奧氏體不銹鋼不退火直軋工藝研究

伊 璞

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司制造部，山西 太原 030003）

0 引言

304 不銹鋼因其具有良好的加工性能和耐腐蝕性能，被廣泛應(yīng)用在石油化工、食品加工、裝飾面板和焊管等行業(yè)[1-4]。傳統(tǒng)的冷軋2B 表面304 不銹鋼卷在熱連軋經(jīng)過板坯加熱、粗軋、精軋和卷取后，表面的氧化皮尚未去除，此時鋼卷表面仍為黑色。為去除表面氧化皮并得到良好的力學(xué)性能，還需進(jìn)行熱卷退火酸洗、軋制、冷卷退火酸洗、平整或拉矯等工序。

為了探究熱卷退火對不銹鋼冷板綜合性能的影響，在不銹冷軋廠進(jìn)行了304 不銹鋼不退火直接酸洗軋制工藝（全文簡稱“直軋”）試驗(yàn)，為現(xiàn)場生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)將200 mm 厚304 不銹鋼連鑄坯在熱連軋產(chǎn)線軋至2 mm，在后續(xù)試驗(yàn)各流程均進(jìn)行取樣并檢測其性能。為確保試驗(yàn)準(zhǔn)確性，在熱線對熱處理爐進(jìn)行滅爐，待爐溫降至室溫時對此鋼卷進(jìn)行試驗(yàn)，經(jīng)過破鱗、拋丸和酸洗后，再冷軋軋至1.2 mm，最終在冷線退火酸洗。本試驗(yàn)所用304 不銹鋼化學(xué)成分如表1 所示。

表1 試驗(yàn)用304 不銹鋼化學(xué)成分

1.2 熱線工藝參數(shù)

本試驗(yàn)采用熱線不退火直接酸洗工藝，熱線熱處理爐溫保持室溫，鋼卷過線速度為50 m/min，首先將鋼卷傳送至破鱗輥反復(fù)彎折拉伸，延伸率為2%，破鱗的目的是根據(jù)鐵鱗與帶鋼的延伸率不同，通過機(jī)械彎曲去除鋼卷表面的鐵鱗。隨后鋼卷經(jīng)過拋丸機(jī)，將拋丸機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整至1 850 r/min，電流為105 A，此操作同樣用于鐵鱗的去除。最后經(jīng)過酸洗段對鋼卷表面進(jìn)行預(yù)處理（HCl 酸洗）和混酸酸洗（HNO3+HF），具體酸洗參數(shù)如表2 所示。

表2 試驗(yàn)用304 不銹鋼熱線酸洗參數(shù)

1.3 軋機(jī)及冷線工藝參數(shù)

酸洗結(jié)束后，需要在軋機(jī)上將2 mm 厚鋼卷軋至1.2 mm，由于304 不銹鋼在冷變形過程中會產(chǎn)生加工硬化，為防止產(chǎn)生開裂，在軋制時需時刻關(guān)注軋輥之間壓力變化，此試驗(yàn)卷共軋制5 道次。

為了得到最終成品卷，還需進(jìn)行最后的退火酸洗，此試驗(yàn)卷退火溫度為1 100 ℃，速度為75 m/min，經(jīng)中性鹽Na2SO4電解和混酸酸洗使表面鈍化，增強(qiáng)不銹鋼的耐腐蝕性，最后經(jīng)過平整便成為了最終的2B 表面。

2 試驗(yàn)結(jié)果

在鋼卷軋制前、軋制后和冷線退火酸洗后分別進(jìn)行取樣，并對試樣進(jìn)行加工，檢測其表面粗糙度、金相組織和力學(xué)性能。

2.1 試驗(yàn)卷表面情況

熱線酸洗后鋼板鐵鱗洗凈，色澤均勻，無欠酸、過酸現(xiàn)象。軋制后進(jìn)行冷線退火酸洗后鋼板表面如圖1所示，發(fā)現(xiàn)表面較為粗糙，有白色條紋出現(xiàn)，經(jīng)粗糙度儀測試Ra為1.981 μm，正常鋼卷表面粗糙度Ra值在0.8 μm 以下，粗糙度高會影響對表面要求較高的用戶的后續(xù)使用。

圖1 冷線退火酸洗后表面情況

2.2 金相組織觀察

將最終退火酸洗后的鋼卷經(jīng)剪切機(jī)剪成尺寸為10 mm×10 mm×1.2 mm，在金相鑲嵌機(jī)上對試樣進(jìn)行鑲嵌，經(jīng)過粗磨、精磨、拋光和侵蝕等工序，在金相顯微鏡下對試樣橫截面進(jìn)行觀察。圖2 和圖3 分別為試驗(yàn)卷和正常工藝生產(chǎn)的304 不銹鋼金相組織，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)卷中部尚有部分晶粒未回復(fù)，仍存在帶狀組織，晶粒度評級為7.5 級，與正常生產(chǎn)工藝一致。

圖2 試驗(yàn)卷金相組織

圖3 正常工藝生產(chǎn)卷金相組織

2.3 力學(xué)性能

表3 是試驗(yàn)卷和正常卷的力學(xué)性能對比，由表3可知，當(dāng)在熱線不退火時，鋼卷屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別為522 MPa 和803 MPa，但當(dāng)厚度軋至1.2 mm時，變形量達(dá)到40%，由于304 不銹鋼在冷變形過程中會發(fā)生加工硬化[5]，并產(chǎn)生形變馬氏體，變形量越大，產(chǎn)生的形變馬氏體量也越多，此時材料的強(qiáng)度和硬度也隨著升高，延伸率顯著下降[6]，以至于軋制后屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別變?yōu)? 096 MPa 和1 308 MPa，延伸率也降至6%。在冷線進(jìn)行退火酸洗后，由于在高溫下碳化物都熔入奧氏體組織中，通過回復(fù)再結(jié)晶消除加工硬化，經(jīng)快速冷卻（水冷）后，碳及其他合金元素來不及析出便得到了室溫單相奧氏體組織，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度也相應(yīng)降低，延伸率升高，使得材料有良好的冷加工性能。試驗(yàn)卷力學(xué)性能均符合標(biāo)準(zhǔn)，同正常卷力學(xué)性能差異不大，說明熱線不退火直軋工藝對后續(xù)冷卷性能影響較小。

表3 試驗(yàn)卷和正常卷力學(xué)性能對比

3 結(jié)論

1）熱線酸洗后鋼卷表面鐵鱗洗凈，色澤均勻，無欠酸、過酸現(xiàn)象，與常規(guī)工藝表面一致。

2）試驗(yàn)卷最終成品的金相組織晶粒度及力學(xué)性能良好，與常規(guī)2B 表面性能相差不大，均符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

3）通過對軋機(jī)軋制速度、道次和壓下率進(jìn)行調(diào)整，在防止材料開裂的情況下，熱線不退火直接軋制工藝試驗(yàn)可行，但試驗(yàn)卷表面粗糙度較高，且軋制過程中對操作、工藝和設(shè)備要求較高，加工硬化嚴(yán)重，很容易對設(shè)備造成停機(jī)或損壞，繼而影響生產(chǎn)效率。