带钢连续退火工艺技术介绍

12.5.2.5 退火工艺

A. 罩式退火

B. 连续退火

连续退火机组问世于1936年，但是直到上世纪60年末期有关带钢连续退火金属学的研究才取得了重大进展。1959年BLICKWEDE提出了热轧高温卷取连续退火生产冶金原理，1969年他又提出了低碳钢板均热后快速冷却和过时效处理的理论，从而找到一条合适的方法，使得钢中固溶碳能够在较短时间内充分析出、并且使得铁素体晶粒长大。这一划时代的技术进步，为带钢连续退火生产奠定了理论基础。1972年日本新日铁君津厂建成了世界上第一条软质带钢的连续退火线，它被公认为是世界上第一条完备的冷轧带钢立式连续退火线，它的出现标志着连续退火技术发展进入到一个新的时代。

连续退火工艺将脱脂、退火、平整、分卷等数个工序集成在一条机组内，与罩式炉相比，具备有以下优点：（1）（2）

?产品质量高：连续退火产品表面光洁，残碳和铁粉含量远低于罩式退火；板型好，性能均匀，缺陷少。

?生产率高：生产周期可由原来10天左右缩短到至多1个小时左右，由此生产备料大减，生产过程简化，管理方便。

?节省劳动生产力：由于工序的合并，加之连续退火机组较高的自动化程度，使得操作人员数量大量节省。

?成品率高：工艺过程紧凑，避免了罩式退火工艺中钢卷多次搬运擦伤、粘结、折边等缺陷。

当然，在具备上述优点的同时，连续退火机组也存在着不足，主要表面在以下方面：?极限规格带钢（厚度大于2.5mm或0.15mm以下的超薄规格）用立式连续退火生产比较困难。

?设备和技术复杂，要求技术人员、机组操作和维护人员的素质要求较高。

目前全世界已经建成和投产近六十多条连续退火机组，随着各种新工艺和新技术的不断开发和完善，连续退火技术正在广泛地取代了罩式退火技术，实现冷轧带纲快速、经济和大规模的生产。在镀锡原板品种上，连续退火机组已经能够生产从T1 – T5，DR8 – DR10全部调质度；在冷轧板品种上，连续退火机组不仅能够生产DDQ、EDDQ等深冲和超深冲软材，还能够生产各类高强钢（HSS），不仅有CQ级HSS，DQ级HSS，而且还出现了DDQ深冲级HSS、烘烤硬化性DQ级HSS，以及低屈服点超高强钢（LOW YR/SUPER-HSS）和TRIP等高强钢新品种。

随着连续退火工艺技术和设备的不断完善和发展，产量和速度也在不断提高，机组最高年产量已经达到和超过100万t/a/（如韩国POSCO光阳2#线和日本川铁的千叶3#线），日本川铁的千叶4#KM-CAL机组最高速度已达1000m/min。

a. 连续退火带钢金属热处理工艺

冷轧板的性能由钢的化学成份、冷热轧制条件以及退火工艺来确定。为了获得良好的带钢成型性，必须调整生产过程中的各道生产条件，从而达到最优控制带钢的析出条件、显微构造和组织的目的。

与罩式退火不同，连续退火机组高温均热时间较短，冷却速度较快，因此必须在炼钢时对钢的化学成份作相应调整和控制，为获得满意的再结晶状况和成形特性，须将填隙式溶解元素（碳和氮）以及固溶加强元素（锰，硅和磷）维持在较低含量水平。

带钢在热轧时，就必须满足合适的条件，诸如完全析出以及粗大的碳化物和氮化物的生成。均匀一致大的铁素体晶粒。

连续退火过程中加热期间，带钢中碳化物结构将部分或完全被溶解．这取决于含碳量以及碳化物的大小，如图12.5.2.5B-1所示。该过程还受加热速度快慢、退火温度高低和碳化物粗大程度的反作用影响。

图12.5.2.5B-1 连续退火的冶金过程

钢被加热到退火温度并均热后，碳的溶解达到了平衡，并且根据退火温度会发生有限的晶粒生长。然而，连续退火机组里较高的冷却速度阻碍了固溶碳的析出，使其在冷却阶段的碳化物析出偏离平衡，只有通过调整冷却和过时效参数，才能控制碳化物的分布和固溶碳含量，从而获得合适的机械性能并消除时效影响。

