奥氏体不锈钢不退火直轧工艺研究

2024-01-07伊璞

山西冶金 2023年11期

伊璞

（山西太钢不锈钢股份有限公司制造部，山西太原 030003）

0 引言

304 不锈钢因其具有良好的加工性能和耐腐蚀性能，被广泛应用在石油化工、食品加工、装饰面板和焊管等行业[1-4]。传统的冷轧2B 表面304 不锈钢卷在热连轧经过板坯加热、粗轧、精轧和卷取后，表面的氧化皮尚未去除，此时钢卷表面仍为黑色。为去除表面氧化皮并得到良好的力学性能，还需进行热卷退火酸洗、轧制、冷卷退火酸洗、平整或拉矫等工序。

为了探究热卷退火对不锈钢冷板综合性能的影响，在不锈冷轧厂进行了304 不锈钢不退火直接酸洗轧制工艺（全文简称“直轧”）试验，为现场生产提供数据支撑。

1 试验内容

1.1 试验材料

本试验将200 mm 厚304 不锈钢连铸坯在热连轧产线轧至2 mm，在后续试验各流程均进行取样并检测其性能。为确保试验准确性，在热线对热处理炉进行灭炉，待炉温降至室温时对此钢卷进行试验，经过破鳞、抛丸和酸洗后，再冷轧轧至1.2 mm，最终在冷线退火酸洗。本试验所用304 不锈钢化学成分如表1 所示。

表1 试验用304 不锈钢化学成分

1.2 热线工艺参数

本试验采用热线不退火直接酸洗工艺，热线热处理炉温保持室温，钢卷过线速度为50 m/min，首先将钢卷传送至破鳞辊反复弯折拉伸，延伸率为2%，破鳞的目的是根据铁鳞与带钢的延伸率不同，通过机械弯曲去除钢卷表面的铁鳞。随后钢卷经过抛丸机，将抛丸机转速调整至1 850 r/min，电流为105 A，此操作同样用于铁鳞的去除。最后经过酸洗段对钢卷表面进行预处理（HCl 酸洗）和混酸酸洗（HNO3+HF），具体酸洗参数如表2 所示。

表2 试验用304 不锈钢热线酸洗参数

1.3 轧机及冷线工艺参数

酸洗结束后，需要在轧机上将2 mm 厚钢卷轧至1.2 mm，由于304 不锈钢在冷变形过程中会产生加工硬化，为防止产生开裂，在轧制时需时刻关注轧辊之间压力变化，此试验卷共轧制5 道次。

为了得到最终成品卷，还需进行最后的退火酸洗，此试验卷退火温度为1 100 ℃，速度为75 m/min，经中性盐Na2SO4电解和混酸酸洗使表面钝化，增强不锈钢的耐腐蚀性，最后经过平整便成为了最终的2B 表面。

2 试验结果

在钢卷轧制前、轧制后和冷线退火酸洗后分别进行取样，并对试样进行加工，检测其表面粗糙度、金相组织和力学性能。

2.1 试验卷表面情况

热线酸洗后钢板铁鳞洗净，色泽均匀，无欠酸、过酸现象。轧制后进行冷线退火酸洗后钢板表面如图1所示，发现表面较为粗糙，有白色条纹出现，经粗糙度仪测试Ra为1.981 μm，正常钢卷表面粗糙度Ra值在0.8 μm 以下，粗糙度高会影响对表面要求较高的用户的后续使用。

图1 冷线退火酸洗后表面情况

2.2 金相组织观察

将最终退火酸洗后的钢卷经剪切机剪成尺寸为10 mm×10 mm×1.2 mm，在金相镶嵌机上对试样进行镶嵌，经过粗磨、精磨、抛光和侵蚀等工序，在金相显微镜下对试样横截面进行观察。图2 和图3 分别为试验卷和正常工艺生产的304 不锈钢金相组织，发现试验卷中部尚有部分晶粒未回复，仍存在带状组织，晶粒度评级为7.5 级，与正常生产工艺一致。

图2 试验卷金相组织

图3 正常工艺生产卷金相组织

2.3 力学性能

表3 是试验卷和正常卷的力学性能对比，由表3可知，当在热线不退火时，钢卷屈服强度和抗拉强度分别为522 MPa 和803 MPa，但当厚度轧至1.2 mm时，变形量达到40%，由于304 不锈钢在冷变形过程中会发生加工硬化[5]，并产生形变马氏体，变形量越大，产生的形变马氏体量也越多，此时材料的强度和硬度也随着升高，延伸率显著下降[6]，以至于轧制后屈服强度和抗拉强度分别变为1 096 MPa 和1 308 MPa，延伸率也降至6%。在冷线进行退火酸洗后，由于在高温下碳化物都熔入奥氏体组织中，通过回复再结晶消除加工硬化，经快速冷却（水冷）后，碳及其他合金元素来不及析出便得到了室温单相奥氏体组织，屈服强度和抗拉强度也相应降低，延伸率升高，使得材料有良好的冷加工性能。试验卷力学性能均符合标准，同正常卷力学性能差异不大，说明热线不退火直轧工艺对后续冷卷性能影响较小。