，但成品退火既决定成品最后质量，况且带钢的力学性能与退火温度、晶粒大小及退火前的变形程度有着密切的联系，因此对技术条件就有比较严格的要求。一般，其退火温度、时间范围要比中间退火严，退火必须均匀。由于成品退火大多是用于用户要求软状态产品最终的一次退火，以控制产品的性能，满足使用条件，所以退火的温度应根据成品冷轧总压下率的大小等而定。有些半硬及冷硬产品也采用退火来控制性能，此时更需综合考虑各有关因素。

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    三、退火机理及作用
退火的目的，是为了控制带钢内部组织中的各种转变，以获得所要求的组织与性能。带钢内部组织是决定带钢性能的内在因素，性能仅仅是其外表表现行为，退火是能使带钢的组织和性能发生显著变化的一个重要方法。
带钢在冷轧过程中要发生塑性变形，带钢在塑性变形期间，所承受的机械功除用于改变带钢的形状外，其余部分变为热量而散失。大约有1％～l0％的能量以各种应变能的形式储存在带钢中(如产生晶格畸变，位错等)，使金属内能升高，处于热力学上不稳定的状态，而具有自发向稳定状态转变的趋势，这是经过冷轧变形的带钢在随后加热时能够发生变化的内因。然而，带钢在室温下，则由于原子扩散慢，实际上观察不到这种变化，只有把带钢加热到一定温度，使原子能够进行扩散，才能消除畸变，使先前由于变形而被拉长、压扁的晶粒——纤维状等组织和性能恢复到变形前的状态。
如果把硬化后的材料加热，则由材料决定的某个温度起，硬度减少，延性增加。这种将加工硬化的材料加热，以得到加工前的柔软状态操作，叫做退火。在达到那种状态之前，一般经过三个阶段的软化过程，即回复、再结晶和晶粒长大过程。

a．回复
在对冷加工状态材料加热时，最初发生的变化叫回复。在回复状态下，硬度和其他物理性质产生部分变化。在普通冶金学变化中存在所谓潜伏期(即指通常存在变化，但没有表现出来的期间)，但是，回复时没有潜伏期。另外，加工状态下的性质通过回复向退火状态变化的速度依赖于加工硬化速率的大小。就是说，硬化速率越大，回复进行得越快。开始时回复进行得快，但随着速度减慢，逐渐接近平衡。这样的性能变化阶段，在光学显微镜分辨力范围内是看不出有任何组织变化的。

b．再结晶
再结晶是指通过退火，在经受过加工的晶粒中生出没有变形的晶粒，在晶粒逐渐长大的同时，晶粒数目增多，直到全部晶粒更换成了新晶粒的过程。经过再结晶的材料，硬度和强度都要降低，回复了富有延性的加工前的状态。
没有应变的结晶有时也发生再结晶。在上述过程中产生的再结晶晶粒里，容易长大晶粒成为再结晶的核，也有进一步长大成大晶粒的现象。

c．晶粒长大
在再结晶中发生的晶粒长大是指通过晶界移动变成大晶粒的过程。晶粒长大速度在试样中晶粒尺寸大致相等的状态下，小晶粒长大得快，但因晶粒变大而长大速度变慢。
实际上，冷轧带钢加热过程中的回复、再结晶和二次再结晶三个阶段，往往是互相重合的，很难明确地区分。
由于晶粒大小对带钢性能影响很大，所以，通过再结晶退火来控制晶粒大小是一个重要的问题。而再结晶退火温度则随冷轧变形程度、退火保温时间、带钢原始晶粒度、金属的纯度及成分有关，通常有如下规律。
1、为了产生再结晶，必要的冷塑性变形量有一最小临界值；
2、冷轧变形程度愈大、金属畸变能愈高，向低能量状态变化的倾向也愈大，因而，再结晶温度愈低，变形量越小，再结晶温度越高；
3、再结晶退火，当温度低时，必须延长退火时间；
4、再结晶后的晶粒度主要取决于加工度，但多少也依赖于退火温度。变形量越大，退火温度越低，晶粒直径就越小；
5、原始晶粒愈粗大，变形阻力愈小，变形后内能集聚较少，所以，再结晶温度较高，为发生再结晶所必需的变形就越多；
6、再结晶结束后，还继续加热时，晶粒直径增大；
7、一般合金元素加入量愈高，再结晶温度愈高。
冷轧变形程度和退火条件对再结晶后的晶粒度的影响通常如下：冷轧压下率愈高，晶粒愈细，当冷轧变形一定时，退火温度愈高，晶粒度愈大；当再结晶退火温度一定时，退火时加热速度愈快，晶粒愈细；保温时间愈短，晶粒愈细；保温温度愈低，晶粒愈细。
实际上，在退火过程中，影响晶粒大小还有一些复杂的因素必须引起注意，例如：带钢原来的晶粒，亦即冷轧前的晶粒大小及退火前冷轧变形量的影响。一般，原来晶粒愈大，则再结晶后的晶粒亦愈大。再结晶作用是在冷轧变形前的晶粒大小的基础上开始的。退火前冷轧变形量愈大，带钢晶粒破碎程度愈厉害，因而再结晶形核机会愈多，所得晶粒亦愈细。
带钢杂质元素对晶粒度的影响，主要表现为当碳在不形成碳化物状态时，促使晶粒长大，而以碳化物状态存在时，由于其阻碍晶粒长大，从而使晶粒细化。
四、退火设备及工艺