连续退火处理的低碳钢深冲性较差是因为在过时效处理期间钢组织内部所形成细微碳

化物弥散所至，因此在连续退火里，只有通过采用IF 钢，才能获得特深冲级别的高r m 和

n m 值。对IF 钢的罩式退火和连续退火来讲，二者的组织结构之间没有显著的区别（见图

12.5.2.5B-3）。

从金相的观点来看，采用连续退火生产冷轧高强钢具有潜在的优越性，譬如通过形成

精细晶粒结构和精细碳化物析出，可用来提高钢的屈服强度（2）。

迄今建造的连续退火机组主要采用了二大类不同的退火周期制度，见图12.5.2.5B-2。

方法一为；加热到退火温度，保温，冷却到过时效温度，在此温度上保温，随后冷到

室温。

方法二为：加热到退火温度，用喷气冷却法冷却到某一中间温度，随后快冷到较低温

度（如水淬至室温），然后又重新加热到过时效温度，并在此温度上保温一段时间，最后

再快冷到室温。生产双相钢时，带钢在第一次快冷后，无需加热到过时效温度过程。

使用这二种方法的不同退火周期，可以制造各种质量的钢种，包括CQ （商用级），

DQ （冲压级），DDQ （深冲级），HSS （高强钢）等品种。

(1) 低碳软钢、商用钢和冲压钢的连续退火原理（3）

冷轧板要求具备如下的可成形性：CQ 板延展性、DQ 板的延展性和慢速时效性（低屈

服点延长）、DDQ 板延展性和非时效性（几乎无屈服点延长）和深冲性（Landford 值）。

罩式退火中，带钢均热后的冷却速度非常缓慢，冷却时存在于铁素体中的固溶碳在原

有晶界碳化物和晶界上析出，所以其对室温下带钢延伸性和时效性没有影响。而连续退火

中，带钢以较快的冷却速度进行冷却，钢中会存在大量过饱和固溶碳，从而导致带钢延伸

性和耐时效性显著变差，为此，连续退火中需要过时效处理段，使得低碳钢中的碳在某个

渐冷的温度区域中能够充分析出(11)。

温度 温度

时间 时间

图12.5.2.5B-2 连续退火典型退火周

深冲性由材料的组织所决定，并且可以通过调整材料成分和连续退火的保温时间来控制。延伸性和时效性主要受成品板材中碳和氮的存在状态（固溶或析出）的影响，对连铸低碳铝镇静钢，钢中氮元素在材料阶段可由铝固定，但碳的析出应选择适当的时效条件和快冷条件来控制。低碳铝镇静钢适用于CQ和DQ，而IF钢适用于要求无时效特性和对深冲性有要求的DDQ、EDDQ和SEDDQ。IF钢在炼钢阶段作了脱碳处理，并且其中的碳和氮还通过添加钛、铌等元素来进行固定，最后在连续退火过程中在相当高的温度中均热保温处理后，使其成为无时效产品。（7）

带钢晶粒大小直接影响其屈服限和延伸性，固溶Fe3C的析出物会降低其延伸性。间隙溶解碳和间隙氮的含量以及由于添加铝、硼、钛后与这二种元素形成的AlN、BN、TiN等化合物的含量也都会对机械性能产生较大影响。

冷却和过时效的条件对冷轧低碳钢性能的影响简要解释如下：

带钢在A1温度时，碳在铁素体中溶解度按质量计约为2%，并随温度降低而下降。在均热后的第一次冷却时，Fe3C沿着晶粒边界析出，冷却速度愈慢，则析出量愈多。当第一次冷却结束时，在固溶碳周围或多或少残留着饱和的铁素体。在第一次冷却后，接着是过时效处理过程。

过时效阶段区分二个机理，一个是在晶粒边界处继续析出Fe3C，另一个是铁素体结晶内部的析出。在过时效过程中，Fe3C继续析出，并随时效温度的下降，碳溶解度也在下降。析出的晶核有二种，一种是过时效过程中沿铁素体晶界析出的Fe3C碳化物，一种是始终存在的少量与碳结合的晶格畸变。多余的碳则被固溶在铁素体中。一次冷却速度越快，过时效中固溶碳的析出动能则越大，过时效后钢中铁素体里固溶碳的含量就愈少。另一方面，碳化物的形成对钢的性能会产生影响，结构中细小的碳化物会降低其延伸性，并同时提高材料的屈服强度。铁素体中的固溶碳会引起时效，即随温度和时间的增加，带钢延伸率会降低而屈服限、0.2%延伸极限和抗张强度都会提高。

在连续退火的典型特性快速冷却期间内，铁素体里碳的溶解急剧降低。随着残遗在固溶体里碳的平衡，只会发生部分渗碳体的析出。较高的冷却速度导致铁基体里出现更大量的过饱和碳，在过时效的初期，原子析出沉淀的高势能受到细散碳化物迅速析出的影响而降低。这些碳化物为那些仍固溶的残留碳析出充当核的作用。由于碳化物之间的距离较短，在过时效期间，游离碳原子便会非均匀析出，即过时效时间会缩短。对于较低的冷却速度，碳化物的析出量较少，由于析出的势能较低，碳化物之间的间距变大，残留固溶碳由于需要经过较长的距离才能扩散至析出核和品界，故需要较长的过时效时间。

