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冷軋鋼的退火

退火是一個(gè)通用術(shù)語(yǔ)，表示一種處理方法，包括加熱到并保持在一個(gè)合適的溫度，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，主要用于軟化金屬材料。在普碳鋼中，退火通常會(huì)產(chǎn)生鐵素體-珠光體微結(jié)構(gòu)。

制造冷軋板的正常方法是生產(chǎn)熱軋卷，將其酸洗以去除鱗片（氧化物），然后冷軋到所需的最終規(guī)格。冷軋可以使熱軋板的厚度減少90％以上，這增加了鋼的硬度和強(qiáng)度，但嚴(yán)重降低了其延展性。如果要進(jìn)行任何大量的后續(xù)冷加工（如成型、拉拔等），就要恢復(fù)鋼的延展性。

鋼的冷軋是在低于再結(jié)晶溫度的溫度下進(jìn)行的。在冷軋過(guò)程中，厚度的減少是由于通過(guò)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)發(fā)生的塑性變形。由于這些位錯(cuò)的堆積，鋼材會(huì)變硬。這些位錯(cuò)降低了冷軋鋼的延展性，使其無(wú)法用于成型操作。為了恢復(fù)延展性，冷軋鋼需要進(jìn)行退火處理，以消除在冷軋過(guò)程中在微觀結(jié)構(gòu)中積聚的應(yīng)力。

在鋼的冷軋過(guò)程中，鋼在室溫下的廣泛變形大大降低了冷軋板的延展性和可塑性。這就需要進(jìn)行退火處理，冷軋板通過(guò)恢復(fù)、再結(jié)晶和晶粒生長(zhǎng)的機(jī)制得到應(yīng)力釋放。退火是冷軋廠中最重要的工藝之一，因?yàn)樗鼪Q定了冷軋鋼板的質(zhì)量。事實(shí)上，它是控制冷軋板機(jī)械性能的一個(gè)重要過(guò)程。

退火包括將鋼加熱到再結(jié)晶溫度以上，在該溫度下浸泡，然后再冷卻。在退火過(guò)程中，鋼的加熱有利于鐵物的移動(dòng)，導(dǎo)致位錯(cuò)的消失和不同尺寸的新晶粒的形成和生長(zhǎng)。重度冷加工鋼板的退火可分為三個(gè)物理上不同但通常重疊的階段，即復(fù)原、再結(jié)晶和晶粒生長(zhǎng)。

隨著退火的繼續(xù)，再結(jié)晶的過(guò)程發(fā)生了，新的、更加等軸的鐵氧體晶粒從拉長(zhǎng)的晶粒中形成。在再結(jié)晶過(guò)程中，強(qiáng)度迅速下降，延展性也相應(yīng)增加。在溫度下進(jìn)一步的時(shí)間導(dǎo)致一些新形成的晶粒在犧牲其他晶粒的情況下成長(zhǎng)。這就是所謂的晶粒增長(zhǎng)，并導(dǎo)致強(qiáng)度的適度下降和延展性的小幅（但經(jīng)常是相當(dāng)大的）增加。大多數(shù)普通碳鋼都進(jìn)行了退火處理，以促進(jìn)完全再結(jié)晶，但要注意避免過(guò)度的晶粒長(zhǎng)大，這可能導(dǎo)致成型部件的表面缺陷（如桔皮）。

退火過(guò)程進(jìn)行的速度是被退火鋼的化學(xué)成分和先前歷史的函數(shù)。例如，少量的元素如鋁、鈦、鈮、釩和鉬會(huì)降低鋼的再結(jié)晶速度，使退火反應(yīng)遲緩，因此需要更高的溫度或更長(zhǎng)的退火時(shí)間來(lái)產(chǎn)生相同的性能。盡管這些合金元素的存在通常是有意添加的結(jié)果，旨在改變板材的性能（如鋁、鈦、鈮和釩的情況），但一些元素可以作為殘留元素存在（例如鉬），其數(shù)量足以改變退火反應(yīng)。

另一方面，大量的冷加工（更大的冷減量）會(huì)加速退火反應(yīng)。因此，不可能指定一個(gè)單一的退火循環(huán)，在所有的鋼中產(chǎn)生一套特定的機(jī)械性能，化學(xué)成分和冷加工量也要考慮在內(nèi)。