1、紧卷罩式退火
紧卷退火是板卷以紧卷状态进行退火的。板卷由对流器传热和通过内罩辐射热加热时，板卷中心达到所规定温度需要时间长，但是，不需要象后面所讲的松卷退火、连续退火那样开卷，而且有表面不易擦伤，投资便宜等优点。
在底盘内有一个鼓风机使保护气氛循环，而且在卷与卷间插入对流器，其作用主要是向板卷传热，让保护气体在对流器之间流过。炉体与控制仪表相连接，如能选定规定温度，就能测出板卷温度。同时，炉体温度和板卷温度能够进行自动控制。在退火周期中，冷却占用的时间长，为了促进冷却，采用往底盘中的特殊合金制管中注水，或通过热交换器把保护气体抽出炉外的冷却方法。
炉体形式有单垛退火炉和多垛退火炉两种。单垛退火炉每一垛有一个罩。多垛退火炉的几个垛(3～4)可以装在一个罩里，后者适合于品种少、产量大的情况。


2、典型退火工艺
热处理工艺由加热、保温、冷却三个过程组成。根据设备和不同规格而有各种规定，但一般来说，要遵照下面规则：

(1)保温范围为600～750℃，退火温度越高，保温时间越长，钢板也就越软，延伸率增加，加工性能得到改善。

(2)如果退火温度过高，就会促使再结晶晶粒粗大化，往往加工表面粗糙(所谓粒状表面)。

(3)为了使钢中固溶碳和氮充分析出，采用缓冷方法，形成软质钢板。紧卷退火时，冷却速度小，基本没有问题。下图所示为紧卷退火热处理工艺之一例。


3、气体保护
光亮退火中，为预防钢带氧化和脱碳，常用氨分解气氛进行保护。液氨（NH3）在高温下，用镍作催化剂，分解为75%的氢气（H2）和25%的氮气（N2），从而减少炉气中氧气（O2）和钢带的反应。氨分解应注意：


