汽车用热镀锌板连续退火工艺

轧钢STEELROLLING1998年6月第3期JUN11998NO13汽车用热镀锌板连续退火工艺马国和肖白武汉钢铁设计研究院,430080摘要从汽车用热镀锌原板的生产工艺、典型的退火制度、退火炉的直接加热法与间接加热法诸方面比较,论述了汽车用热镀锌原板的退火工艺并对锌层合金化退火工艺进行了阐述。关键词热镀锌板,退火工艺THECONTINUOUSANNEALINGPROCESSOFTHEHOTGALVANIZINGSHEETFORAUTOMOBILESMAGUOHEXIAOBAIWUHANIRONANDSTEELDESIGNANDRESEARCHINSTITUTE,430080ABSTRACTTHEANNEALINGPROCESSOFHOTGALVANIZINGBASESHEETFORAUTOMOBILESISDISCUSSEDFROMSEVERALASPECTSSUCHASTHEPRODUCTIONPROCESS,THETYPICALANNEALINGCYCLE,THECOMPARISONBETWEENDIRECTHEATINGMETHODANDINDIRECTHEATINGMETHODOFANNEALINGFURNACETHEALLOYINGANNEALINGPROCESSOFZINCLAYERISALSODESCRIBEDKEYWORDSHOTGALVANIZINGSHEET,ANNEALINGPROCESS收稿日期1997815马国和男,34,高级工程师,027868633568782。速,最后回到正常转速,约需9S,显然影响了整个轧制节奏,从而限制了产量的进一步提高。吐丝机大偏差调速还会造成吐丝机电流的大幅度振荡,在目前终轧速度仅为1315MS的情况下,吐丝机电流有时已达额定电流的80,因而在以后产品开发和进一步提速时此问题必须予以考虑。另外,吐丝机频繁地大幅度升降速会加剧吐丝机的机械振动和机械部件损伤。对此问题,最好的解决办法是提高精轧机电机的转速或改变增速箱速比,使终轧速度提高至20MS以上,以避免大规格线材尾部升速的难题。但是,这样的投资较大。在全面校验了整条生产线上的轧机电机转速范围后,改进了工艺方案51315MM线材的成品机架由原来的精轧机组第2个机架延伸至第4个机架,精轧机架由2个增至4个,中轧机组中空过2个道次,变形制度不变。这样即可保证51315MM线材的终轧速度大于20MS,吐丝机夹辊也避免了尾部升速。313大规格线材的精整作业问题大规格线材多为合金钢,强度、硬度较高,加上线材粗,一旦在精整线上发生倒卷,卡卷、散卷等事故,操作人员很难处理,对作业率的影响极大。从事故统计看,在生产大规格线材的故障时间中精整作业线故障时间占42。另外,线材粗,打包时不易打紧,易造成堆放及运输过程中的塌桩和散包。再者,没有适宜剪切510MM以上规格线材头、尾的剪切设备。目前头尾剪切及试验用取样剪切很困难,只能通过设备改造来解决。831引言以往热镀锌板主要用于建筑业。随着现代热镀锌技术的发展,锌层重量达60150GM2双面,冲压性能提高,表面质量改善,较好地满足了汽车板的要求。因此,最初在日本,随后在北美和西欧,许多汽车制造商从采用高价的电镀锌板,转向采用热镀锌板。随着汽车向产品多样化、减重、节能降耗方向的发展,汽车板尤其轿车内,外用板对热镀锌板的质量有更高、更特殊的要求,如良好的成型性,具有一定强度、耐腐蚀性能、优良均匀的表面性能、良好的焊接性能和上漆性能,这就要求热镀锌原板有优良的拉伸,深冲性能D、R,N值,有较高的强度和更洁净的表面,对镀层有更强的粘附力,有更好的可焊性和上漆性。因此,本文着重对影响上述性能的镀锌原板、镀层退火工艺进行了论述。2汽车用热镀锌原板连续退火工艺211汽车用热镀锌原板生产工艺按钢板的强度划分,冷轧板可分为深冲软钢和高强钢,深冲软钢可分为普通冲压级CQ、深冲级DQ、特深冲级DDQ和超特深冲级EDDQ等高强钢按强化机理可分为固溶强化、析出强化、烘烤硬化及相变强化钢,在热镀锌机组上可生产的高强钢主要为前三种。