冷軋鋼的退火通常是為了從冷軋產(chǎn)生的高度拉長(zhǎng)的應(yīng)力晶粒中產(chǎn)生再結(jié)晶的鐵素體微結(jié)構(gòu)。圖1顯示了退火對(duì)低碳冷軋鋼的微觀結(jié)構(gòu)的影響。圖1(a)顯示了冷軋的微觀結(jié)構(gòu)，與圖1(b)和1(c)中的部分和完全再結(jié)晶的微觀結(jié)構(gòu)形成對(duì)比。

圖1 退火對(duì)冷軋鋼的微觀結(jié)構(gòu)的影響

在鋼的加熱過(guò)程中，以及在退火循環(huán)的保持部分的第一段，首先發(fā)生的冶金過(guò)程是恢復(fù)。在此過(guò)程中，內(nèi)部應(yīng)變得到緩解（盡管微觀結(jié)構(gòu)變化不明顯），延展性得到適度提高，而強(qiáng)度則略有下降。

恢復(fù)在相對(duì)較低的溫度下占主導(dǎo)地位，包括空位和冷變形引入的位錯(cuò)的遷移，導(dǎo)致它們中的某一部分被湮滅或重新排列。然而，從更廣泛的角度來(lái)看，恢復(fù)涉及到退火過(guò)程中對(duì)性能的任何改變，這發(fā)生在新的無(wú)應(yīng)變?cè)俳Y(jié)晶晶粒出現(xiàn)之前。換句話說(shuō)，恢復(fù)并不涉及高角度晶界（HAGBs）的遷移。在恢復(fù)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)材料的機(jī)械和物理性能與冷加工狀態(tài)下的數(shù)值相比都有一些變化，這是正常的。通常情況下，機(jī)械性能，如硬度、屈服強(qiáng)度或延展性恢復(fù)到完全退火值，在恢復(fù)過(guò)程中只完成了大約五分之一。

在大約480攝氏度到500攝氏度的應(yīng)力消除過(guò)程中，原子只移動(dòng)了很小的距離，被周圍的原子推拉到一個(gè)配置中，內(nèi)部應(yīng)力減少，但晶體之間的邊界保持不變。再結(jié)晶階段發(fā)生在550攝氏度左右，在這個(gè)階段，新的晶體開(kāi)始在原軋制晶粒的邊界形成。這些晶體大致成長(zhǎng)為球體，將冷軋晶粒的原子重新排列，直到它們的邊界與其他新形成的晶粒的邊界相接。一旦冷加工晶粒被完全消耗，鋼就完全再結(jié)晶了。在晶粒生長(zhǎng)的第三階段，隨著晶粒吞噬其他新形成的晶體并增大尺寸，鋼會(huì)變得軟化。這個(gè)階段通常發(fā)生在浸泡期間。

在退火操作中，冷軋板的變形微觀結(jié)構(gòu)得到恢復(fù)，并發(fā)生再結(jié)晶。冷軋鋼板的退火可以在批量退火爐中進(jìn)行，其中冷軋板的退火是以線圈形式進(jìn)行的，也可以在連續(xù)退火爐中進(jìn)行，其中冷軋板的退火是以板狀形式進(jìn)行的。

由于在冷軋過(guò)程中不可能發(fā)生再結(jié)晶，因此結(jié)構(gòu)和所產(chǎn)生的材料性能受到冷軋的很大影響。在冷軋過(guò)程中，晶粒在軋制方向上發(fā)生延伸，晶格的排列具有方向性特征。其他結(jié)構(gòu)相的帶狀特征，如夾雜物、珠光體塊等也得到發(fā)展。三種類型的紋理（即變形、結(jié)構(gòu)和結(jié)晶學(xué)紋理）出現(xiàn)，這導(dǎo)致了機(jī)械性能的方向性特征。 冷軋后的鋼板退火是為了消除各向異性的特性。冷軋板退火后的微觀結(jié)構(gòu)取決于以下因素：（i）冷軋前的初始材料結(jié)構(gòu)，（ii）總的冷減量，（iii）退火條件（溫度和時(shí)間），以及（iv）鋼的冷卻速度。隨著高強(qiáng)度低合金、高強(qiáng)度和先進(jìn)的高強(qiáng)度材料被引入冷軋板的深沖，在冷軋板的退火過(guò)程中出現(xiàn)了進(jìn)一步的復(fù)雜問(wèn)題。

