不銹鋼熱加工中質(zhì)量缺陷控制的研究

王雷

摘要：本文針對(duì)不銹鋼熱加工過(guò)程中常見(jiàn)的質(zhì)量缺陷，以不銹鋼熱加工溫度控制理論為基礎(chǔ)，結(jié)合不銹鋼的高溫力學(xué)性能，研究了不銹鋼在連鑄、加熱、軋鋼和退火等熱加工過(guò)程中質(zhì)量缺陷產(chǎn)生的原因，提出了質(zhì)量缺陷的控制措施，對(duì)于提高不銹鋼產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：不銹鋼；熱加工；缺陷控制

引言

不銹鋼的板帶產(chǎn)品是重要鋼材品種之一，隨著不銹鋼產(chǎn)品在各行業(yè)的應(yīng)用，用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，不但注重產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量，而且對(duì)產(chǎn)品的外觀質(zhì)量也日益重視，但在不銹鋼熱加工過(guò)程中，由于產(chǎn)品質(zhì)量受到高溫、高壓、高速和硬件設(shè)備等因素的影響，使不銹鋼的產(chǎn)品質(zhì)量經(jīng)常出現(xiàn)一些缺陷，不僅影響產(chǎn)品的表面質(zhì)量，而且影響其后續(xù)的加工效果。

1不銹鋼生產(chǎn)中容易產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷

不銹鋼熱加工過(guò)程中的主要質(zhì)量缺陷有邊部裂紋、異物壓入、表面起皺、橘皮缺陷等，其中，邊部裂紋是常見(jiàn)的一種缺陷。研究表明，邊部裂紋與鋼的化學(xué)成分、鑄坯質(zhì)量、軋制工藝、溫度控制、退火工藝、冷卻過(guò)程和加工方式等因素有關(guān)。不銹鋼熱軋中產(chǎn)生的橫向和縱向裂紋如圖1所示。

2不銹鋼熱加工溫度控制的理論基礎(chǔ)

⑴奧氏體不銹鋼：在常溫下以?shī)W氏體組織為主，具有面心立方晶體結(jié)構(gòu)，熱膨脹系數(shù)較大約是碳鋼的1.5倍，導(dǎo)熱系數(shù)較低約是碳鋼的1/3，比電阻較高約是碳鋼的4倍。

⑵鐵素體不銹鋼：在常溫下以鐵素體組織為主，具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)，這類(lèi)不銹鋼一般不含鎳，含鉻量在11%～30%，有時(shí)還含有少量的Mo、Ti、Nb等合金元素，具有導(dǎo)熱系數(shù)較大、膨脹系數(shù)較小、抗氧化性和抗應(yīng)力腐蝕優(yōu)良等特點(diǎn)，但當(dāng)鐵素體不銹鋼加熱到900℃時(shí)其晶粒顯著長(zhǎng)大后，再冷卻至常溫其延伸性和韌性較差，且高溫冷卻過(guò)程中容易產(chǎn)生裂紋。

⑶馬氏體不銹鋼：這種鋼是一種通過(guò)熱處理調(diào)整力學(xué)性能的可硬化不銹鋼，其淬火后硬度較高，但馬氏體鋼對(duì)不同的回火溫度具有不同的強(qiáng)韌性。馬氏體不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)較低，表面高溫影響區(qū)域又硬又脆，一般加熱前需要進(jìn)行預(yù)熱。馬氏體不銹鋼的物理性能和耐腐蝕性能均與含鉻12%-14%的鐵素體不銹鋼接近，由于組織中沒(méi)有游離的鐵素體，其機(jī)械性能一般較高。

3不銹鋼熱加工中溫度控制

3.1不銹鋼連鑄溫度的控制

3.1.1鋼水澆鑄溫度

鋼水的過(guò)熱度越高，連鑄結(jié)晶器內(nèi)生成的坯殼越薄，鑄坯承受外力的能力就越差，在坯殼薄弱處易產(chǎn)生凹陷和裂紋等缺陷，同時(shí)結(jié)晶器內(nèi)鑄坯的收縮量變小，坯殼與結(jié)晶器之間的間隙變小，使保護(hù)渣流人困難，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成保護(hù)渣在局部的堵塞，引起結(jié)晶器內(nèi)傳熱的不均勻，使結(jié)晶器和鑄坯間的渣膜厚度不均勻，坯殼薄弱處的凹陷和縱裂容易產(chǎn)生。因此，不銹鋼在工藝允許的范圍內(nèi)應(yīng)采取低過(guò)熱度進(jìn)行澆鑄，對(duì)于2Crl3鋼種其過(guò)熱度一般為50～60℃。