低碳钢在延伸性和时效性之间的平衡可以通过调节第一次冷却速度来确定，当要求较

L

a n k f o r d （r m 值）

好延伸性时，则冷却速度必须降低，但带钢会再次出现时效现象，如果要求钢材具有较少

时效，则冷却速度必须提高。但伴随而来的是韧性降低（3）。

以上所述机理适用于低碳钢。对无间隙（IF ）钢，即那些含有钛或铌的理想配比或者

略微超过理想配比的合金钢，则毋需过时效处理。由于IF 钢中碳和氮元素主要在热轧期间

以Ti —C －N 或Nb －C 2 析出，因此由于连续退火中将不会发生时效作用。

连续退火中，由于加

热速度较快（约10～80

℃／秒），故再结晶期间

内钢组织不会受到影响。

只有在600℃温度范围

下，当均热时间足够长

时，才能使在罩式退火工

艺里对冷轧带材的深冲

性起改善作用的AIN 析

出效应得到应用。由于在

连续退火工艺中难以使该

均热时间延长，因此通常冷轧低碳钢采用连续退火所能达到的 Lankford （r m ）值较低（如图12.5.2.5B-3所示），即

材料的深冲性不好。

钢的成分对连续退火带钢的性能影响起着至关重要的作用。铝镇静钢中的碳作为固溶

碳，其对钢的时效性和退火时再结晶状态均有很大影响。由于连续退火热处理周期制度多

少有些不同，如果考虑时效性、延伸性的最佳平衡，碳的含量在 0.02%左右最理想。若在

0.002～0.015%范围内，除非增加碳化物形成元素，否则即使加快连续退火的冷却速度、也

得不到过时效处理所需要的过饱和度。碳含量0.002%以下的钢与连续退火的热过程无关，

时效性良好。若碳含量0.02%以上则含碳量越多，时效性能越好，但随强度升高的同时，

延伸率、深冲性变坏。AIN 的N 在热轧卷取时使其充分析出是非常必要的。AIN 析出物数

量少，再结晶后的晶粒成长性才变得良好，延伸率也上升，因而希望N 的绝对量要少。AI

除了起到脱氧剂作用外，还起到固定N 的效果。因此在AIN 析出中必须添加必要的数量。

在一般情况下，热轧时要使AIN 完全析出、需要添加比N 当量稍多的量。Mn 和O 相互作

用，对再结晶的结合组织有影响。钢中Mn 含量高，深冲性r m 值降低，并随含固溶碳含量

增高，深冲性下降程度越厉害。由于Mn 含量能够防止S 引起热脆性，故Mn 含量不可降

应变硬化指数（n m 值） 图12.5.2.5B-3连续退火和罩式退火的r m 和 n m 值比较

得太低，一般为0.10-0.15%以宜。另外，Mn含量越低，过时效时碳化物越容易析出。

对热轧条件的分析，热轧的轧制温度必须达到Ar3相变点以上，否则不仅得不到好的金相组织，而且在高温卷取时，晶粒变得粗大，这样r m值和延伸性下降。采用高温卷取的目有：1) 碳化物的聚集；2) AIN析出物的聚集。碳化物粗大化后使碳化物的平均间隔变成再结晶晶粒直径数倍以上，晶界移动的阻力因碳化物而大幅度减少。再结晶晶粒直径继续长大，引起屈服应力下降。同样由于快速加热，在再结晶时，碳溶解速度变缓，固溶碳量少，对深冲有利的（111）成份增加，r m值得到了提高。但温度过高，则会产生粗大晶粒，导致材料特性恶化, 表面质量也变坏。

对于连续退火条件分析，各种连续退火工艺的根本不同之处在于其采用的急冷速度不同，例如某连续退火工艺中水淬冷却WQ法为2000℃／s，辊冷RQ法200℃／s，所对应的时效处理前者1分钟就够了，而后者要2～3分钟。连续退火的加热速度以20～30℃／S的温升速度就行，对于如图12.5.2.5B-6所示碳化物粗大化的材料，慢慢的加热可以得到良好的r m值。以20～30℃／s的加热速度并充分考虑了再结晶时，可以减少固溶碳并改善集合组织。而均热温度，从再结晶粒得到充分成长的角度上讲，希望有个高的温度，但从能源成本和生产性效率，每种品种选定在700～800 ℃之间比较适宜。从均热到急冷之间，首先采用喷气缓冷到适当的温度，以防止高温下急速冷却很多细微的碳化物被析出，使延伸性下降。因此有必要在均热后缓冷到适当的温度。然后采用快速冷却，使固溶碳达到过饱和，这样只需短时间的过时效处理就能促使固溶碳析出来。

表12.5.2.5B-1和表12.5.2.5B-2列出了N厂连续退火机组采用喷气冷却和辊冷生产CQ、DQ、DDQ、EDDQ和U-EDDQ各钢种的化学成份、热轧条件、退火条件和产品的机械性能。

随着炼钢技术不断进步，如炉外精炼和真空脱气等新的手段的运用，使得制造高纯净度钢成为现实，并且制造成本也在不断降低。目前人们通常采用超低碳（IF钢）来制造无时效效应的特深冲和超深冲用钢。

表12.5.2.5B-1N厂CQ、DQ、DDQ、EDDQ和U-EDDQ的化学成分、热轧和冷轧压下率制造条件一览表

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表12.5.2.5B-2 N厂CQ、DQ、DDQ、EDDQ和U-EDDQ的化学成分、热轧和冷轧压下率制造条件一览表