通常情況下，當(dāng)退火前鋼的冷變形量較高時(shí)，再結(jié)晶的初始溫度隨之降低。   此外，在低溫下，完成再結(jié)晶所需的時(shí)間要長(zhǎng)得多，所需的碳化物球化也無(wú)法完成。鋼的強(qiáng)度或硬度特性通常會(huì)隨著退火溫度的升高而降低，而塑性特性會(huì)增加。強(qiáng)度值的大幅降低發(fā)生在接近600攝氏度的溫度下。此外，先前的冷變形越高，強(qiáng)度值的下降就越重要。

鋼的最終機(jī)械性能和微觀結(jié)構(gòu)在很大程度上取決于退火過(guò)程，因?yàn)樗鼘?duì)鋼的結(jié)晶結(jié)構(gòu)有很大影響。進(jìn)一步的沉淀物會(huì)分解成溶質(zhì)原子，隨后在加熱和保溫時(shí)溶解到鋼的基體中，然后根據(jù)冷卻速度以不同的尺寸和分布重新沉淀。晶粒和沉淀物的尺寸和分布的這些變化也會(huì)影響鋼的硬度。

退火通常是在保護(hù)氣體氣氛下進(jìn)行的，以防止表面氧化，以滿足對(duì)冷軋鋼表面的高要求。保護(hù)氣體氣氛由氮?dú)狻錃饣蜻@兩種氣體按不同比例的混合物組成。氫氣具有更高的導(dǎo)電性，因此通常是首選。這兩種氣體的混合物是通過(guò)裂解氨氣得到的（5%的氫氣和95%的氮?dú)猓?/p>

對(duì)于冷軋鋼的生產(chǎn)，通常使用兩種類型的退火工藝：（i）軟退火，和（ii）再結(jié)晶退火。在鋼的軟性退火中，會(huì)發(fā)生雪明石和珠光體的沉淀，從而降低鋼的強(qiáng)度，這有利于成型操作。這種退火的正常溫度范圍為680攝氏度至780攝氏度。在再結(jié)晶退火的情況下，退火使晶體重組到軋制前的狀態(tài)。在這種類型的退火中，鋼被加熱到550攝氏度到700攝氏度之間，略高于再結(jié)晶溫度。再結(jié)晶取決于鋼的材料和軋制過(guò)程中的變形程度。

眾所周知，金屬通過(guò)冷加工得到強(qiáng)化。在冷軋過(guò)程中（這是板材生產(chǎn)的一個(gè)必要階段），鋼變得非常堅(jiān)硬，但幾乎失去了所有的延展性。在傳統(tǒng)的加工過(guò)程中，冷軋鋼通過(guò)退火完全再結(jié)晶，目的是恢復(fù)延展性，但要犧牲強(qiáng)度。然后，如果需要更高的強(qiáng)度，通常是通過(guò)合金化或在更高溫度下的特殊熱處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。上述程序會(huì)造成能源的浪費(fèi)和成本的增加。另一方面，通過(guò)控制低溫退火，可以盡可能多地保留冷軋的強(qiáng)度，同時(shí)恢復(fù)足夠的延展性。這就產(chǎn)生了一種具有完全冷軋板的高強(qiáng)度-低延展性和完全再結(jié)晶板的低強(qiáng)度-高延展性之間的折中性能的鋼。這種工藝被稱為 "退火"、"部分退火"、"恢復(fù)性退火"、"消除應(yīng)力退火"、"回火 "或 "可控不完全退火"。

基本上，"退火 "過(guò)程包括兩個(gè)階段，即變形和退火。另一種方法稱為 "回火軋制 "或 "軋制回火"，旨在通過(guò)對(duì)已經(jīng)完全退火的材料進(jìn)行塑性變形來(lái)獲得所需的強(qiáng)度和延展性，而在 "退火 "中，嚴(yán)重變形的材料要進(jìn)行恢復(fù)或部分再結(jié)晶。這兩種情況下的目標(biāo)都是一樣的。據(jù)稱，在所有的強(qiáng)度水平上，"退火 "材料的延展性總是優(yōu)于 "回火 "材料的延展性。