氨分解炉温应控制在800~850℃，使氨能够充分分解；
分解后的气体露点应控制在-20℃左右，使气体干燥，防止水分进入炉内使钢带氧化；
液氨输入压力为0.2~0.4MPa，分解炉内压力控制在0.05MPa左右。
五、退火常见缺陷
(1)脱碳
带钢在退火时，由于炉内气氛的作用使带钢表层中的碳部分丧失的现象称为脱碳，具有脱碳的表层叫做脱碳层。带钢表面脱碳将大大降低表面硬度，耐磨性和疲劳极限。造成带钢表面脱碳的炉气有氧气(O2)、二氧化碳(CO2)和水蒸气(H2O)等。除此之外，带钢的化学成分、加热温度和加热时间也影将响脱碳。一般，随着温度的增高和时间的增长，钢中碳、锰和硅等元素含量的增高，脱碳程度也增加，为防止带钢表面脱碳，可采用保护气氛光亮退火。
(2)氧化(发蓝)
退火后带钢表面呈蓝色薄层。
产生原因：带钢退火时与氧化性气氛反应，对使用保护气氛则由于炉中保护气体供应中断或保护气的量不足或保护气体中含有水分，另外，保护气氛不纯，带钢表面留有油迹等也将造成表面氧化。对使用填料密封退火的带钢，如密封不严，填料不实或拆罐温度过高(400—550℃与空气接触)及填料不洁净等都将造成氧化。
防止方法：严格按退火操作规程进行，避免上述温度拆罐，采用较好密封的炉型，合理选用保护气氛及用量。
(1)
粗晶粒断口
塑性差，断口肉眼可见粗大晶粒。
产生原因：带钢在退火时，温度偏高或保温过长以及经过5％一15％压下率变形后退火使晶粒过度增大，从而引起晶粒间的结合力减弱，使带钢的机械性能低劣，特别是冲击韧性更差。带钢过热，在轧制时会产生裂纹，即使不产生裂纹，也会使带钢的塑性大大降低。
消除方法：就亚共析钢而言，可采用在正常温度下重新进行正火或完全退火；对过共析钢亦可采用正火来细化组织并随后采用球化退火来改善组织和性能。—般，过热程度强烈的带钢，可重复多次，为了防止过热，应按工艺执行，否则，加热温度过高或高温下保温时间过长，不但使奥氏体晶粒长大得特别粗大，而且使晶粒间的碳与其它偏析夹杂所组成的晶间薄膜亦将发生部分熔化，从而在晶粒周围组成既不坚固，又使晶粒趋于分割的非金属粒子，这种缺陷即为过烧。过烧的带钢在轧制时使带钢产生裂缝，严重时甚至裂成碎块。过烧实质上就是过热的进一步发展，只不过过热可设法挽救，而过烧是无法补救，只有报废。
(4)细晶粒断口
某些经冷轧的带钢退火后虽然具有细晶粒断口，但塑性很低，甚至一轧就断。产生原因；退火时可能加热温度没有达到应有的要求，也可能是加热温度虽然达到了，但因保温时间不足致使因冷轧破坏的晶粒未能进行全部再结晶而造成。消除这种缺陷的方法是重新进行退火。
(5)球化不良
碳素工具钢、合金工具钢等碳含量较高的带钢，经退火后的正常组织为球状珠光体，但如果退火时温度过低或保温时间不足，则往往会出现片状珠光体或球化不完全(片状珠光体+球状珠光体)。另外，球化组织中的碳化物颗粒还可能过于粗大或细小，所有这些球化不良的组织对带钢的性能及最终热处理后的组织性能都有不同程度的影响，对球化不良的带钢，可采用重新球化退火来消除。
(2)
力学性能不均
带钢经退火后，沿其长度或宽度各处的机械性能差异。
产生原因：主要是由于退火炉的传热不均，温度差太大所致。这种性能不均常发生于上、下带卷及内、外带卷之内。机械性能不均的带钢，轧制时容易扭转弯曲或呈周期性厚薄。这是因为退火温度较高的部分容易变形、延伸大、温度较低的部分不易变形、延伸小，从而使带钢在轧制时形成不均匀变形，不仅影响产品质量，而且容易造成设备事故。
防止方法是，改进炉型、制订正确的退火工艺以保证带钢有足够的保温时间。
(3)
硬度过高
这种缺陷常发生于合金结构和工具带钢的退火。
产生原因：主要是退火时冷却速度过快，使奥氏体在较大的过冷度下分解为硬度较高的组织(索氏体、屈氏体)而造成，也可能是等温退火或球化退火时，等温或保温时间不足，使奥氏体未能全部分解，而在随后的冷却过程中转变为较硬的组织造成。
防止方法：制订正确的退火工艺，特别注意冷却要求的正确执行。
(4)
油斑
油斑有黑斑、白斑、黄斑三种。
产生原因，黑斑主要是带钢上的润滑油未去除干净，或采用铸铁屑填料退火时，填料内混有油渍经高温退火后在带钢表面生成一层不溶于酸的碳化物，白斑主要是带钢的材质不纯，含杂质过多所引起，黄斑则是带钢轧后未防锈且堆放时间过久生锈，经退火出现。
防止方法：退火前将带钢表面的油渍彻底去净，采用填料的则在使用前去除填料中的油渍，提高润滑油成分的质量，对于轧后带钢应及时采取防锈措施或及时退火。
(5)
铁屑粘结
这主要发生在采用填料的退火方式中。
产生原因：一是铁屑内含有低溶点元素，它们在高温下熔化产生粘结，二是旧的铁屑使用周期过长，含碳量过低，粉末太多所致。
防止方法：根据不同的钢种选择不同的铁屑(新的、细的，半新的)并定期化验其含碳量及更换。
(6)
网状碳化物
主要发生于过共析钢。
产生原因：过共析钢加热到Acm以上时，过剩渗碳体便会全部溶于奥氏体中，在保温过程中，还可能使奥氏体化学成分趋于均匀。在这种情况下，如果以极其缓慢的速度在Acm与Ac1之间进行冷却，渗碳体便会沿奥氏体晶界析出而成网状出现。网状碳化物的存在，削弱了金属间的结合力，使带钢的机械性能显著降低。网状碳化物可通过正火予以消除或改善。

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辛苦!拜读过,确实不错!
谢谢!