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(2) 高强钢连续退火原理

连续退火生产高强钢的方法主要有: 1）析出强化：通过在钢中形成分散状的、由碳与添加元素所形成碳化物的析出物导致位错移动受阻，从而导致钢的强度增加。析出强化采用的添加元素有钛、铌、钒等。2）固溶强化：因固溶元素原子存在导致铁素体晶格产生畸变，而导致位错运动受阻，并由此导致钢强度增加。通常采用的固溶强化元素有硅、锰、磷等。3）相变强化：由马氏体和贝氏体等低温相变生成物分散而导致的强化;4）晶粒细化;5）冷处理加工强化（包括部份再结晶等等）。实际生产中经常单独或组合使用，以获得满意的性能。表12.5.2.5B-3是国外某厂高强钢品种生产一览表。

表12.5.2.5B-3 国外某厂高强钢品种生产一览表。

注：S表示采用固溶强化；B贝氏体强化；M马氏体强化（双相钢）。

深冲用烘烤硬化性高强钢系钢板在冲压成形并涂漆后，经涂漆层烘烤处理，由于碳析出的结果，便产生屈服强度增高，由此增强了制品抗烙痕性。烘烤硬化指标衡量标准为在一个标准加热温度170℃加热20分钟后，屈服强度的增加被称作BH值。烘烤硬化高强钢是利用退火过程中碳析出不充分而得到的烘烤硬化效应，通过调整钢的化学成份，并结合退火过程的过时效处理，来实现对残留固溶碳量的调整，从而使钢在室温下能抗时效。烘烤硬化钢属含Mn低、含P低的少合金型材料，具有良好的深冲性和烘烤硬化性，并且r 值高，非常适合于冲压加工，因此被主要应用于汽车外板的制造。

低屈强钢板是添加某些元素的高强度钢板，它由于含Mn高而强度高，但屈服应力低，

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- 10 - 也就是说这种板屈服极限低，材料深冲成型性好。

超深冲性用高强度钢板是以超低碳素钢（C ＜0.01%为基础添加Ti 而成)。它利用了Mn ，Si 的固溶强化能，具有跟添加Ti 的脱气软质钢程度大致相同的高深冲性，适用于难加工高强度部件。

超高强度钢板系复合组织强化为主体的钢板，通过对钢的成份、加热温度、以及急冷温度的组合和控制，来调整钢中马氏体的体积比率，就能制造出强度从400MPa 到1400MPa 范围的超高强度极产品。

诱导相变型高塑性高强钢（TRIP 钢）是最近国外研制出高强钢品种，其特点是在保持高强度的同时，还具有非常好的塑性成型性。TRIP 钢为残留奥氏体、贝氏体和铁素体为主的复相组织，由于其具有马氏体相变Ms 点低于室温的特点，当加工时，残留奥氏体因变形能而相变为马氏体，导致已变形区域出现加工硬化而阻止继续变形，从而使得变形过程始终集中在未加工变形的区域，因此获得非常优良的塑性加工变形性能。TRIP 钢采用碳富集方式使得奥氏体在常温下保持稳定。TRIP 钢连续退火处理过程如下，首先钢被加热到Ar 1至Ar 3之间铁素体和奥氏体共晶温度区域并均热保温，并使碳和锰元素富集在奥氏体中，当铁素体晶粒颗粒长到足够大时，高速急冷至450℃附近，以阻止珠光体的形成。由于添加硅元素的结果，可以阻止渗碳体的形成。此时，碳元素进一步富集在未相变的奥氏体中，其结果获得了由残留奥氏体、贝氏体共同存在、前二者富集在铁素体晶界上的显微组织结构，并由此获得低于室温的奥氏体至马氏体相变温度点

（13）。

下面以某连续退火工艺水淬法工艺为例介绍一下双相高强钢生产，其退火周期如图

图12.5.2.5B-4

双相钢退火周期（采用水淬法） 时间 图12.5.2.5B-5冷却曲线相图

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12.5.2.5B-4所示，钢首先被加热到A 1-A 3之间并均热保温，此时钢中出现了同时包含奥氏体和铁索体二种组织的结构。然后，采用喷气法将钢缓冷到一个高于A 1的温度，通过缓慢冷却到此中间温度，可调节到所需的铁素体对奥氏体的含量比例，接着进行快速冷却，即对钢用水冷进行淬火，奥氏体转变成马氏体，此时结构由铁素体和马氏体组成。铁素体中固溶碳和合金元素保存下来，接着进行回火，使铁素体中析出细颗粒碳化物，双相钢的结构即由马氏体和带细粒碳化物的铁索体组成。 上述过程中，急冷后的铁素体中由于残留着过剩的固溶碳，所以必须进行短时间低温回火，不仅可以稳定马氏体组织，铁素体的延伸性也可以得到提高。这样制造出来的高强度钢板具有以下特征

