冷轧连续退火机组双相钢生产排程优化

冷轧连续退火机组双相钢生产排程优化曾冰林李源简民（武汉钢铁股份有限公司，武汉 430083）摘 要 冷轧连续退火机组双相钢生产具有其自身的设备及工艺特点，生产排程不当会导致后面带钢在炉内发生瓢曲，本文详细分析了带钢产生瓢曲的机理，并对双相钢生产排程进行优化，避免双相钢后面带钢在连续退火炉内产生瓢曲，实现了双相钢在连续退火机组的工业化批量生产。

关键词 冷轧 连续退火 双相钢 瓢曲 生产排程Dual Phase Steel Production Scheduling Optimization forContinuous Annealing LineZeng Binglin Li Yuan Jian Min(Wuhan Iron and Steel Co., Ltd., Wuhan, 430083)Abstract The continuous annealing line for cold rolled dual phase steel has its own production equipment and technological characteristics, production schedule undeserved can cause the back strip steel buckling in furnace, this article analyzes the steel strip produced mechanism of buckling, and optimize the dual phase steel production schedule, avoid behind a dual phase steel strip steel in continuous annealing furnace are generated within buckling , implements dual phase steel in continuous annealing line industrial mass production.Key words cold-rolled, continuous annealing, dual phase steel, buckling, production schedule为了节约能源，提高汽车的安全性能，几十年来，减轻汽车自重、提高构件强度已成为汽车车身设计的重要目标。

双相钢以其低屈服强比、高初始加工硬化速率、良好强度和延性的配合等优点，已发展成为一种成型性良好的新型高强度冲压用钢，成为现代汽车用钢的重要组成部分[1,2]。

某连续退火机组（以下简称为该机组）生产双相钢时由于生产排程不当，双相钢后面的带钢经常发生瓢曲，造成机组降速甚至断带，严重影响双相钢的正常生产。

1冷轧双相钢的生产工艺1.1冷轧双相钢形成原理现代冷轧双相钢的连续退火工艺曲线如图1所示。

首先将冷轧硬板连续加热到铁素体奥氏体两相区的某个温度，在加热过程中，冷变形组织首先产生回复再结晶。

在两相区保温过程中，钢板产生部分奥氏体化。

两相区保温后，首先通过缓慢冷却使少量奥氏体重新分解转化为铁素体，在这个过程中，合金元素进一步向残留奥氏体中转移，从而进一步提高了奥氏体的稳定性。

在快速冷却过程中，这部分残留奥氏体转化成马氏体而使钢板具有双相组织。

快冷后的等温过时效不仅可以对淬硬的马氏体岛进行低温回火以改善其内部畸变，而且可以改善铁素体内元素的固溶状态[2]。

1.2连续退火炉介绍该机组连续退火炉主要包括预热段、加热与均热段、缓冷与快冷段、过时效段、终冷及水淬段。

预热段通过回收加热段烟气的热能对带钢进行预热。

加热与均热段加热带钢到足够的温度，并且保持足够长的时间以完成金属的再结晶过程，采用的加热方式为辐射管加热，此种加热方式均匀、稳定并且控制精度较高。

缓冷与快冷段将均热段保温后的带钢通过保护气体喷吹冷却到一定温度，当带钢需要高速冷却时，炉子将在高氢模式下进行冷却。

过时效段将带钢温度保持在某个区间维持2min左右，从而达到将晶体中的碳移到晶界处的目的。

终冷段将带钢降到可入水淬槽的温度，再通过水淬段将带钢冷却到光整机所需要的但是不超过40℃的一个温度。

1.3双相钢连续退火工艺特点双相钢的连续退火一般采用双相区保温与两段冷却工艺，如图2所示[3]。

等温过时效是双相钢连续退火过程中的重要组成部分，其作用是对双相钢中的马氏体进行回火处理，改善综合力学性能。

随着过时效温度的提高，马氏体晶格畸变减小，从而使应力状态得到改善。

但是当过时效温度提高到一定程度，造成马氏体岛显著分解，马氏体与铁素体相界面处的大量畸变位错相互抵消，密度减小，双相钢的屈服强度将大幅度上升，而抗拉强度则明显下降[4]。

过时效温度大于300℃，马氏体分解加剧，碳化物颗粒析出，将对双相钢组织性能产生不良影响，因此双相钢过时效段温度较一般钢种低100℃左右。

图1 冷轧双相钢退火工艺曲线 图2 冷轧双相钢的连续退火工艺示意图2冷轧连退机组双相钢生产该机组某次生产1.0mm×1045mm规格的WHT600DP，生产完后第3卷带钢为0.8mm×1375mm规格的DC06，该钢卷在炉内过时效段发生严重瓢曲（图3），机组降速拉带时瓢曲带钢跑偏刮断，造成机组长时间的停机。

图3 炉内发生瓢曲的带钢形貌3 瓢曲产生机理3.1 瓢曲产生的机理目前有关瓢曲产生机理存在差异，日本学者的场哲[5]、纫田良之[6]和佐佐木撤[7]等，国内许永贵[8]、黄夏兰[9]等，展开了相关的研究。

