冷軋帶鋼退火粘結(jié)缺陷影響因素的研究及控制措施分析

李曉曉

（甘肅鋼鐵職業(yè)技術(shù)學院，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

冷軋帶鋼的生產(chǎn)過程中，應(yīng)研究分析退火粘結(jié)缺陷問題形成機理，根據(jù)形成的原因、情況等深入性并且準確性的選擇各類處理方式、應(yīng)對措施，確保增強退火粘結(jié)缺陷問題的控制效果，預(yù)防因為各類問題所產(chǎn)生的嚴重后果，保證冷軋帶鋼的質(zhì)量、水平。

1 冷軋帶鋼退火粘結(jié)缺陷的形成機理

罩式退火的過程中帶鋼加熱的帶卷徑向生成一定的溫度梯度，外層部分的升溫速度特別快，熱脹的速度會比芯部的區(qū)域高，這就導(dǎo)致外層結(jié)構(gòu)、芯部結(jié)構(gòu)相互之間壓應(yīng)力降低，內(nèi)層結(jié)構(gòu)和芯部結(jié)構(gòu)之間的壓應(yīng)力會不斷增高，在溫度提升的情況下壓應(yīng)力快速增大。但是，這個時候卷芯的位置會處于結(jié)晶形核的狀態(tài)，屈服極限降低的幅度不是很高，層次之間的壓應(yīng)力還會在屈服的極限，因此不會出現(xiàn)塑性變形的現(xiàn)象。與此同時，由于氫氣在零上600攝氏度的環(huán)境中才會和氧化物之間發(fā)生有效反應(yīng)，所以此期間的帶卷層相互之間的接觸，還存有氧化膜，能夠形成粘結(jié)的阻止作用。伴隨著再結(jié)晶的生產(chǎn)操作，帶卷屈服極限會快速的減小，但是，內(nèi)層部分、芯部的溫度梯度也會開始減少，壓應(yīng)力會降低，所以，在加熱期間出現(xiàn)粘結(jié)現(xiàn)象的幾率很少。

冷軋帶鋼退火的冷卻環(huán)節(jié)中，由于內(nèi)層、外層部分的溫度降低速度比芯部區(qū)域高很多，會導(dǎo)致外層結(jié)構(gòu)、芯部結(jié)構(gòu)相互之間由于不能均勻性冷縮，出現(xiàn)一定壓應(yīng)力。在帶鋼再結(jié)晶處理之后，屈服極限也會有所減小，帶卷層次相互之間的局部凸起位置在壓應(yīng)力的影響之下，會出現(xiàn)塑性變形的現(xiàn)象，導(dǎo)致各個層次相互之間互相接觸的面積有所增加。生產(chǎn)操作的過程中變形很容易導(dǎo)致晶格出現(xiàn)畸變的現(xiàn)象，導(dǎo)致出現(xiàn)空位缺陷問題、位錯缺陷問題，界面區(qū)域的能量快速提升，鐵原子在激活的一個狀態(tài)，開始出現(xiàn)擴散的現(xiàn)象，并且形成金屬鏈的連接。與此同時，在溫度較高的狀況下，鐵原子還會快速的擴散，在擴散層達到某種深度、某種程度的情況下，金屬鏈的連接就會改變成為冶金連接，也就是粘結(jié)[1]。

2 冷軋帶鋼退火粘結(jié)缺陷影響因素分析

要想在冷軋帶鋼退火操作的過程中預(yù)防出現(xiàn)粘結(jié)缺陷問題，就需要了解其中的影響因素，按照具體的影響因素采用合理方式進行控制。主要的影響因素為：

2.1 帶鋼本身的影響因素

根據(jù)生產(chǎn)實踐證明，很多出現(xiàn)退火粘結(jié)缺陷問題的帶鋼，都有著下面幾種特征：鋼帶的寬度小于10.2cm，軋制的厚度小于0.12cm，Q帶鋼中含有碳元素的數(shù)量小于0.08%，并且DC類鋼碳的含量在0.02%之內(nèi)。從帶鋼本身的影響因素而言，首先，帶寬度會產(chǎn)生一定的影響，主要因為帶卷方面的重量在20噸左右，寬度越高外徑就會越小，徑向溫度方面的梯度會有所降低，粘結(jié)傾向就會變得很弱。其次，軋制的厚度會產(chǎn)生一定影響，按照相關(guān)的擴散定律計算公式進行計算：，其中的J代表的是擴散流量，D代表的是擴散系數(shù)，從公式中可以了解到，單位時間之內(nèi)通過與板厚方向單位面積相互垂直的鐵原子量、和方向中鐵原子濃度梯度形成正比，軋制的厚度就會有所降低，鐵原子的濃度梯度就會快速的提升，擴散流量開始提高，出現(xiàn)粘結(jié)缺陷問題的幾率越高，問題相對越嚴重。最后，就是碳含量的影響因素，在碳含量不斷增多的情況下，碳原子在其中就會占據(jù)很多的空位，導(dǎo)致其中能夠進行鐵原子擴散的空位濃度有所減少，自擴散的系數(shù)也會不斷的降低。而且在帶鋼高溫屈服極限提升的狀況下，冷卻初始過程中帶鋼卷層相互之間的塑性變形問題就會減少，出現(xiàn)粘結(jié)的問題也會更加嚴重[2]。