（12）： — 因有马氏体而具有高强度。

— 因有铁素体而具有高延伸性。

— 因有残留以固溶碳而提高了烘烤硬化性（BH 性）。

— 因马氏体晶格内部扭曲而且具有迟时效性。

钢中合金成分对带钢从共晶温度A 1冷却至室温的所需的急冷速度有影响，当合金元素较少时，冷却速度必须很高，当合金元素较多时，冷却速度可以慢些。在任何情况下，冷却曲线不能越过珠光体区即中间区，如图12.5.2.5B-6所示。所以允许在一定条件下，制造由不同钢种形成双相钢。起决

定性作用的是按锰当量计算的

化学成分和冷却速度（3）。

采用水淬法生产双相钢，由

于其冷却速度高，故钢种所需

的合金元素添加量少，因此带

钢在焊接性、涂层性、废钢处

理上都比较优越。通过调整钢

的化学成份、以及快速冷却前

增加用喷气缓冷等措施，可以

制造出高延伸性的双相组织钢，而且从Ar3 相变点以上快速冷却，可以得到拉伸强度为1000MPa 的高强度钢板。生产烘烤硬化型高强钢是这种连续退火工艺特征最大的发挥，与一般用高强钢板相比，在水淬处理后，把回火温度定得低一些，可以造成钢的推迟时效性，当钢板加工件经涂层后烘烤后，其屈强强度可提高80~100MPa ，即能获得烘烤硬化性极高的独特产品（12）。

表 12.5.2.5B-4所示为采用这种连续退火工艺生产的高强度钢板产品体系，

依据用途不

图12.5.2.5B-6 合金成分与急冷冷却速度关系

同，列出5大种类（12）。

表12.5.2.5B-4 某连续退火工艺生产高强钢产品体系的制造条件和材质水平

连续退火为生产高强度钢提供了广阔的可能性，按照冷却条件和添加合金元素之间的适当匹配，就能生产各种高强度钢、双相钢、混合晶体硬化钢以获得所需的微观组织和可接受的室温时效特性。

b. 连续退火工艺技术

连续退火是通过对带钢加热和控制冷却，达到对带钢性能进行控制和改善的目的，此外在机组入口段对带钢表面进行脱脂清洗，在机组出口段对退火后的带钢进行平整和涂油等工序处理，以期获得满意的带钢产品表面质量。现代连续退火技术就其内容归纳起来，主要包括三个方面，即带钢的加热技术、冷却技术和高速稳定通板技术。这里主要介绍一下连续退火机组中的带钢加热技术和快速冷却技术，有关带钢表面脱脂清洗技术和出口段平整技术部分的介绍详见12.5.2.4脱脂章节和12.5.2.6平整章节，在此就不再重复叙述。

(1) 加热技术

1) 辐射管加热

目前连续退火机组加热方式主要采用辐射管加热，分U型和W型二种。据报道辐射管最早应用于化工领域，二次世界大战期间开始试用于连续退火加热，20世纪50年正式

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投入工业使用。

上世纪70年代末之前，使用的辐射管烧咀采用煤气和助燃空气一次性混合燃烧的长火焰烧咀，助燃空气经过空气预热器，从辐射管内被负压吸入，因此被称为“吸入型”，煤气和助燃空气比例值（m）调节通过在煤气管路上检测负压值、并经过换算来进行间接控制。

80年代初日本开发出了“鼓-抽型”（Push-pull Type）辐射管加热技术，主烧咀的助燃空气采用风机鼓入，其空气流量可象煤气流量一样直接精确进行控制，从而可以精确控制空气-煤气比，并且“鼓-抽型”较之以往的“吸入型”还具备有许多优点，如下表12.5.2.5B-5 所示。

表12.5.2.5B-5 二种辐射管加热系统比较表

最近日本新日铁公司已经开发出最新式三次燃烧的烧咀（Multi Combustion Ring），这种烧咀通过助燃空气的分流实现多次燃烧，可以使得辐射管沿着长度方向温度分布更加均匀，辐射管内的高温点下降，空气中的N2氧化成NO X量也可大大减少，基本控制在80-120ppm范围内，完全满足环保要求（≤150ppm）。

辐射管的点火技术方面，传统点火方法是由操作工在现场采用点火棒点燃辐射管的点火煤气烧咀，再由点火烧咀点燃主烧咀。自动化程度较高的连续退火机组上，一般采用电

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气点火，并且设置有燃烧火焰监测系统，从而可以大大减轻操作的劳动强度。

2) 直燃式（DF）加热

直燃式（Direct Fired）加热应用于镀锡板连续退火机组已经有相当长的历史。虽然与辐射管加热方式相比，直燃式加热存在许多不足的地方，但加热速度快是它的优点。直燃式加热又分为辐射直燃式RDF（Radiative Direct Fired）和传导直燃式CDF（Convective Direct Fired），后者主要被用于有色金属加工。