1以建筑、容器业为主的连续热镀锌机组,原料大多为低碳钢,产品主要为CQ、DQ、FH全硬板和极少量的DDQ板。DDQ板需用罩式炉进行前退火或后退火,目前我国几条连续热镀锌机组,如武钢1700MM冷轧、宝钢2030MM冷轧、本钢1700MM冷轧热镀锌机组生产DDQ板均采用了后退火工艺,即DDQ产品在热镀锌机组经高温退火、热镀锌后再进入罩式炉进行低温回火。这种生产工艺对以低碳铝镇静钢生产DDQ产品较为普遍,但生产周期长,产品成材率低,且对镀锌板的表面质量有一定影响,产品需二次退火,使能耗增加。2受70年代初开发的冷轧深冲板连续退火工艺的影响,也有用低碳铝镇静钢在热镀锌机组上试用过时效工艺生产DDQ产品。采用过时效工艺是为了消除钢中的固溶碳,使其以FE3C的形式析出,它主要受过时效温度和时间的影响。最佳过时效条件通常是350400下时效23MIN。但是,在热镀锌机组上,锌液温度为450480,且锌层合金化工艺要求镀锌板在500550的温度下保持1012S,因此无论在镀锌前或镀锌后设立过时效,其过时效的效果并不显著。因而在热镀锌机组上利用过时效工艺以低碳钢直接生产DDQ板的实例不多。3随着炼钢技术的发展,超低碳无间隙原子钢系列IF钢的大批量生产及其性能不断改善,传统的连续退火过时效工艺受到挑战,由于IF钢间隙碳原子很少50106,而且被合金元素TI、NB固定,因而IF钢无需过时效,这就为热镀锌机组直接生产DDQ以上级产品创造了条件。热镀锌机组上不需设前过时效段或后过时效段,产品也无需线外前退火和后退火。用IF钢比以低碳铝镇静钢生产的DQ产品,不仅工艺简单,不需热轧高温卷取,且力学性能良好,时效指数为零。4使用高强钢是汽车减重、降低行驶能耗的有效途径,是汽车板的发展方向。只要前工序条件许可,连续热镀锌机组可生产固溶强化、析出强化、烘烤硬化高强钢。烘烤硬化高强钢是将IF钢的超深冲性与固溶强化机理相结合,经烘烤硬化而获得的超深冲、高强度和高抗凹陷性的理想汽车用板。不同品种,不同钢种的热镀锌板的生产工艺及其典型力学性能参见表1。综上所述,随着超低碳IF钢的批量生产,不仅可经济地生产汽车用DQ、DDQ、93第3期马国和等汽车用热镀锌板连续退火工艺表1几种热镀锌生产工艺及其典型的力学性能注画者表示采用的工艺。EDDQ板及部分高强钢,且产品的力学性能良好,时效指数为零。212汽车板热镀锌原板典型的退火制度为使热镀锌原板达到一定的力学性能,除了需要相应的钢种及相应的前工序条件外,镀锌前原板的退火制度也相当关键。不同品种的汽车板,其退火制度不同另外,由于各热镀锌机组使用冷轧板的成分不尽相同,实际运作经验的差异,因而即使同一品种的汽车板,不同的生产厂家所采用的退火制度也有所不同。图1为汽车用热镀锌原板几个代表性品种典型的退火制度。213直接加热法与间接加热法的比较连续热镀锌原板热处理方法主要有以下4种森吉米尔法改良的森吉米尔法美钢联法赛拉斯SEALAS法。按炉内带钢的加热方法,又可分为直接加热法和间接加热法两种。除美钢联法为间接加热法外,上述其余3种均为直接加热法。直接加热法的显著特点为在预热段,利用无氧化实际为微氧化加热技术,将带钢从常温加热到一定温度,再进入加热段或还原段,利用间接加热,将带钢加热到退火温度。直接加热法的作用用燃烧产物直接快速加热带钢利用高温烧掉带钢表面的轧制油。60年代中至80年代初,在以建筑、容器及家电业为主要服务对象的连续热镀锌机组上,直接加热法被广泛采用。间接加热法的显著特点为在加热段内利用辐射管或其它设备间接加热带钢,燃烧产物不与带钢接触,因此没有清除带钢表面轧制油的功能。所以,间接加热法要求进入炉内的带钢在清洗段要进行碱洗、电解清洗、刷洗、漂洗、挤干、烘干等,使带钢表面轧制油和铁粉量双面含量小于8MGM2FORD实验法。随着汽车用热镀锌板的增加,对热镀锌板的表面质量、原板的力学性能及对镀层的粘附性提出了更高的要求,直接加热法虽能清除带钢表面的轧制油,但不能清除带钢表面残留的铁粉,这些铁粉严重影响镀锌板的表面质量,用直接加热法生产汽车用热镀锌板,在退火炉前也都增设了清洗段。