2.2 工藝技術(shù)影響因素

按照生產(chǎn)情況可以了解到，出現(xiàn)粘結(jié)缺陷問題的位置，多數(shù)都是在帶鋼的中間區(qū)域、邊緣區(qū)域，問題的原因就是波浪形狀過多、橫向的厚度差異性過高，引發(fā)板面凸起的問題，局部區(qū)域的壓應(yīng)力不斷提升，發(fā)生粘結(jié)缺陷問題也會越來越嚴重。在軋制厚度較小的情況下，也難以進行板形狀的管控，出現(xiàn)這些問題的根本原因，就是工藝技術(shù)條件對其造成了一定的影響，主要涉及到板形工藝條件、冷軋壓下率工藝條件、表面清潔度工藝條件等。

2.2.1 冷軋壓下率工藝條件影響因素

此類因素主要是板體凸出度對粘結(jié)缺陷形成了間接性的影響，在冷軋生產(chǎn)的過程中，熱軋板凸出度的降低率，一般情況下和冷軋壓下率會保持在一致范圍之內(nèi)，簡而言之，冷軋壓下率較高的狀況下，冷軋生產(chǎn)以后的板體凸出度就會降低，在此狀況下，只有不斷提升壓下率，才能降低鋼卷結(jié)構(gòu)中間區(qū)域徑向應(yīng)力數(shù)值，預(yù)防出現(xiàn)粘結(jié)缺陷問題。相反的，如果壓下率不能符合標準，缺少嚴格的控制，就很容易引發(fā)粘結(jié)缺陷的問題。

2.2.2 板形的工藝影響因素

軋制操作的環(huán)節(jié)中經(jīng)常會有帶鋼變形不均勻的現(xiàn)象、冷卻不均勻的現(xiàn)象，所以沿著帶鋼寬度方向的應(yīng)力，也會出現(xiàn)不均勻的問題，很容易導(dǎo)致板形與生產(chǎn)標準之間不符，退火操作的過程中，板凸出度不良，卷鋼的徑向應(yīng)力不良，最終引發(fā)粘結(jié)缺陷問題，成為出現(xiàn)粘結(jié)缺陷的主要原因[3]。

2.2.3 表面清潔度和粗糙度影響因素

通常情況下，粘結(jié)缺陷就是在溫度較高的情況下，鋼卷層部分、層之間原子相互滲透所引發(fā)的問題，表面的清潔度會導(dǎo)致原子滲透性能受到一定影響，無論是清潔度過高或者是過低，都會使得粘結(jié)控制受到不利影響。如果在冷軋以后帶鋼的表面區(qū)域存有殘留物質(zhì)，退火爐之內(nèi)就會有化學反應(yīng)，在溫度較高、氫氣含量充足的還原氣氛中，使得表面殘留的物質(zhì)還原成為純鐵的顆粒，經(jīng)過化學反應(yīng)以后會與卷層焊合成為粘結(jié)缺陷，所以，在生產(chǎn)的過程中一定要保證表面區(qū)域的清潔度，做好相關(guān)的清潔處理工作，降低出現(xiàn)表面殘留物的問題，尤其在表面區(qū)域不能出現(xiàn)鐵粉殘留的現(xiàn)象，從根本層面規(guī)避粘結(jié)問題。并且表面粗糙度也會對其產(chǎn)生一定的影響，也就是在表面粗糙度數(shù)據(jù)值不斷增大的情況下，可以有效預(yù)防出現(xiàn)粘結(jié)的問題，主要是因為粗糙度大幅度提高，退火鋼卷層還有層之間的界面原子相互之間的結(jié)合阻力會有所提升，但是根據(jù)試驗分析可以發(fā)現(xiàn)，表面粗糙度的提升，會將清潔度被破壞作為最終的代價，也會導(dǎo)致粘結(jié)缺陷問題的防控受到不利影響，所以需要注意，將粗糙度控制在合理范圍之內(nèi)，不能盲目的進行增加[4]。

2.2.4 卷曲張力的影響因素

對于卷曲張力來講，屬于鋼卷高溫冷卻操作過程中卷層相互之間形成壓應(yīng)力的重要因素，按照彈性力學的相關(guān)內(nèi)容進行分析，徑向應(yīng)力數(shù)據(jù)值需要和卷曲張力數(shù)據(jù)值相同，在卷曲張力過高的情況下，退火冷卻期間的層間熱壓應(yīng)力也會有所提升，容易引發(fā)粘結(jié)的問題和缺陷，所以在生產(chǎn)期間應(yīng)重視卷曲張力數(shù)值的良好控制、協(xié)調(diào)處理，降低溫度較高環(huán)境中鋼卷層、層相互之間邊緣原子滲透所引發(fā)的粘結(jié)缺陷。