随着连续退火机组速度的提高，炉子段越来越长，为缩短机组长度，已经有重新使用直燃式RDF的趋势，特别是近年来无氧化直接燃烧和控制技术的发展，加之直燃式加热炉热惯性小，所以其被重新重视。

RDF加热火焰气氛的控制从理论上讲是通过控制气体组成，使CO/CO2 > 1.5和H2/H2O > 4，即空煤比m值<<0.5，实现无氧化加热NOF（Non-Oxidizing Fired）。但目前一些RDF 加热炉的空煤比值在0.9左右，已经不是NOF状态，而是呈微氧化状态。所以，当带钢加速或停机时，必须采取如下相应措施，以避免带钢氧化和薄带钢被烧断。

—快速往炉内吹入煤气，使炉内空煤比值<<0.5

—或往炉内喷吹甲醇，一方面可冷却带钢，同时甲醇受热分解后产生CO和H2，迅速形成还原气氛。

—往炉内鼓入大量N2，以降低带钢温度，同时驱赶炉内的CO2和H2O。

—引入水套或其他冷却方法快速冷却带钢。

RDF废气预热带钢一般分为两步，在较高温度段采取辐射式预热，在废气温度低于700-800℃时采用传导式预热。下面是RDF方式和辐射管加热方式的比较。

12.5.2.5B-6 RDF与辐射管加热方式的比较

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3) 感应加热方式

早在1963年美国西屋公司就开始在其镀锡板连续退火机组的加热段尝试采用感应加热，但受当时的技术限制，试验结果并不令人满意。直到20世纪80年代随着感应加热技术得到长足发展，使得其开始被广泛被应用于带钢热处理的加热过程中。感应加热具有加热速度快、热效率高、带钢受热均匀、带钢加热温度控制精度高、在线加热设备紧凑等优点。但是感应加热装置的一次性设备投资很高，因此，其主要用于某些关键段如连续退火快冷后的过时效（ROA）段带钢再加热，以及作为补充加热手段，很少全部采用纯感应加热方式。

4）其他加热方式

其他加热技术有：电子束加热、盐浴加热、电阻加热、辊式加热、带钢直接通电加热、等离子流加热、激光照射加热等方式。

（2）冷却技术

冷却速度对连续退火带钢的材质性能影响至关重要，连续退火机组带钢冷却技术发展，其实质代表了连续退火技术的发展，并由此决定了不同的连续退火工艺。（3）

1) 喷气方法

喷气冷却法中采用的是向带钢表面喷吹冷保护气体来冷却带钢，根据喷气介质不同，其又细分为：常规喷气冷却法GJC（Gas Jet Cooling）、高速喷气冷却法HGJC（High-speed Gas Jet Cooling）。

GJC法和HGJC法均采用喷吹保护气体（5%H2-N2）冷却带钢。GJC法属早期技术，其带钢冷却速度较低，约15℃/秒左右，1970年投产的新日铁君津1#连续退火线上就采用了该技术。由于其冷却速度有限，目前多用在如缓冷段等处。在此基础上，日本川崎制铁和新日铁分别独自开发出了HGJC技术。新日铁的HGJC装置由喷箱、冷却器、循环风机等组成，循环风机将炉内保护气体抽出，经冷却器冷却后再由高速风机送入喷箱，从喷箱

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侧壁圆柱状喷嘴以高速气流速度喷出冷却带钢，由于采取了缩小带钢与喷嘴间距和提高喷吹速度等有效的改进措施，使得HGJC对带钢冷却速度有了很大提高，达到100℃/秒。此外，快速喷气冷却装置还设置有边部、中央气体流量控制装置，并通过对设置在快冷段出口处的带钢横向扫描式辐射温度计检测结果来进行闭环控制，因此HGJC比GJC对带钢宽度方向温度均匀性和对宽板的适应性强(5)。新日铁名古屋2#CAPL和宝钢1420冷轧2#CAPL 等机组快冷段采用了该项技术。

川崎制铁的高速气体喷射冷却技术工作原理与新日铁的相类似，其不同之处是采用了窄缝处喷咀。通过使用精确设置的窄缝喷咀，对带材二面用气体喷射，并通过打开或关闭离心式鼓风机出口的阀板，可调节其冷却速度。沿带宽气体出口分成五个区段，以避免带钢边部过快冷却。此系统还附加一个调节保护气氛中氢含量的装置。当气氛中氢含量增加时，保护气氛的导热性能和密度加大，从而能增大冷却速度。

2）加速冷却AcC法

新日铁于1982年开发成功加速冷却AcC法(4)，并最早用在其广田厂和名古屋厂连续退火机组上。新日铁根据对连续退火带钢金属学研究成果上提出，介于水淬冷却和喷气冷却之间的中等冷却速度可提供碳的最佳过饱和度，并在后续处理过程中可促进碳化物的析出。因此，AcC法有利于高抗时效性能深冲软钢和高强钢的生产。AcC技术具有以下特点(4)(7)：—采用口琴式气流雾化水冷喷嘴，带有气体侧向喷射窄槽，可保证喷嘴沿带钢宽度方向均匀冷却，具有较高板型保持能力；

