冷軋不銹鋼退火酸洗線的幾種工藝

陳新旺(廣西柳鋼中金不銹鋼有限公司，廣西 玉林 537624)

0 引言

在冷軋退火爐的退火過程中，不銹鋼冷軋過程使鋼板表面產生的殘留物和油脂仍是最大的影響，當前國內很多企業雖已采用脫脂機組，但效果仍不理想，嚴重制約了后續工序的加工制造，若想切實解決這一問題，必須對退火爐的燃燒氣氛、爐內壓力和保護氣體進行嚴格控制。在不銹鋼的固溶處理時，合金元素的氧化問題嚴重影響了帶鋼的表面光亮度。特別是鉻的氧化使帶鋼表面脫鉻，會嚴重降低不銹鋼的耐蝕性。所以必須對此采取工藝控制，需根據不同合金元素比例采取不同的退火工藝來實現質量的控制。

1 冷軋不銹鋼退火酸洗線的特點

不銹鋼經冷軋成薄板后大大提升再加工能力，但經冷軋變形后的不銹鋼內部晶粒被拉長、出現晶粒破碎和晶體缺陷的問題，導致不銹鋼內部自由能升高，處于不穩定狀況。須經過退火處理將帶鋼加熱到一定溫度，使原子取得足夠的分散動能，消除晶格畸變，使破碎晶粒重新結合而再次恢復平衡。為了在退火加熱過程中能有效的去除帶鋼表面殘留物而又不被高溫氧化，必須采用氣體進行保護。目前行業中主要采用氫氣作為保護氣體，由于氫氣是一種強還原劑，同時也具有密度小、導熱率高的特性，故在冷軋不銹鋼退火處理時，爐內的保護氣體越純、濃度越高，退火后的帶鋼表面也就越清潔光亮。但由于氫氣的易爆炸，目前行業中普遍采取氨分解氣，導致了保護氣體在純度上的可變因素較大，這就需要在設備的設計和使用過程中更多去從氣密性上控制，確保保護氣體的濃度達到要求，達到再結晶光亮退火的目的。

由于退火過程中發生表面灰暗或發黑的鋼卷不能達到再加工要求，需采用酸洗線進行再處理，利用酸的強氧化性，使帶鋼通過流水線的形式在酸洗線中去除氧化鐵和殘留物，從而得到光亮的不銹鋼產品。但酸洗這一處理工藝流程只能作為輔助處理措施，如果大批量的進行再處理，將直接給企業帶來成本及節能環保壓力。因此應推進退火工藝優化，不斷提升產品質量。要求不銹鋼退火酸洗工藝做到低成本、低排放、節能環保，在提高產量的基礎上減少消耗，使工藝應用能夠滿足我國發展建設的實際需求。

2 冷軋不銹鋼退火的原則

2.1 預、加熱制度制定原則

冷軋不銹鋼在加熱過程中將按一定的升溫速度加熱不銹鋼到1 050～1 120 ℃左右，其顯微組織將發生相變或部分相變，馬氏體將轉變為奧氏體。整個退火爐分為三段式，入口段為輻射預熱段，主要是利用加熱段產生的高溫尾氣熱量使帶鋼在進入直燃式加熱段之前預熱到450 ℃左右，這樣能有效的利用剩余熱能，節約能源成本。根據200系和300系不銹鋼合金成分的不同，當預熱溫度達到300～500 ℃時能更好的消除材料內部因冷軋變性后產生的應力，但預熱溫度也不應過高，當溫度超過600 ℃時會加速帶鋼的氧化，同時碳化鉻的析出使帶鋼再結晶時出現貧鉻導致成品質量的下降。

帶鋼在經過預熱段消除應力后采取急速升溫的方式，使帶鋼在20 s的時間內加熱至1 050～1 100 ℃，可使沉積于晶界的碳化物重新溶解到奧氏體晶粒中，當溫度高于1 000 ℃時，不銹鋼內部破壞組織將恢復和小部分晶粒的再結晶，其屈服強度和硬度隨退火溫度的上升而下降；在1 050 ℃以上退火處理時再結晶組織和性能將達到最佳。低于1 050 ℃退火進行的將不完全，高于1 100 ℃產品表面會被逐漸破壞。不銹鋼經過1 100 ℃退火處理時內部晶粒度檢測結果如圖1所示。

