Cr13型马氏体热轧不锈钢退火酸洗生产探讨

李 锋，孟帅捷

(山东泰山钢铁集团有限公司，山东 莱芜 271100)

Cr13型马氏体不锈钢含碳量中低，常见钢种包括12Cr13、20Cr13、30Cr13等。马氏体不锈钢一般在淬火回火处理后使用，有较高的强度、硬度和淬透性，在退火状态下具有较好的切削加工性能，主要用于制造要求耐腐蚀、高强度、耐磨的零件及量具、医疗器具、刃具、构件等。为了优化产品结构、拓展市场，不锈钢轧钢厂利用现有设备，采用全氢罩式退火+连续酸洗工艺，通过对全氢罩式退火及酸洗生产工序的优化改进，成功开发生产出了Cr13型马氏体不锈钢酸洗白皮卷。所生产的产品，质量性能指标符合标准要求，关键质量控制措施有效。

1 工艺设备简介

不锈钢轧钢厂目前拥有完整先进的炉卷生产线、罩式退火生产线和连续退火酸洗生产线各一条。其中不锈钢全氢罩式退火炉为德国LOI工业炉公司设计制造，工艺技术先进，一期年产量6万吨。酸洗系统为国内自主研发制造的连续退火酸洗线，年产60万吨不锈钢白皮卷。图1为Cr13型马氏体不锈钢酸洗白皮卷生产工艺流程。

2 全氢罩式退火工艺

热轧的带钢会发生塑性变形，各晶粒顺着轧制方向伸长，压扁，破碎，在晶界形成大量位错，晶格变形，导致加工硬化。对于Cr13型不锈钢来说，热轧后在冷却过程中组织发生马氏体相变，常温下得到全部或部分的马氏体组织。

对马氏体钢种的罩式退火处理来讲，其目的是降低带钢的硬度，便于下游制品加工。因此采用罩式退火炉将钢带加热到马氏体相变点以上，经过长时间保温和缓慢冷却，以消除轧制内应力和加工硬化，使被拉长的晶粒变为等轴晶粒，获得良好的冷加工性能。马氏体组织也分解为铁素体组织+较均匀、细小的碳化物，带钢变软，利于后续加工。图2为Cr13型马氏体不锈钢罩式退火曲线。

1.炉卷线生产的合格黑皮卷；2.全氢罩式炉；3.开卷机；4.矫直机；5.切头尾剪；6.MIG焊机；7.活套；8.连续退火炉(空过)；9.破鳞机；10.抛丸机；11.酸洗系统；12.平整机；13.活套；14.分切剪；15.卷取机图1 Cr13型马氏体不锈钢酸洗白皮卷生产工艺

图2 Cr13型不锈钢罩式退火工艺

将Cr13型热轧钢带缓慢冷却到室温或冷却到200～260 ℃热装入罩式炉，装炉后快速加热到440～450 ℃，炉温达到450 ℃后以小于50 ℃/h的速度均匀加热到(850±5)℃保温14～17 h，带加热罩冷却至(750±5)℃保温4～6 h，随后继续带加热罩冷却至550 ℃，要求时间大于6 h，换冷却罩强制冷却，当温度达到160 ℃后出炉自然冷却。

因此，对马氏体黑皮卷的罩式退火关键控制包括：(1)缓慢升温至最高温度；(2)控制好保温温度；(3)确保保温时间；(4)控制好冷却速度。其中带加热罩冷却至(750±5)℃保温4～6 h有利于溶质元素的扩散，改善热轧后的带状组织，提高后续的淬火和回火力学性能。

3 连续酸洗工艺

不锈钢酸洗的目的主要是去除钢带表面的氧化皮并产生钝化效果，以提高不锈钢的外观和耐蚀性，并为后序加工提供便利。在连续酸洗线上，Cr13型马氏体钢带的头尾连接依靠MIG氩弧焊机焊接完成，焊接完成后的钢带采用机械除鳞和化学除鳞的方法进行表面处理，机械除鳞可使钢带表面氧化皮疏松良好，氧化铁皮去除率达75%以上，且清除均匀，化学除鳞则除去钢带表面剩余氧化皮，并起到钝化作用。