有兩種工藝被用于冷軋鋼的退火處理。它們是(i)批量退火工藝和(ii)連續(xù)退火工藝。

批量退火工藝

批量退火工藝是這兩種工藝中較早的一種。在這個(gè)過(guò)程中，冷軋板的退火是以線圈的形式進(jìn)行的。通常情況下，3到4個(gè)圓柱形鋼卷（通常每個(gè)重量為10噸到20噸）被堆放在該工藝的基本單元上，在保護(hù)氣體（氫氣）氣氛下進(jìn)行退火處理。在需要大鐵素體晶粒的情況下，如在電工鋼的情況下，該工藝是首選。批量退火裝置的設(shè)計(jì)取決于要退火的鋼材。

冷軋鋼板批量退火所需的基本設(shè)備有：(i)配有循環(huán)風(fēng)扇的基本設(shè)備，(ii)用于線圈分離的圓形對(duì)流板，(iii)保護(hù)性氣密圓柱形罩，(iv)加熱罩或加熱爐（因其形狀也被稱為鐘形爐），其燃燒器呈切向排列，以及(v)冷卻罩。盤(pán)管之間的對(duì)流板是用來(lái)改善熱流的。圖2顯示了批量退火工藝的基本設(shè)備。

圖2 批量退火工藝的基本設(shè)備

為了進(jìn)行退火處理，首先將3至4個(gè)冷軋鋼卷放在基礎(chǔ)裝置上，如圖2所示，用對(duì)流板隔開(kāi)。這些圓柱形的鋼卷被稱為爐料或爐材。 在基座上裝上線圈后，一個(gè)保護(hù)罩被放好，保護(hù)氣體在這個(gè)罩子里循環(huán)流動(dòng)。保護(hù)氣體的應(yīng)用是為了避免鋼帶表面在高溫下被氧化，并將熱量從爐子里通過(guò)鋼卷傳遞出去。

然后在保護(hù)罩上放置一個(gè)加熱爐。加熱罩的燃燒器被點(diǎn)燃，來(lái)自燃燒器的熱量使內(nèi)罩升溫。罩子的熱量被輻射到鋼制線圈上，使其升溫。熱量也被循環(huán)的保護(hù)氣體轉(zhuǎn)移到線圈的內(nèi)表面。然后，線圈的內(nèi)表面和外表面通過(guò)循環(huán)保護(hù)氣體的對(duì)流以及蓋板和線圈之間的輻射而被加熱。線圈的內(nèi)部部分則通過(guò)傳導(dǎo)加熱。

退火循環(huán)有三個(gè)階段。第一階段是加熱階段，溫度被提高到目標(biāo)溫度。第二階段是浸泡階段，溫度被保持以獲得鋼卷內(nèi)外的均勻溫度。第三也是最后一個(gè)階段是冷卻階段，此時(shí)爐內(nèi)溫度緩慢下降。

加熱階段結(jié)束后，加熱罩被替換為冷卻罩，保護(hù)氣體繼續(xù)循環(huán)。然后讓鋼卷冷卻到室溫。為了確保整個(gè)鋼卷達(dá)到所需的溫度，需要較長(zhǎng)的加熱、浸泡和冷卻時(shí)間。

板材之間的空氣間隙所產(chǎn)生的巨大熱質(zhì)量和低傳導(dǎo)性，導(dǎo)致線圈的圓柱形表面和線圈芯之間出現(xiàn)巨大的熱滯后。在加熱周期中溫度最高的線圈表面被稱為熱點(diǎn)，溫度最低的線圈核心被稱為冷點(diǎn)。在加熱階段，為了充分再結(jié)晶，需要將線圈的冷點(diǎn)和熱點(diǎn)提高到理想的退火溫度。將冷點(diǎn)溫度提高到所需溫度所需的時(shí)間就是加熱時(shí)間。較長(zhǎng)的加熱時(shí)間會(huì)使微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能更加均勻，但會(huì)降低加熱爐的生產(chǎn)率。圖3顯示了批量退火過(guò)程的示意圖和剖面圖。

圖3 冷軋板卷的批量退火過(guò)程

冷軋板卷的退火周期隨鋼的成分、冷減量和所需鋼種而變化。然而，典型的批量退火溫度范圍為620攝氏度至690攝氏度（略低于Ac1溫度），為爐料的最冷點(diǎn)。循環(huán)時(shí)間隨所需鋼種和爐料的大小而變化，但總時(shí)間（從開(kāi)始加熱到從爐中取出鋼材）可長(zhǎng)達(dá)一周。