相关研究者对瓢曲机理有不同阐述，对带钢受力分析也各有偏重，具体见表1。

表1 瓢曲产生机理的不同观点 研究者瓢曲机理观点 的场哲带钢宽度方向的压缩应力造成合力超过一定值时带钢表面就产生了塑性变形 纫田良之和佐佐木撤凸度辊有纠正跑偏的作用，但它给了带钢不均匀的张力，在带钢上产生面压缩应力从而导致瓢曲 徐永贵等人带钢宽度上存在较大温差，由其产生的热应力与张应力的合力是沿带钢面上的一个斜向力，在这个合力的作用下使带钢产生斜向皱褶，形成热瓢曲 黄夏兰等人 炉辊凸度造成的带钢宽度方向张力分布的不均匀及带钢宽度方向温度的不均匀是热瓢曲产生的根本原因瓢曲本质上均为带钢横向所产生的局部张力不均，进而引起带钢横向的压缩应力，当带钢局部应力超过一定值（瓢曲产生的临界张应力），就会产生瓢曲现象。

对于瓢曲临界张力，各研究者在理论分析基础上，利用相关实验装置对其进行了研究，得出了单锥度辊瓢曲发生的极限张力的近似式，其中以的场哲所提公式最具代表性[10]：222e CT 2dc ()KR t T E B L a σγμ⎛⎞⎛⎞≈⎜⎟⎜⎟⎜⎟−⎝⎠⎝⎠ 式中，T CT 为瓢曲发生的极限张力，MPa ；K 为系数；R 为炉辊半径，mm ；a 为两辊间板长度，mm ；σe 为材料的屈服强度，MPa ；E 为材料的弹性模量，GPa ；t 为板厚，mm ；γ为辊子的锥度角，rad ；μd 为钢板与辊间的摩擦系数；B 为板宽，mm ；L c 为辊子平直段长度，mm 。

3.2 炉辊凸度对瓢曲的影响为了防止带钢跑偏，对于炉内各辊都加工有相应的凸度，以提供带钢一定的向心力，使带钢稳定对中运行。

但是运行中带钢受到炉辊的挤压及拉伸作用，同时带钢承受辐射管横向温度分布不均造成的热应力。

当炉辊凸度过大或炉内横向温差过大使得带钢张应力和热应力的合力超出其瓢曲临界张力时，带钢发生屈曲褶皱，引起瓢曲，如图4所示。

图4 炉辊对带钢的挤压作用a —Taper Crown Roll ；b —round Crown Roll由此可以看出，炉辊凸度与热瓢曲和跑偏之间密切相关，辊子凸度小，带钢不易瓢曲，但窄带钢容易跑偏；辊子凸度大，则带钢不易跑偏，但宽带钢容易瓢曲。

对于炉辊凸度，需要将其控制在一定的优化区间，如图5所示[11]。

3.3 炉内各段炉辊分布该机组连续退火炉的炉辊辊型主要有锥形辊、双锥度辊及平辊三种，如图6所示。

图5 炉辊凸度与带钢瓢曲和跑偏的关系图6 炉辊辊形示意图炉内各段工艺要求不同，所安装辊型也存在较大差异。

通过对炉内各辊凸度的分布情况进行分析可以看出，带钢入口处辊凸度最大，可以提供带钢良好的纠偏作用，待带钢运行到加热段后段，工况逐渐稳定，炉辊凸度也不断减小。

在冷却段，炉辊凸度又有所增加，以减轻冷却气体的吹扫扰动。

4带钢瓢曲分析该机组连续退火炉过时效段炉辊选用类型Ⅰ的锥形辊，生产完双相钢后，按照工艺要求，操作人员将快冷出口及过时效段带钢温度提高100℃以上。

过时效段未安装辐射管，炉辊温度上升主要通过出快冷段带钢热量传导及两边电加热器加热。

由于进过时效段带钢温度突然增加，过时效段炉辊中间温度高于两边的温度，炉辊凸度增大产生正凸度，同时炉内带钢为0.8mm超深冲软钢DC06，致使带钢在过时效段发生严重瓢曲，瓢曲带钢瞬时跑偏，最终造成带钢刮炉壁断带。

5双相钢排程优化为了避免双相钢后面带钢与双相钢出快冷段板温的巨大温差对过时效段炉辊凸度的影响，应逐步升高双相钢后面带钢出快冷段温度，给过时效段足够的升温时间，具体生产排程优化如下：（1）为保证过时效段有足够的升温时间，双相钢生产后，应安排一定数量的过渡料逐步升高快冷段出口带钢温度，并逐步升高过时效段电加热器温度，保证过时效段炉辊接触带钢与未接触部分同步升温。

因IF 钢无时效期限，IF钢是过渡料的最佳选择。

（2）所有过渡应尽量保证为同规格（宽度、厚度）过渡。

（3）为减少过渡料卷数及升降温次数，双相钢应集中安排生产。

（4）在双相钢生产前，同样应该有一定数量的过渡料来保证时效段有足够的降温时间，防止降温过快导致过时效段炉辊凸度减少产生负凸度，生产双相钢时在过时效段发生跑偏。

具体要求为双相钢生产前，应安排过渡料逐步降低快冷段出口带钢温度，并逐步降低过时效段电加热器温度，保证过时效段炉辊接触带钢与未接触部分同步降温。

6结论对双相钢生产排程优化后，机组严格按要求组织生产，累计生产双相钢十几个批次3000多吨，生产时带钢未发生瓢曲或跑偏，机组运行稳定，钢种力学性能合格率达到100%。

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