圖1 不銹鋼經過1 100 ℃退火處理時內部晶粒度檢測結果

2.2 冷卻制度制定原則

帶鋼達到目標溫度后，隨即進入冷卻段進行冷卻，冷卻段是帶鋼產生缺陷較為密集的地點，在控制上除了合理設定壓力和帶鋼張力以避免擦劃傷外，還應控制好帶鋼的冷卻速率，否則會發生碳化物析出，影響材料性能。但冷卻速率也不宜過大，否則容易引起冷卻皺紋等缺陷。在通常的處理溫度下，從室溫向高溫的加熱過程中，雖然在500～800 ℃區間發生氧化，但在達到處理溫度時很快被還原，只有在處理后的冷卻過程中所發生的氧化再不能還原。因此快速強化冷卻是極其重要的。在800 ℃ 以下冷卻速度應在 20 ℃/s左右，冷卻方法采用保護氣體直接噴吹到處理鋼帶的表面是帶鋼急速冷卻至常溫。

3 冷軋不銹鋼退火酸洗線的幾種工藝

3.1 傳統酸洗線工藝

傳統的冷軋不銹鋼酸洗工藝主要分為預酸洗和酸洗兩個部分，冷軋帶鋼退火酸洗線上一般不用機械方式進行酸洗前的破鱗處理，由于冷軋帶鋼經退火后表面的氧化物較薄，而且使用機械方式破鱗會影響產品表面的質量。預酸洗階段一般使用濃度在5%左右的稀硫酸使帶鋼表面的部分氧化物進行去除，特別是極難除去的鉻氧化層已基本被疏松甚至被溶解，這就使得后面的混酸處理變得為容易。帶鋼經過預酸洗后，表面的氧化層仍不能有效去除，其復雜而致密的氧化層需要用具有很強侵蝕能力的混酸來處理。混酸一般是由硝酸和氫氟酸按一定比例混合而成，由于氫氟酸的侵蝕能力極強，能深入穿透到氧化層甚至基體內部，因此混酸的濃度不宜過高，否則氟元素會侵入到帶鋼內部產生腐蝕作用。

3.2 無硝酸酸洗工藝

該技術與傳統工藝的區別僅在酸洗段不同，主要是在硫酸中加入氫氟酸組成混合酸洗液，依靠Fe的氧化性誘發氧化鐵皮反應，使酸液透過氧化皮的裂隙，隨后與Cr、Fe反應并產生大量氫氣，最終氧化皮撕裂、脫落。該工藝在實際應用中需要經過預熱-淬水-漂洗-緩解，該技術手段環保性較高，實際應用中產生的有害物較少，可以處理任何鋼種的管材、線材、板材，酸洗過程中只溶解氧化皮，且酸洗效率高、表面質量好，能夠節省化學品消耗。

3.3 Dalnox Bright TM技術

Dalnox Bright能夠降低退火過程中的氧化，避免酸洗處理并減少廢液中和量，在實際應用過程中能夠嚴格控制退火氣氛，在受控氧化氣氛中最初的快速加熱段與氧化形成薄膜，在非氧化氣氛中完成金相轉變。同時該技術在實際應用中能夠避免碳化物析出的冷卻速度，降低環境沖擊和表面鈍化，無論是生產2D產品的表面還是接近于2R的表面，從而節約了設備投資和管理成本。Dalnox Bright TM技術工藝手段日益成熟，實際應用中無需對酸洗段做任何改變，可以進一步降低排放和廢物中和處理的費用，對新建工廠和現有工廠改造中較為常見，提高了產量而獲得盈利，符合時代發展需求[2]。

4 冷軋不銹鋼退火酸洗線的優化方向

4.1 退火溫度制度優化

原冷硬卷的單位卷曲張力均為3.5 kg時，同規格冷硬卷的變形量在50%～80%間，因粘結造成合格率偏低，不變形程度越大，金屬畸變能越高，且隨著生產的逐步進行，退火溫度相應的也應有所提高。如冷軋薄板厚度小于1.0 m時，工藝冷點溫度高將會導致加熱、保溫時間長，此時退火卷的延伸率為46%～49%(標準37%)，在退火時溫度也應較低，再結晶溫度會相對提高，經過性能判定，優化退火工藝制度，并對比其力學性能進行判定，最終縮短退火周期。

4.2 過程氣氛優化

當天然氣和助燃空氣的壓力發生變化時，其他參數會隨著壓力的變化而變化。在優化退火程序的同時，過剩系數K的優化及過程氣氛優化也至關重要，因此需要改變單一氣氛程式的操作方法，采取措施減小燃氣壓力波動范圍，使每爐的氫氣耗量平均減少50～60 m3。同時保護氣體流量與爐內溫度的變化進行調控，保證K值穩定在0.3～0.4間，優化后與原吹掃工藝相比更符合需求。

5 結語

目前國內的冷軋不銹鋼退火酸洗線大部分采用的是傳統工藝路線，但隨著新工藝技術的逐步完善，需要將現代化工藝手段結合實際合理應用，從而在滿足環保要求、經濟要求的基礎上，提高工業生產效率及質量，預計今后無硝酸酸洗技術和Dalnox Bright1藝技術將會得到快速發展。