Cr13型馬氏體熱軋不銹鋼退火酸洗生產探討

李 鋒，孟帥捷

(山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東 萊蕪 271100)

Cr13型馬氏體不銹鋼含碳量中低，常見鋼種包括12Cr13、20Cr13、30Cr13等。馬氏體不銹鋼一般在淬火回火處理后使用，有較高的強度、硬度和淬透性，在退火狀態下具有較好的切削加工性能，主要用于制造要求耐腐蝕、高強度、耐磨的零件及量具、醫療器具、刃具、構件等。為了優化產品結構、拓展市場，不銹鋼軋鋼廠利用現有設備，采用全氫罩式退火+連續酸洗工藝，通過對全氫罩式退火及酸洗生產工序的優化改進，成功開發生產出了Cr13型馬氏體不銹鋼酸洗白皮卷。所生產的產品，質量性能指標符合標準要求，關鍵質量控制措施有效。

1 工藝設備簡介

不銹鋼軋鋼廠目前擁有完整先進的爐卷生產線、罩式退火生產線和連續退火酸洗生產線各一條。其中不銹鋼全氫罩式退火爐為德國LOI工業爐公司設計制造，工藝技術先進，一期年產量6萬噸。酸洗系統為國內自主研發制造的連續退火酸洗線，年產60萬噸不銹鋼白皮卷。圖1為Cr13型馬氏體不銹鋼酸洗白皮卷生產工藝流程。

2 全氫罩式退火工藝

熱軋的帶鋼會發生塑性變形，各晶粒順著軋制方向伸長，壓扁，破碎，在晶界形成大量位錯，晶格變形，導致加工硬化。對于Cr13型不銹鋼來說，熱軋后在冷卻過程中組織發生馬氏體相變，常溫下得到全部或部分的馬氏體組織。

對馬氏體鋼種的罩式退火處理來講，其目的是降低帶鋼的硬度，便于下游制品加工。因此采用罩式退火爐將鋼帶加熱到馬氏體相變點以上，經過長時間保溫和緩慢冷卻，以消除軋制內應力和加工硬化，使被拉長的晶粒變為等軸晶粒，獲得良好的冷加工性能。馬氏體組織也分解為鐵素體組織+較均勻、細小的碳化物，帶鋼變軟，利于后續加工。圖2為Cr13型馬氏體不銹鋼罩式退火曲線。

1.爐卷線生產的合格黑皮卷；2.全氫罩式爐；3.開卷機；4.矯直機；5.切頭尾剪；6.MIG焊機；7.活套；8.連續退火爐(空過)；9.破鱗機；10.拋丸機；11.酸洗系統；12.平整機；13.活套；14.分切剪；15.卷取機圖1 Cr13型馬氏體不銹鋼酸洗白皮卷生產工藝

圖2 Cr13型不銹鋼罩式退火工藝

將Cr13型熱軋鋼帶緩慢冷卻到室溫或冷卻到200～260 ℃熱裝入罩式爐，裝爐后快速加熱到440～450 ℃，爐溫達到450 ℃后以小于50 ℃/h的速度均勻加熱到(850±5)℃保溫14～17 h，帶加熱罩冷卻至(750±5)℃保溫4～6 h，隨后繼續帶加熱罩冷卻至550 ℃，要求時間大于6 h，換冷卻罩強制冷卻，當溫度達到160 ℃后出爐自然冷卻。

因此，對馬氏體黑皮卷的罩式退火關鍵控制包括：(1)緩慢升溫至最高溫度；(2)控制好保溫溫度；(3)確保保溫時間；(4)控制好冷卻速度。其中帶加熱罩冷卻至(750±5)℃保溫4～6 h有利于溶質元素的擴散，改善熱軋后的帶狀組織，提高后續的淬火和回火力學性能。

3 連續酸洗工藝

不銹鋼酸洗的目的主要是去除鋼帶表面的氧化皮并產生鈍化效果，以提高不銹鋼的外觀和耐蝕性，并為后序加工提供便利。在連續酸洗線上，Cr13型馬氏體鋼帶的頭尾連接依靠MIG氬弧焊機焊接完成，焊接完成后的鋼帶采用機械除鱗和化學除鱗的方法進行表面處理，機械除鱗可使鋼帶表面氧化皮疏松良好，氧化鐵皮去除率達75%以上，且清除均勻，化學除鱗則除去鋼帶表面剩余氧化皮，并起到鈍化作用。