3.1.2連鑄二冷區(qū)溫度控制

連鑄二冷區(qū)對(duì)鑄坯表面和內(nèi)部的裂紋產(chǎn)生有一定影響，主要影響因素除與澆鑄速度、鋼種、鑄坯尺寸和鑄坯表面粗糙度有關(guān)外，還受到冷卻水的各段流量、平均水滴大小、流速、沖擊角度和潤(rùn)濕效果等因素影響，其控制要點(diǎn)有：Ⅰ）鑄坯空冷時(shí)應(yīng)避免過(guò)大的表面回溫，一般控制二冷區(qū)空冷段鑄坯表面升溫速度不大于l00℃/m，以避免因凝固前沿面的拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋的現(xiàn)象；成FeS、磷化物等低熔點(diǎn)液膜而使晶界脆化，不僅降低了不銹鋼的高溫強(qiáng)度和塑性，而且[S]和[P]含量越高對(duì)其影響越大，從而使不銹鋼連鑄坯容易出現(xiàn)表面的凹陷和裂紋。一般為改善不銹鋼鑄坯表面的質(zhì)量，應(yīng)控制鋼中的[S]含量。圖3示出了鋼液中[S]含量對(duì)凹陷深度和裂紋指數(shù)的影響關(guān)系。

3.2不銹鋼軋制溫度的控制

3.2.1不銹鋼軋制溫度范圍的確定

不銹鋼軋制溫度范圍的確定需要參考鋼的狀態(tài)相圖、塑性圖和變形抗力圖等綜合考慮：①確定不銹鋼加熱溫度的依據(jù)是鋼的狀態(tài)相圖中固相線，鋼加熱中過(guò)熱與過(guò)燒與開(kāi)始熔化的溫度有關(guān)，如果鋼中有組織偏析和非金屬夾雜，都會(huì)造成鋼的熔點(diǎn)溫度降低。因此，鋼的最高加熱溫度應(yīng)比固相線低100～150℃；②不銹鋼的加熱溫度應(yīng)在壓力加工末期使鋼仍能保持一定的塑性。由于奧氏體不銹鋼的塑性較好，在單相奧氏體區(qū)域內(nèi)加工時(shí)變形抗力較小，而且加工后殘余應(yīng)力也較小，不會(huì)出現(xiàn)裂紋等質(zhì)量缺陷，這個(gè)溫度區(qū)域應(yīng)在鐵碳平衡圖AC3以上30～50℃，固相線以下100～150℃的溫度范圍，最后再結(jié)合鋼的終軋溫度及在出爐和熱加工過(guò)程中的熱損失，便可確定鋼的最低加熱溫度。一般鋼的終軋溫度對(duì)其組織和性能影響較大，鋼的終軋溫度越高，晶粒集聚長(zhǎng)大的傾向越大，鋼的機(jī)械性能越低，但鋼的終軋溫度也不能太高，根據(jù)鐵碳相圖最好控制在850～900℃，一般不要超過(guò)950℃，也不要低于800℃；③不銹鋼的合金狀態(tài)圖是選擇加熱溫度的重要依據(jù)。以二元合金狀態(tài)圖為例，固相線決定了鋼的加熱溫度上限，為防止鋼的過(guò)熱和過(guò)燒，鋼的加熱溫度上限應(yīng)比熔點(diǎn)溫度低100～150℃，即相當(dāng)于合金熔點(diǎn)的0.8～0.9倍。鋼的加熱溫度下限應(yīng)由終軋溫度確定，對(duì)于完全固溶狀態(tài)的不銹鋼來(lái)說(shuō)，隨加熱溫度的降低不會(huì)出現(xiàn)固態(tài)相變，終軋溫度一般相當(dāng)于合金熔點(diǎn)的0.6～0.7倍，這樣可保證熱加工所需要的塑性和變形抗力。但也有例外的情況，如某些合金鋼處于單相區(qū)時(shí)脆而硬，其塑性較差，而在兩相區(qū)時(shí)塑性較好，此時(shí)加熱溫度應(yīng)控制在兩相區(qū)；④鋼的塑性圖是確定加熱溫度的主要依據(jù)，它給出了金屬塑性最高的溫度范圍，加熱溫度上限應(yīng)控制在塑性最高的區(qū)域附近。根據(jù)金屬狀態(tài)圖和塑性圖確定鋼的加熱溫度范圍后，還要用變形抗力圖（即變形抗力隨溫度的變化曲線）進(jìn)行校正，以使整個(gè)熱加工過(guò)程中金屬變形抗力最小的溫度范圍進(jìn)行。

結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)不銹鋼熱加工中容易產(chǎn)生的質(zhì)量缺陷，從連鑄、加熱和軋制特性研究入手，深入分析了各種質(zhì)量缺陷的產(chǎn)生原因，并從不銹鋼的連鑄、加熱、軋制和退火等方面分別提出了各種缺陷的控制方法。實(shí)踐證明，不銹鋼熱加工中這些溫度控制措施對(duì)減少產(chǎn)品缺陷和提高質(zhì)量具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：江蘇金橋焊材科技股份有限公司）