在批量退火過(guò)程中，變形結(jié)構(gòu)的再結(jié)晶開(kāi)始在550攝氏度左右的溫度下通過(guò)成核和核子生長(zhǎng)的方式進(jìn)行。這個(gè)過(guò)程利用了晶粒內(nèi)儲(chǔ)存的能量，降低了晶粒密度。在鋼卷達(dá)到這個(gè)溫度之前，氮化鋁會(huì)在變形的亞晶界上沉淀。該沉淀物通過(guò)抑制新晶粒的成核，導(dǎo)致最終晶粒變大，從而延緩了再結(jié)晶過(guò)程。氮化鋁的存在也有助于產(chǎn)生成型所需的結(jié)構(gòu)。當(dāng)考慮到氮化鋁沉淀物的形成時(shí)，熱連軋機(jī)的卷取溫度是一個(gè)重要參數(shù)。它要低（通常在560攝氏度左右），以便在退火過(guò)程之前，鋁以固溶體形式存在。對(duì)于較大的晶粒尺寸，通常會(huì)采用較高的浸泡溫度，但要限制在730攝氏度左右，因?yàn)檩^高的溫度會(huì)導(dǎo)致粗大的碳化物形成，不利于成型，并可能導(dǎo)致線圈相鄰層的粘連。圖4(a)顯示了低碳冷軋鋼片批量退火的典型加熱和冷卻周期。

圖4 退火過(guò)程中鋼卷中的加熱和冷卻循環(huán)以及冷熱點(diǎn)

在一項(xiàng)關(guān)于批量退火的研究中，為了獲得鋼卷內(nèi)外的均勻溫度，退火過(guò)程通過(guò)使用連接在鋼帶上的熱電偶傳感器進(jìn)行控制。在這項(xiàng)研究中，我們發(fā)現(xiàn)冷軋鋼卷的熱點(diǎn)在鋼卷外側(cè)，冷點(diǎn)在鋼卷內(nèi)側(cè)壁的2/5處。這些位置如圖4（b）所示。

在冷卻周期中，鋼卷核心比其他鋼卷點(diǎn)的溫度要高。線圈中板材之間的空氣間隙導(dǎo)致了非常低的徑向?qū)嵝?。因此，在退火過(guò)程中，溫度的空間變化是普遍存在的。線圈的外表面被稱為熱點(diǎn)，與線圈的內(nèi)芯（通常被稱為冷點(diǎn)）相比，加熱速度更快，在更短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到退火溫度。由于再結(jié)晶和晶粒生長(zhǎng)是熱激活的過(guò)程，這種熱滯后導(dǎo)致了微觀結(jié)構(gòu)的空間變化，以及線圈內(nèi)機(jī)械性能的相關(guān)變化。這種機(jī)械性能的變化發(fā)生在鋼卷長(zhǎng)度的每個(gè)位置（鋼卷的外部、中間和內(nèi)部）。由于這個(gè)原因，鋼卷的某些部分有機(jī)械性能問(wèn)題。此外，由于沿爐子的軸向溫度變化，鋼卷之間的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能也有變化。

在批量退火中，鋼帶的溫度取決于鋼卷的厚度、寬度、重量和堆放位置。卷材的寬度范圍和重量范圍對(duì)批量退火的機(jī)械性能變化有很大影響?？s小寬度范圍會(huì)導(dǎo)致減少堆棧內(nèi)的屈服強(qiáng)度分布。批量退火爐中的線圈數(shù)量對(duì)熱點(diǎn)和冷點(diǎn)之間的溫度差異略有影響。在退火階段，加熱速度和浸泡時(shí)間顯然對(duì)成型性有較高的內(nèi)在影響。批量退火爐中的線圈位置對(duì)'n'值有輕微影響，但對(duì)鋼的'r'值影響更大。

盡管浸泡時(shí)間的增加通常會(huì)導(dǎo)致微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能的變化減少，但它也會(huì)降低爐子的生產(chǎn)率。因此，在批量退火過(guò)程中，浸泡時(shí)間的選擇需要在生產(chǎn)率和質(zhì)量之間進(jìn)行優(yōu)化。此外，適當(dāng)選擇加熱速率，對(duì)析出和再結(jié)晶動(dòng)力學(xué)具有冶金學(xué)意義，以及退火溫度構(gòu)成批量退火熱循環(huán)設(shè)計(jì)的核心。