3.1 機械除鱗過程控制

機械除鱗設備主要為破鱗機和拋丸機，其除鱗程度對于整個酸洗過程的控制影響巨大。如果破鱗機和拋丸機的除鱗程度達不到要求，則很難通過一次性酸洗生產出合格的白皮卷，同時會造成酸液鐵離子濃度升高，增加廢酸排放量。為保證除鱗效果，對于厚度不大于6 mm的熱軋鋼帶，應根據鋼帶厚度適當調整破鱗機壓下量及鋼帶張力，控制彎曲輥壓下量不大于80 mm，矯直輥壓下量不大于85 mm，出口張力大于380 kN，使鋼帶延伸率大于0.5%。拋丸機磨料使用切絲鋼丸，粒徑0.4～0.5 mm，硬度大于42 HRC。生產過程中，拋丸機開啟16個拋頭對鋼帶上下表面進行打擊除鱗。由于拋丸機是通過葉輪的旋轉將鋼丸高速拋出后沖擊到帶鋼表面，以達到去除帶鋼表面氧化皮的目的，因此，較高的下砂量和拋頭轉速對除鱗效果是有利的，但如果下砂量和拋頭轉速過大會造成鋼帶表面粗糙度增加，因此應合理設置運行參數，拋頭電流一般控制到(120±10) A。

3.2 化學除鱗過程控制

化學除鱗主要包括硫酸酸洗和混酸(硝酸+氫氟酸)酸洗。在鉻含量相當的不銹鋼中,一般奧氏體鋼耐蝕性最好,鐵素體次之,馬氏體最差[1]，退火狀態下的馬氏體不銹鋼的力學性能也很低,耐蝕性能不高，所以整個酸洗過程控制更為重要，尤其要控制氫氟酸的使用。對于Cr13型馬氏體不銹鋼的酸洗，一般采用輕酸洗的方法進行，即硫酸的濃度和氫氟酸的濃度要按下限控制，輕酸洗可防止出現色差、過酸洗、表面粗糙等缺陷而造成的重洗及降級品的出現。影響酸洗過程的主要因素有酸的濃度、溫度及酸液的金屬離子濃度。酸洗段工藝控制如表1所示。

為保證經過破鱗機及拋丸機后附著在鋼帶表面的氧化皮徹底清除，酸洗后鋼帶表面色澤均勻、無色差，刷洗機組的運行狀態非常重要。生產過程中刷輥電流一般控制在30～50 A，轉速大于800 r/min，為防止出現刷輥印、劃傷等缺陷，刷輥的電流不能過大，應根據生產情況進行調整。同時，擠干輥、刷洗機組的投用也會對酸洗效果產生影響，應做好擠干輥維護清潔，及各級刷洗水的更換工作，確保吹邊空氣干燥，鋼帶烘干溫度不低于120 ℃。

表1 酸洗工藝控制

4 生產效果

4.1 鋼帶外觀及力學性能

經罩式退火和酸洗后的Cr13型馬氏體不銹鋼表面呈銀白色，無過酸洗、氧化皮殘留、色差、劃傷等缺陷，一級品率達到98.6%以上。性能試驗表明其力學性能良好，全部符合相關標準要求，罩式退火及酸洗后的鋼帶力學性能見表2。

4.2 金相組織

經罩式退火后的Cr13型馬氏體不銹鋼金相組織均為鐵素體+球狀碳化物，帶狀組織基本消除，晶粒度均勻，碳化物小而彌散。圖3(a)為20Cr13不銹鋼金相組織，圖3(b)為30Cr13不銹鋼金相組織。

表2 Cr13型馬氏體不銹鋼罩式退火后鋼帶力學性能

(a) (b)圖3 Cr13型馬氏體不銹鋼罩式退火后組織

5 結語

對于12Cr13、20Cr13、30Cr13等Cr13型馬氏體不銹鋼，采用相變點以上的罩式退火溫度，鋼帶硬度較低，加工性能較好，但應該嚴格控制冷卻速度，一般550 ℃以上時，冷卻速度不應超過30 ℃/h。而在機械除鱗和化學除鱗過程中，應加強對拋丸電流和酸洗濃度的管理，確保鋼帶表面粗糙度Ra不大于3.2 um，無色差、氧化皮殘留等缺陷，提高白皮卷的一級品率，為后序生產提供良好的保證。