—冷却速度范围100 - 200℃/秒，通过改变供水量可调节AcC的冷却能力，对0.4-2.0mm不同厚度规格带钢冷却速度可保持不变。

—冷却终点温度可从400℃（成型薄板的过时效温度）到250℃（恰好低于双相高强钢的转变温度）任意进行控制，随后薄板自行烘干。

—采用自适应控制数学模型和卡尔曼过滤法的控制系统，系统具备很高的控制敏感性，因而对于带钢尺寸和速度的变化，可始终保持处于最佳工艺过程。

—为确保带钢冷却的终点温度，必须将AcC喷嘴设计成使喷上带钢的湿霖减低至最小，并采用气刀喷嘴和水刀喷嘴等湿霖阻隔装置。

—为保证良好的板型，冷却初始温度必须低于700℃，而且气水比必须大于0.13Nm3/l。

—由于与水雾接触，带钢表面易氧化，因而后续需要增加酸洗工序。

3) 水淬法（3）

水淬冷却技术最早由美国内陆钢厂应用于其硬质镀锡原板的连续退火机组上，1969年

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NKK完成了以水淬方式进行带钢短时间过时效处理技术的研究并申请了专利，该技术首次应用在生产深冲冷轧板的NKK福山1#CAL线上。采用水淬工艺带钢冷却速度极快，约为1000 ~ 2000℃/秒，钢中过饱和固溶碳含量高，从而大大缩短了生产深冲用冷轧板时需要的过时效处理时间（约为1分钟）。另外，WQ法也适用于高强钢生产：通过往钢中添加少量的合金元素，并适当调节改变加热温度、淬火温度和回火温度，可以生产400~1400Mpa 级高强钢、高BH（烘烤硬化）性高强钢、低屈服比高强钢等各种高性能产品。（9）当然，WQ法存在着一些不足的地方，首先是WQ法对带钢终冷温度不能控制，往往过冷至接近水温后，需要重新加热到过时效温度（400℃），能量比较浪费，而且会使材料平均延伸率下降（10）。另一方面，冷却速度太快尤其是水淬时带钢表面会形成蒸汽膜，造成带钢冷却不均，很容易产生板型不良问题，而且带钢表面会生产氧化膜，因此机组出口需要增加酸洗工序，增加了设备及生产成本。

4) 辊淬法

辊淬法RQ（Roll Quench）最早由NKK于1979年开发研制成功并在日本取得专利，1982年该项技术在NKK福山2#连续退火机组上首次试用成功。RQ技术是使带钢与内部通冷却水辊子接触，通过传导传热实现带钢冷却，其冷却系数可达700-1800kcal/m2.h.℃，冷却速度范围100-300℃/秒，通过调节改变冷却水水量和改变带钢在水冷辊上包角大小来实现（3）。采用RQ法冷却处理带钢，只需用2-3分钟过时效处理，带钢时效指数A.I值可下降到45Mpa 以下（9）。

图12.5.2.5B-7 图12.5.2.5B-8

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较之WQ法，RQ法的冷却速度也比较大，并且可以准确控制带钢冷却的终点温度，而且免去了后续酸洗工序，生产成本相对较低。RQ法不仅适合生产CQ、DQ、DDQ等软质钢板，也可以生产400-1000Mpa的高强钢板。

RQ时带钢并不是完全平直的，并且沿宽度方向的温度分布也不均匀，因而辊淬时带钢沿宽度方向张力分布也不稳定，一旦量变较大时就造成辊与带钢之间接触不良而导致带钢产生热翘曲现象。为防止该情况的产生，通常有效的做法是在辊淬快冷段前后设置张紧辊组装置，给带钢施加30N/mm2左右的张力，具体值将视冷却辊表面形状、凸度、入口带钢板型和沿板宽方向带钢温度分布因素情况而定。（10）即便如此，均匀冷却仍是RQ的一个大问题，而且带钢冷却过程中会产生收缩，因此水冷辊与带钢之间

必然会出现相对滑动，这会影响带钢表面质量。另外一方面，水

冷辊的工作条件比较恶劣，因此辊子的寿命也是一个比较棘手的

问题。

5）辊气联合冷却法（3）

日本川崎制铁公司在HGJC技术和辊淬技术基础上开发了

辊冷+气冷复合技术。在辊气联合冷却系统RGCC

图12.5.2.5B-9 RGCC系统辊子布置图

方法（Roll Gas Combined Cooling System）中，如

图12.5.2.5B-5其冷却辊成垂直状布置，此时在每个冷却辊的对面准确地设置气体喷射装置。辊子的冷却效果被气体喷射而加强，同时带钢的板形及表面质量比单纯的辊淬有所提高。