批量退火操作對(duì)冷軋機(jī)的所有重要性能參數(shù)有相當(dāng)大的影響。這些參數(shù)包括能耗、工廠生產(chǎn)力和排放，以及質(zhì)量參數(shù)，如鋼板的強(qiáng)度、延展性、拉伸性和成型性。鑒于其與所有這些關(guān)鍵參數(shù)的相關(guān)性，有必要對(duì)批量退火操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)最大的生產(chǎn)力和最小的能源消耗，同時(shí)保持所需的產(chǎn)品質(zhì)量。

盡管是一個(gè)關(guān)鍵的操作，工業(yè)規(guī)模的批量退火周期通常是通過(guò)工廠試驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)方法來(lái)設(shè)計(jì)的，除了耗時(shí)和昂貴之外，最多只能提供次優(yōu)的結(jié)果。相反，工藝周期可以通過(guò)退火模型進(jìn)行有效優(yōu)化，該模型可以模擬批量退火操作，從而減少工廠優(yōu)化所需的工廠試驗(yàn)數(shù)量。

在其中一項(xiàng)關(guān)于批量退火工藝的研究中，已經(jīng)得出結(jié)論，退火溫度和浸泡時(shí)間對(duì)批量退火的機(jī)械性能變化有相當(dāng)大的影響。研究結(jié)果總結(jié)為：（i）提高退火溫度可以明顯降低屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和硬度，而伸長(zhǎng)率可以提高。(ii) 增加浸泡時(shí)間對(duì)機(jī)械性能有輕微影響 (iii) 退火溫度為650攝氏度，浸泡時(shí)間為2小時(shí)，以提供接近公稱值的機(jī)械性能，即屈服強(qiáng)度為220兆帕，抗拉強(qiáng)度為305兆帕，延伸率為43%，硬度為46HRB，以及 (iv) 從退火溫度610攝氏度開(kāi)始，工件的晶粒尺寸呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。

連續(xù)退火工藝

冷軋鋼的連續(xù)退火是由Armco鋼鐵公司在1936年首次引入的，作為生產(chǎn)熱浸鍍鋅鋼的一個(gè)工藝步驟。從那時(shí)起，對(duì)該工藝進(jìn)行了一些改進(jìn)，使幾種類型的鋼材都能用這種方法進(jìn)行加工。盡管連續(xù)退火比分批退火有一些優(yōu)勢(shì)，但由于退火鋼的冷成型特性差和老化性差，它并沒(méi)有被用于所有的應(yīng)用。在批量退火中，鐵素體中的碳溶質(zhì)以雪明石的形式析出，而在連續(xù)退火中，由于較高的冷卻速率，它在冷卻后仍處于過(guò)飽和狀態(tài)。這就是連續(xù)退火的板材老化性能差的原因。當(dāng)日本在20世紀(jì)70年代在退火過(guò)程中引入超齡階段時(shí)，這個(gè)問(wèn)題被克服了，這改善了連續(xù)退火后的鋼的性能。

連續(xù)退火周期的持續(xù)時(shí)間較短，并且比批量退火周期的溫度高。在某些應(yīng)用中，退火溫度可以超過(guò)Ac1。對(duì)于冷軋商業(yè)質(zhì)量的鋼材，典型的周期是在700攝氏度下40秒，對(duì)于拉絲質(zhì)量的特殊殺傷性板材，在800攝氏度下60秒。大多數(shù)冷軋板的連續(xù)退火包括過(guò)度老化處理，旨在使碳和氮從鐵素體溶液中析出，并減少應(yīng)變老化的可能性。在300攝氏度到450攝氏度的溫度下，3分鐘到5分鐘的過(guò)度老化可以完成碳和氮的沉淀。批量退火和連續(xù)退火在它們?cè)谕嘶痄撝挟a(chǎn)生的性能上略有不同。批量退火的冷軋商業(yè)質(zhì)量的普通碳素鋼板的典型平均性能是屈服強(qiáng)度210兆帕和伸長(zhǎng)率43%，而連續(xù)退火的性能是屈服強(qiáng)度228兆帕和伸長(zhǎng)率41.7 %。