因而,间接加热法在近10几年内以汽车板为主的04轧钢1998图1汽车用热镀锌原板代表性品种的典型退火制度ACQ板BDQ板CDDQ板DEDDQ板EBH板连续热镀锌机组上广泛采用。表2从带钢的表面质量,退火炉的操作与维护,投资与运行费用诸方面对这两种加热方法进行了全面比较。3锌层合金化退火工艺311锌层合金化的机理和作用镀锌原板经热镀锌后,再经锌层合金化炉对镀锌层进行退火处理,使铁原子从基板上迁移至锌层,在锌层和基板之间形成一均匀的铁锌合金层,使锌层的铁含量重量比达812。经合金退火后的镀锌层为无光泽的暗灰色,而不是纯锌层所呈现的光亮外表面。与纯锌层相比,合金化层具有优良的涂漆性能、焊接性能和防腐性能,因而在汽车制造业中逐渐广为采用,尤其在日本。312锌层合金化的工艺合金化板的锌锅内,锌液中的铝含量比一般镀锌板少,合金板从出锌锅的450460加热到500550,并在此温度范围内保温1012S,使锌层的铁含量,重量比,达812。313锌层合金化的加热方法比较锌层合金化的加热方法有煤气直接加热和高频感应加热两种。煤气直接加热的特点为加热速度慢,加热段长,一般在5M以上煤气的燃烧产物直接与镀锌层接触,易对锌层表面质量产生不良影响。而高频感应加热则不同,加热速度快,加热段长度只需12M,且没有副产品,锌层表面质量好,热效率高,可达90控制简单、准确更重要的是,加热的热量产生于带钢本身,热量集中于锌层和带钢的两表层,有助于促进铁向锌层的扩散。因此,近10几年来多数14第3期马国和等汽车用热镀锌板连续退火工艺表2直接加热法与间接加热法的比较清洗直接加热法清洗间接加热法产品用途不设清洗段,可经济地生产建筑、容器业和家电行业用板。设清洗段,其产品也可用作汽车板其产品多用作汽车板,更可以用作建筑、容器业和家电行业带钢规格炉内温度高达1300,易烧断带钢,因而带钢厚度应在014MM以上可处理非常薄的带钢,由于热瓢曲问题,厚度限制在012MM以上带钢表面质量氧化燃烧产物直接与带钢接触,易氧化燃烧产物不与带钢接触,不易被氧化麻点炉内温度高,内衬多为重质砖,长期使用内衬表面易剥落,砖颗粒散落在带钢表面上,易产生麻点炉内温度不高于950,内衬多为陶瓷纤维并用不锈钢敷面,内衬寿命长,不会因剥落而使带钢产生麻点烧穿炉内温度高,操作不当,会烧穿带钢,造成断带没有烧穿断带的危险热飘曲加热速度达40S,可将带钢迅速加热到500630,炉辊少,产生热瓢曲可能性小加热速度小于10S,炉辊多,易产生热瓢曲,但可通过预热带钢或采用炉辊热凸度加以控制对保护气体及煤气的要求氢含量各炉段采用高氢含量1530的保护气氛,以减少镀锌前带钢表面上的氧化物炉内保护气氛中氢含量低,一般在5以下消耗量由于炉内燃烧产物和保护气氛一起通过排烟系统排出,直接加热炉和其它炉段之间又难以密封,保护气氛通过直接加热炉排掉,因而耗量大由于炉温高,氮气安全吹扫耗量大在炉子入口处易密封,各炉段保护气氛相对独立,定期排放更新,因而耗量小。由于炉温低,氮气安全吹扫耗量相对较小煤气由于直接加热的燃烧产物直接与带钢接触,且空燃比控制严格,因而对煤气质量及热值要求高煤气需精脱硫、脱萘及净化种类为焦炉煤气或天燃气,低发热值1015MJM3标况的高、焦混合煤气由于间接加热的燃烧产物不与带钢接触,因而对煤气质量及热值的要求较直接加热稍低操作维护操作直接加热速度快,对变品种、变规格的炉温调节非常灵活。但其控制要求高,尤其空燃比的控制,空燃比扰动会影响炉况的稳定性。间接加热速度慢,对变品种、变规格的炉温调节灵活性差。由于辐射管和炉辊热惰性大,温度等控制稳定维护炉辊、辐射管数量少,维护及维修量相对减少。直接加热时由于耐材的剥落、氧化物的积聚,定期维修量大。炉辊、辐射管数量大,维护及维修量大投资不设清洗段,投资相对较小。因而用该法生产表面质量要求不苛刻的产品,如建筑业用板,是经济的设清洗段,与间接加热相比,投资差别不大。用该法也可生产优质汽车板与带清洗段的直接加热相比,投资差别不大,该法多用作生产优质汽车板新建的、以及部分改造的汽车板热镀锌机组都采用了高频感应加热。4结束语汽车工业已成为我国国民经济支柱产