6) Howaq方法（3）

（Hot water Quench）热水淬冷法由比利时CRM公司在Luttich的开发。如图12.5.2.5B-10，该方法包括二个冷却过程，即带钢首先浸入热水槽中冷却，槽中的沉没辊在上下方向可移动，这样热带材在沸水中的逗留时间可以调节。藉此将热水槽出口处的带钢温度精确控制在300—500℃之间的某个过时效温度，其冷却速度可达30-150℃／秒。如需要直接冷却到更低温度或室温的话，则进一步采用第二个冷却喷雾冷却过程。由于采用一种气体（氮或HNX）使水雾化，并通过调节水温和水量来改变和改变冷却能力，水雾的最大冷却速度可与在冷水中冷却的数量等级相当，即约为1000一2000℃／秒。Howaq方法对不同带材厚度可达到的冷却速度示于图11中。当1.6mm厚带材在热水容器中可达35℃／秒，随后的雾冷时可达150和560℃／秒，当1mm带材时相应为热水容器中的56℃／秒和水雾冷却时的240—900℃／秒。还应指明图中阴影面积中的每一点为Howaq方法都能达到的冷却速度。热带材与水接触后会发生氧化，故要求随后的酸洗和中和处理。在Howaq 方法中酸洗放在过时效后面。

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每种连续退火的不同冷却方法各有优缺点，水淬法的优点是在含少量合金元素时也能生产双项钢，故对前工序的要求相对较简单，生产其它钢种时也只需较短的过时效时间，其缺点是水冷时带钢表面会形成一层氧化皮，故需要一次附加酸洗，此外带钢还需要再一次加热到过时效温度。最后还需指明，在水冷时始终存在带材平直度问题：因为从高温很快冷却时，冷却是不均匀的，当然这个缺点可以通过预先缓冷到一个中间温度的办法来减轻。

喷气冷却及辊冷法不要求附加酸洗过程，因为在表面不形成氧化皮，也不需要重新加热到过时效温度。因为冷却速度较慢，故需增加合金元素以生产双相钢，对其他钢种则需要较长过时效时间以析出碳，故要求较大的炉子长度，此外，由于需要往钢中添加较多合金元素，导致炼钢成本增加和冷连轧轧制功率增加，因此对前工序的要求较高。

Howaq 方法（热水淬火方法）在带采表面产生一度薄薄的FeO 层，它也只有通过酸洗才能除去。

(3) 高速通板技术

20世纪80年代，新建的连续退火机组趋向高速高产，出现了一系列张力及板温控制技术，防止断带、跑偏和热瓢曲，称为高速通板技术。新日铁、日本钢管和川崎分别开发出各具特色的高速通板技术。

各公司根据自己丰富的经验，对炉内加热冷却段的设备进行了针对性的设计。对加热

段的各炉辊都设计了适当的凸度，确保宽板、窄板的稳定通板；上部炉辊都有隔热板，防

图12.5.2.5B-11

止辐射管对炉辊凸度的影响，并对入口的上部炉辊专门设置炉辊室，进行喷气冷却，保证炉辊长度方向温度均匀。其中川崎公司针对每根炉辊不同的温度及受力状态，建立模型，设计出最佳的双锥度凸度炉辊，并在隔热板中通冷却空气，对炉辊室的炉辊设计了独特的箱体喷气冷却，获得良好的冷却效果。在辊冷段，二家公司都设计了位置可调整的水冷辊，改变冷却速度，并在水冷辊的另一侧设置喷气冷却装置，确保良好板形。为确保宽板冷却均匀，喷气冷却在板宽方向上实施分区喷气，分别调节各区气体流量，达到均匀冷却效果。同时在带钢通道上设置稳定辊，防止带钢抖动。在冷却段的入口、出口设计有炉辊室，对炉辊端部加热，使炉辊辊面温度均匀，防止带钢出现冷瓢曲。NKK在水冷槽中，还设计有特殊的水下喷咀和斜流槽，以减少带钢表面蒸汽膜的形成，达到高速、均匀冷却的目的。

c. 连续退火机组主要设备组成介绍

连续退火机组集数道工序为一体，在具有前面所述优点的同时，其一次性设备投资通常很大，故一般适合于大规模化生产。目前国内已经建成的大型带钢连续退火机组还不多。以下以国内某厂2#冷轧板连续退火机组为例，对机组主要设备组成进行介绍。

(1) 生产品质及主要技术参数

该厂的2#冷轧板连续退火机组以生产汽车和家电用材为主，其产品包括CQ、DQ-1、DQ-2、DDQ、EDDQ、U-EDDQ、HSS高强钢（烘烤硬化、固溶硬化、双相钢、析出强化等）。

该机组由入口段、炉子段和出口段三部分组成，如图12.5.2.5B－12所示，其主要参数如下：

机组年处理能力： 717500t/a

原料卷：低碳钢，IF钢，HSS钢

带钢规格：厚度0.30-1.6mm×宽度 730-1430mm

钢卷规格：

外径： max. φ2100mm

内径：φ508/610 mm

卷量： Max26.5t

机组速度: 入口段600m/min；退火段420m/min；出口段560m/min

退火炉设计能力：max.180.t/h，Ave. 114t/h

平整机段

形式：单机架4辊式平整机，上下支持辊为VC辊

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