要進(jìn)行退火的冷軋鋼卷被放置在開(kāi)卷機(jī)上。由于該過(guò)程是連續(xù)的，新卷的頭端與前一卷的尾端連接。在帶材連接進(jìn)行期間，要保持帶材在熱處理區(qū)的連續(xù)運(yùn)動(dòng)。為了確保這一點(diǎn)，提供了兩個(gè)循環(huán)器或蓄能器，一個(gè)在熱處理和冷卻區(qū)之前，另一個(gè)在熱處理和冷卻區(qū)之后。這些循環(huán)器由兩組平行的輥?zhàn)咏M成，它們可以相互分開(kāi)移動(dòng)。隨著入口處環(huán)形器的移動(dòng)，它能夠容納更多的線圈。當(dāng)連接操作正在進(jìn)行時(shí)，環(huán)形器將帶材供應(yīng)給熱處理部分，以保持運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性。同樣，當(dāng)在出口端進(jìn)行剪切操作以分離兩個(gè)線圈時(shí)，出口端的環(huán)形器接收帶材并將其積聚，以保持帶材在熱處理區(qū)運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性。圖5顯示了一條連續(xù)退火線的示意圖。

圖5 連續(xù)退火線的示意圖

此外，在退火過(guò)程中應(yīng)用過(guò)度老化處理（在加熱、浸泡和快速冷卻后將鋼板溫度保持在400攝氏度至450攝氏度），可以使過(guò)飽和溶質(zhì)碳以水門(mén)汀的形式迅速沉淀，并獲得抑制老化的特性。連續(xù)退火線還可以整合電解清洗線，從而使制造具有非常好的材料均勻性、表面質(zhì)量和形狀的鋼板的成本和時(shí)間比采用傳統(tǒng)的批量退火工藝可以實(shí)現(xiàn)的更短。

對(duì)于板材的初級(jí)冷卻，連續(xù)退火線也可以采用氣體噴射冷卻法，即爐內(nèi)氣氛氣體被冷卻并吹向板材表面。使用這種方法實(shí)現(xiàn)的冷卻速度大約為每秒10攝氏度，但對(duì)于這種冷卻速度，溶質(zhì)碳會(huì)在晶界處析出，而且析出物之間的距離很大。因此，過(guò)度老化處理需要很長(zhǎng)的時(shí)間。另一方面，已經(jīng)開(kāi)發(fā)的另一種連續(xù)退火工藝使用水淬火進(jìn)行初級(jí)冷卻。用這種方法，冷卻速度約為每秒1000攝氏度，在這種速度下，碳化物在晶粒內(nèi)和晶粒邊界處以細(xì)小的顆粒析出，使析出物之間的距離變小，減少了過(guò)度老化時(shí)間，盡管伸長(zhǎng)率、'n'值等數(shù)字往往較低。

為了解決上述問(wèn)題，在20世紀(jì)80年代初，開(kāi)發(fā)了一種新的冷卻方法，稱為 "加速冷卻 "工藝。用這種方法，板材通過(guò)從冷卻噴嘴噴出的空氣-水混合物的噴射來(lái)冷卻，每個(gè)噴嘴有一個(gè)水頭和一個(gè)氣體頭。冷卻速度約為每秒100攝氏度，冷卻的速度和最終溫度都可以通過(guò)改變參數(shù)，如水和氣體的數(shù)量以及噴嘴的數(shù)量來(lái)控制。這種方法使得縮短過(guò)度老化處理的時(shí)間并達(dá)到所需的鋼的性能成為可能。加速冷卻 "工藝的高冷卻速度和溫度控制能力使其有可能有效地生產(chǎn)出固溶硬化和沉淀硬化鋼的高張力板材，以及那些通過(guò)轉(zhuǎn)化強(qiáng)化開(kāi)發(fā)的鋼，其強(qiáng)度達(dá)到1,180兆帕。圖6是加速冷卻裝置的示意圖。

圖6 加速冷卻裝置和連續(xù)退火循環(huán)

典型的連續(xù)冷卻循環(huán)如圖6所示。鋼被加熱到的溫度和加熱的速度取決于鋼的化學(xué)成分、其先前的加工和所需的性能。一旦帶鋼被加熱，就要在浸泡區(qū)進(jìn)行充分的浸泡。浸泡后的鋼被冷卻，以便在鋼的微觀結(jié)構(gòu)中析出更多的碳化物。然后，鋼材被重新加熱到超齡溫度，以加速老化。這可以使碳化物以更大的速度粗化。在這之后，鋼被冷卻到室溫。

