奥氏体不锈钢中厚板加热工艺优化

刘国良，郭营利

（酒泉钢铁集团宏兴股份有限公司，甘肃嘉峪关 735100）

生产技术

奥氏体不锈钢中厚板加热工艺优化

刘国良，郭营利

（酒泉钢铁集团宏兴股份有限公司，甘肃嘉峪关 735100）

介绍了采用空气、煤气双蓄热式加热炉生产奥氏体不锈钢中厚板的加热工艺制度，通过对加热温度、加热制度、炉内空燃比、残氧量、板坯在炉时间的调整优化，解决了由于不锈钢自身特性及加热制度不合理导致的不锈钢表面裂纹、色差等质量缺陷。

奥氏体不锈钢；加热工艺；空燃比；表面裂纹；色差

1 前言

酒钢天风不锈钢酸洗分厂2009年投产，计划年不锈钢酸洗量为20万t。2011年开始，酒钢中板作业区年不锈钢中厚板平均生产量为1.5万t，无论是不锈钢中厚板的生产量，还是品种规格及市场开发均没有达到预期的能力及目标。

不锈钢中厚板产品合格率不高，主要由其自身特性及中板目前的现有设备影响所致。一方面因不锈钢属于高合金强化产品，生产过程中温度敏感性极强，温度区间小，加热过程中温度波动，将会直接导致钢板表面裂纹缺陷，产生废品，对不锈钢最终产品质量造成较大影响；另一方面，中板目前采用的是双蓄热式加热炉，其加热特性及工艺均不成熟。本研究是通过探讨合理的不锈钢中厚板加热工艺，对各加热段温度区间、温度梯度、空燃比、残氧量及在炉时间的优化调整，制定最佳的加热工艺制度，解决不锈钢表面裂纹缺陷及表面色差，提高不锈钢中厚板质量。

2 边部裂纹缺陷

不锈钢坯料经表面打磨后组批，通过加热炉加热工艺的优化，主要是炉内各个加热段温差控制和空燃比的控制，以达到成品钢板表面质量的控制。具体工艺如下：

板坯表面处理—板坯入炉—预热段温度控制—残氧量、空燃比控制—加热段温度控制—残氧量、空燃比控制—均热段温度控制—轧制—控制冷却—精整—下线。

对于不锈钢产品来说，其他缺陷可以通过一定的修磨、再酸洗、改尺、切除等措施得到有效的弥补，将损失量降至最低，而裂纹缺陷对于不锈钢产品，即使是碳钢产品来说，都是致命的，因裂纹缺陷除去切除之外，没有其他可行的弥补措施。如何从冶炼、加热、轧制等环节合理控制裂纹缺陷，是不锈钢中厚板生产的关键，也是不锈钢中厚板产品质量提升的前提条件。

不锈钢中厚板裂纹缺陷主要是在冶炼及轧制环节产生。由于不锈钢属于高合金强化钢种，温度、工艺及过程控制敏感性强，小的控制波动都极有可能导致表面裂纹缺陷。中板轧制过程中不锈钢裂纹产生的主要环节在坯料加热，由于不锈钢合金元素多，导热性差，板坯加热的不均匀或温度波动，都会使局部温度场热量扩散不均匀，导致轧后钢板边部局部出现裂纹缺陷。

3 加热工艺优化

3.1 温度控制

通过实际轧制跟踪分析，对于不锈钢板坯加热来说，预热段的温度控制尤为重要，往往决定了最终的产品质量。预热段加热的主要目的是低温板坯逐渐升温［1］，在此阶段保证缓慢的加热速度，避免加热速度过快造成板坯出现裂纹缺陷。预热段温度一般控制在780～810℃。

加热段主要是将板坯加热到满足轧制及性能控制要求的状态，在此阶段板坯的加热温度尤为关键。温度过高会出现过热、过烧的现象，严重影响轧后钢板质量及性能控制；加热温度低会出现板坯心部与表面温度不均，同样影响产品质量。奥氏体不锈钢变形抗力大，加热不良无法保证轧制塑性。二加热段温度一般控制在980～1 090℃，三加热段温度一般控制在1 230～1 260℃。