3.1 机械除鳞过程控制

机械除鳞设备主要为破鳞机和抛丸机，其除鳞程度对于整个酸洗过程的控制影响巨大。如果破鳞机和抛丸机的除鳞程度达不到要求，则很难通过一次性酸洗生产出合格的白皮卷，同时会造成酸液铁离子浓度升高，增加废酸排放量。为保证除鳞效果，对于厚度不大于6 mm的热轧钢带，应根据钢带厚度适当调整破鳞机压下量及钢带张力，控制弯曲辊压下量不大于80 mm，矫直辊压下量不大于85 mm，出口张力大于380 kN，使钢带延伸率大于0.5%。抛丸机磨料使用切丝钢丸，粒径0.4～0.5 mm，硬度大于42 HRC。生产过程中，抛丸机开启16个抛头对钢带上下表面进行打击除鳞。由于抛丸机是通过叶轮的旋转将钢丸高速抛出后冲击到带钢表面，以达到去除带钢表面氧化皮的目的，因此，较高的下砂量和抛头转速对除鳞效果是有利的，但如果下砂量和抛头转速过大会造成钢带表面粗糙度增加，因此应合理设置运行参数，抛头电流一般控制到(120±10) A。

3.2 化学除鳞过程控制

化学除鳞主要包括硫酸酸洗和混酸(硝酸+氢氟酸)酸洗。在铬含量相当的不锈钢中,一般奥氏体钢耐蚀性最好,铁素体次之,马氏体最差[1]，退火状态下的马氏体不锈钢的力学性能也很低,耐蚀性能不高，所以整个酸洗过程控制更为重要，尤其要控制氢氟酸的使用。对于Cr13型马氏体不锈钢的酸洗，一般采用轻酸洗的方法进行，即硫酸的浓度和氢氟酸的浓度要按下限控制，轻酸洗可防止出现色差、过酸洗、表面粗糙等缺陷而造成的重洗及降级品的出现。影响酸洗过程的主要因素有酸的浓度、温度及酸液的金属离子浓度。酸洗段工艺控制如表1所示。

为保证经过破鳞机及抛丸机后附着在钢带表面的氧化皮彻底清除，酸洗后钢带表面色泽均匀、无色差，刷洗机组的运行状态非常重要。生产过程中刷辊电流一般控制在30～50 A，转速大于800 r/min，为防止出现刷辊印、划伤等缺陷，刷辊的电流不能过大，应根据生产情况进行调整。同时，挤干辊、刷洗机组的投用也会对酸洗效果产生影响，应做好挤干辊维护清洁，及各级刷洗水的更换工作，确保吹边空气干燥，钢带烘干温度不低于120 ℃。

表1 酸洗工艺控制

4 生产效果

4.1 钢带外观及力学性能

经罩式退火和酸洗后的Cr13型马氏体不锈钢表面呈银白色，无过酸洗、氧化皮残留、色差、划伤等缺陷，一级品率达到98.6%以上。性能试验表明其力学性能良好，全部符合相关标准要求，罩式退火及酸洗后的钢带力学性能见表2。

4.2 金相组织

经罩式退火后的Cr13型马氏体不锈钢金相组织均为铁素体+球状碳化物，带状组织基本消除，晶粒度均匀，碳化物小而弥散。图3(a)为20Cr13不锈钢金相组织，图3(b)为30Cr13不锈钢金相组织。

表2 Cr13型马氏体不锈钢罩式退火后钢带力学性能

(a) (b)图3 Cr13型马氏体不锈钢罩式退火后组织

5 结语

对于12Cr13、20Cr13、30Cr13等Cr13型马氏体不锈钢，采用相变点以上的罩式退火温度，钢带硬度较低，加工性能较好，但应该严格控制冷却速度，一般550 ℃以上时，冷却速度不应超过30 ℃/h。而在机械除鳞和化学除鳞过程中，应加强对抛丸电流和酸洗浓度的管理，确保钢带表面粗糙度Ra不大于3.2 um，无色差、氧化皮残留等缺陷，提高白皮卷的一级品率，为后序生产提供良好的保证。