現(xiàn)在的連續(xù)退火線在入口端整合了電解脫脂線，在退火線的出口端整合了回火軋制（表皮通過(guò)）。

現(xiàn)在，大多數(shù)鋼種都在連續(xù)退火線上進(jìn)行退火。與批量退火工藝相比，連續(xù)退火工藝的優(yōu)點(diǎn)是：(i)沿卷材的性能均勻性更好；(ii)形狀和表面性能更好，表面更清潔；(iii)加工時(shí)間短，導(dǎo)致生產(chǎn)率更高；(iv)可以生產(chǎn)低成本的高強(qiáng)度等級(jí)。連續(xù)退火線的缺點(diǎn)是需要巨大的投資成本，并且由于存在不同的部分（加熱、冷卻、二次冷卻、超齡和最終冷卻）而具有重要的長(zhǎng)度。此外，連續(xù)退火線的靈活性較差，因?yàn)楦淖兘?過(guò)度老化的溫度需要很長(zhǎng)的過(guò)渡時(shí)間，導(dǎo)致重要的屈服損失。

高強(qiáng)度冷軋板由于其高承重能力而變得越來(lái)越重要。板材的強(qiáng)度可以通過(guò)修改化學(xué)成分和/或選擇不同的退火周期來(lái)提高，但這些方法會(huì)導(dǎo)致延展性下降。通過(guò)傳統(tǒng)技術(shù)生產(chǎn)的普通碳鋼，可以在僅導(dǎo)致恢復(fù)或部分再結(jié)晶的條件下進(jìn)行批量退火或連續(xù)退火。這種類型的典型批量退火循環(huán)使用425攝氏度至480攝氏度的浸泡溫度和各種浸泡時(shí)間。

含有鈮、釩和鈦等合金元素的高強(qiáng)度低合金（HSLA）鋼也可以作為冷軋鋼種生產(chǎn)。額外的合金化產(chǎn)生了更強(qiáng)的熱軋鋼，通過(guò)冷軋，其強(qiáng)度甚至更高。冷軋HSLA鋼可以通過(guò)恢復(fù)性退火來(lái)生產(chǎn)更高的強(qiáng)度等級(jí)，或者通過(guò)再結(jié)晶退火來(lái)生產(chǎn)更低的強(qiáng)度等級(jí)。冷軋HSLA鋼的成功生產(chǎn)需要選擇適當(dāng)?shù)匿摬某煞趾蜔彳垙?qiáng)度組合、冷減量和退火循環(huán)類型。

另一個(gè)系列的高強(qiáng)度板材鋼是雙相（DP）鋼。這些鋼通常在臨界范圍內(nèi)進(jìn)行短時(shí)間的退火（通常少于5分鐘），然后快速冷卻。由此產(chǎn)生的微觀結(jié)構(gòu)是在鐵素體的基體中按體積計(jì)算有10%到20%的馬氏體。連續(xù)退火工藝是生產(chǎn)DP板級(jí)的理想選擇。DP鋼的獨(dú)特之處在于它們通過(guò)連續(xù)的屈服行為變形，因?yàn)轳R氏體在塑性變形過(guò)程中是一個(gè)連續(xù)的位錯(cuò)來(lái)源。

大多數(shù)其他低碳鋼在變形時(shí)顯示出屈服點(diǎn)，需要經(jīng)過(guò)去皮或回火軋制來(lái)提供連續(xù)屈服行為的位錯(cuò)源。顯示屈服點(diǎn)的鋼在許多成型操作中是不可取的，因?yàn)闀?huì)形成盧德斯帶，使表面有瑕疵。

熱浸鍍鋅產(chǎn)品是在加工預(yù)退火（批量退火）或全硬鋼卷的生產(chǎn)線上生產(chǎn)的。加工全硬鋼卷的生產(chǎn)線具有在線退火能力，這樣退火和熱浸鍍鋅就可以在生產(chǎn)線上一次完成。這種在線退火，就像無(wú)涂層鋼的連續(xù)退火一樣，通常比批量退火的強(qiáng)度略高，延展性略低。對(duì)于商業(yè)質(zhì)量的鋼來(lái)說(shuō)，最高溫度低于Ac1溫度，但對(duì)于拉絲質(zhì)量的特殊殺傷等級(jí)，則需要超過(guò)845攝氏度的溫度。對(duì)預(yù)退火鋼進(jìn)行鍍鋅處理后，其性能與未鍍鋅的鋼的性能相似。