2.3 退火技術(shù)的影響因素

罩式爐退火生產(chǎn)操作期間，雖然工藝技術(shù)較為固定，但是，在裝爐操作、工藝技術(shù)應(yīng)用的過程中，還是存有粘結(jié)缺陷的影響因素，例如：操作的過程中，基本應(yīng)力可能會成為主要的影響因素，就是在退火生產(chǎn)的過程中，鋼卷的位置沒有改變，徑向熱應(yīng)力、彈性應(yīng)力出現(xiàn)以后，如果不能嚴格控制就很容易引發(fā)粘結(jié)的缺陷問題。并且在加熱期間沒有結(jié)合熱傳遞原理控制保溫溫度、升溫速度，也可能會成為出現(xiàn)粘結(jié)缺陷的主要原因[5]。

3 冷軋帶鋼退火粘結(jié)缺陷的控制措施

綜合研究退火粘結(jié)缺陷問題可以發(fā)現(xiàn)，是由于罩式爐當中的帶卷徑向有著一定的溫度梯度，冷卻最開始的環(huán)節(jié)會出現(xiàn)不均勻冷縮變形的現(xiàn)象，使得其中的局部壓應(yīng)力快速增高，在溫度很高的狀況下擴散連接，最終發(fā)生粘結(jié)缺陷問題。而其中局部壓應(yīng)力過高為最根本的原因，就是沒有合理的進行鋼板的形控處理，經(jīng)常會有波浪形狀，或者是同板差過高，最終會出現(xiàn)粘結(jié)缺陷問題。為預(yù)防、消除缺陷，在具體工作中應(yīng)合理采用控制方式和對策，以免因為缺陷問題導(dǎo)致生產(chǎn)質(zhì)量和效果受到影響。首先，在選材的過程中應(yīng)嚴格控制卷取的張力，將帶鋼的厚度控制在1.2mm之內(nèi)，確保軋制質(zhì)量、板形控制效果的基礎(chǔ)上，盡可能降低卷曲的張力。要求在生產(chǎn)制造的工作中嚴格進行板形的管控，保證機架相關(guān)工作輥的粗糙度在合理范圍之內(nèi)[6]?，F(xiàn)場生產(chǎn)制造期間還需保證退火操作規(guī)程的嚴格、標準執(zhí)行，準確進行退火溫度的管控、時間的管控，還要仔細、嚴格檢查設(shè)備的完整性，明確有無性能問題，保證所應(yīng)用的設(shè)備與標準要求相符。其次，生產(chǎn)過程中應(yīng)該重視氫氣還原過程的良好管控，確保帶卷層面相互之間能夠在保溫的末期階段，出現(xiàn)氧化膜的結(jié)構(gòu)，在卷芯結(jié)構(gòu)溫度為零上600℃之下的時候，對氧化膜進行處理，使其可以被氫氣所還原、所消除。生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)中都應(yīng)預(yù)防出現(xiàn)帶卷吊運夾緊過程中的擠壓碰撞問題，由于變形方面的速率會有所提升，導(dǎo)致帶鋼屈服極限會不斷提升，此時的帶卷平整的開卷速度會有所提高，能夠降低粘結(jié)位置可能會出現(xiàn)的變形問題，在平整處理之后會使得其中的粘結(jié)印記被消除。但是在操作的過程中還應(yīng)該注意的是，對于鋼帶的板形方面、性能方面、表面質(zhì)量方面已經(jīng)提出了很多要求，尤其是卷曲張力標準、退火工藝標準等，規(guī)定性的內(nèi)容很多，應(yīng)考慮各種標準選擇控制粘結(jié)缺陷問題的措施。并且將冷軋廠冷軋帶鋼當做是原材料開展試驗生產(chǎn)活動，應(yīng)對比研究、分析試驗之后的鋼板性能情況、金相組織情況、表面特征情況等，在批量化與規(guī)?；a(chǎn)的過程中進行驗證分析，預(yù)防規(guī)避出現(xiàn)粘結(jié)缺陷問題。最后，在生產(chǎn)的過程中還需保證操作人員工作的規(guī)范性、專業(yè)化程度，所有的工作人員都必須掌握預(yù)防規(guī)避出現(xiàn)粘結(jié)缺陷問題的專業(yè)知識、專業(yè)技能，可以在自身的操作工作中嚴格控制生產(chǎn)參數(shù)、生產(chǎn)流程，在合理預(yù)防發(fā)生缺陷問題、質(zhì)量不足的情況下，發(fā)揮不同操作方式與工作方法的作用價值，增強各項操作的有效性[7]。

4 結(jié)語

綜上所述，冷軋鋼帶退火粘結(jié)缺陷問題的影響因素很多，主要涉及到工藝條件、退火技術(shù)、鋼帶本身的因素等，無論何種因素所引發(fā)的粘結(jié)缺陷，都必須要合理進行防控與管理，結(jié)合出現(xiàn)粘結(jié)問題的原因，針對性進行生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)條件的控制，確保質(zhì)量與性能符合標準要求。