均热段主要是调整板坯的加热质量，比如“黑印”、“阴阳面”等加热缺陷，同时保证板坯的开轧温度。均热段温度一般控制在1 230～1 250℃。

3.2 加热速度和在炉时间控制

加热速度过快，在炉时间不足，都会造成坯料表面温度过高，坯料表层α相铁素体数量迅速增加，由于奥氏体与α相铁素体在轧制过程中再结晶速度不一致，两者接受变形的能力不同，α相铁素体的塑性比奥氏体的差，使加工变形困难［2］。当加工变形量较大时，在两相晶粒交界处容易产生裂纹，最终导致热轧裂纹的出现。当保温时间不足时，坯料边部、心部温度不均，就会导致金属塑性急剧变坏。

在炉时间对α铁素体相的影响：保温时间对铁素体相的数量变化影响不明显，而对形态的变化影响很明显。随着保温时间的延长，铁素体由原来的网络状分布转变为尖角状和长条状以及球状的分布。加热保温时，由于合金元素扩散和界面迁移，必然要发生α/γ界面趋于最小的过程，就会出现铁素体从网络状到尖角状到长条状到球粒状的结果，从而降低系统的自由能。因此，适当增加保温时间可使α铁素体相边界趋于圆滑，从而使得钢的热塑性得以提高［3］。

针对奥氏体不锈钢的特点，在炉时间控制在5 h（坯料尺寸220 mm×1 580 mm×2 775 mm），并严格控制轧制节奏，保证加热速率的稳定过渡，达到细化内部组织晶粒的目的，有利于提高产品质量。

3.3 炉内气氛控制

奥氏体不锈钢在加热过程中，必须严格控制炉内气氛，残氧量高、空燃比小使钢板烧损增大，表面生成氧化铁皮不均匀，轧后不锈钢经酸洗会出现表面“色差”［4］。

残氧量低、空燃比大，造成加热过程中生成的氧化铁皮致密，后续轧制除鳞很难完全清除干净，在轧制过程中压入钢板表面，酸洗后压入的氧化铁皮脱落，产生表面压入缺陷。

实践证明，空燃比设定为0.9，综合残氧量控制在3%较为合理。2012、2013年奥氏体不锈钢中厚板轧制统计表明，工艺优化后彻底解决了钢板的边部裂纹缺陷，表面色差得到了明显改善，成材率得到提高。

4 结论

酒钢的生产实践表明，奥氏体不锈钢坯料尺寸为220 mm×1 580 mm×2 775 mm时，预热段温度一般控制在780～810℃，二加热段温度控制为980～1 090℃，三加热段温度控制在1 230～1 260℃，均热段温度控制为1 230～1 250℃，在炉时间约5 h，空燃比设定为0.9，综合残氧量控制在3%，并严格控制轧制节奏，保证加热速率的稳定过渡，以细化内部组织晶粒，有利于提高产品质量。

［1］王秉铨.工业炉设计手册［M］.北京：机械工业出版社，1996：124-127.

［2］庄惟琦,卢斌.奥氏体不锈钢加热工艺研究与实践［J］.宝钢技术，2005（4）：40-43.

［3］权芳民，崔苗.不锈钢板坯加热过程若干问题的研究［J］.工业炉，2006，28（6）：24-26.

［4］陆世英.不锈钢［M］.北京：原子能出版社,1995：439-441.

Optimization of Heating Process for Austenitic Stainless Steel Plate

LIU Guoliang,GUO Yingli
（The Hongxing Co.,Ltd.of Jiuquan Iron and Steel Group,Jiayuguan 735100,China）

This article introduced the heating process system of producing austenitic stainless steel plate by air and gas regenerative furnace.Through the adjustment about heating temperature,heating system,furnace air-fuel ratio,residual oxygen and time slab heating in the furnace,the surface cracks,color and other quality defects which were caused by characteristics of stainless steel and heating system irrational are solved.

austenitic stainless steel plate;heating process;air fuel ratio;surface crack;color defect

TG307

B

1004-4620（2015）02-0018-02

2014-09-02

刘国良，男，1971年生，1993年毕业于上海冶金高等专科学校压力加工专业。现为酒钢集团宏兴钢铁股份公司炼轧厂副总工程师，高级工程师，从事技术质量和中厚板新产品开发等工作。