不銹鋼熱連軋生產(chǎn)線的主要工藝和設(shè)備特點(diǎn)

漆小虎

(二重集團(tuán)(德陽(yáng))重型裝備股份有限公司，四川618000)

通常，不銹鋼是指鉻含量為12%～30%的鐵基耐蝕合金鋼，具有良好的防銹和耐腐蝕的特性。不銹鋼可100%回收再利用，屬于綠色環(huán)保材料。隨著新工藝、新技術(shù)的迅速發(fā)展，不銹鋼生產(chǎn)成本大幅度下降，產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，用途越來(lái)越廣泛。

1 不銹鋼的種類

由于美國(guó)和日本在不銹鋼的發(fā)展過(guò)程中是處于世界領(lǐng)先地位，現(xiàn)行行業(yè)內(nèi)的不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)多以日本和美國(guó)的為藍(lán)本而制定。按照金相組織結(jié)構(gòu)分類，一般情況下，不銹鋼可分為五大系列：馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼[1]。

馬氏體不銹鋼：一般為含Cr 12%～18%、C 0.1%～1.0%，其基體為馬氏體，和普通碳素鋼一樣可以通過(guò)熱處理硬化，具有高強(qiáng)度和高硬度，耐磨性好，但耐蝕性差，不宜在苛刻的條件下使用。

鐵素體不銹鋼：一般為含Cr 12%～30%，C 0.1%以下，其基體為鐵素體，優(yōu)磁性，加熱時(shí)不會(huì)發(fā)生相變，所以不能用熱處理硬化。

奧氏體不銹鋼：一般為含Cr 12%～25%，Ni 8%～30%，其基體組織為奧氏體，無(wú)磁性，加熱時(shí)組織穩(wěn)定，不能淬火強(qiáng)化。

雙相不銹鋼：不銹鋼中含有約50%奧氏體和50%鐵素體。在固溶處理狀態(tài)下使用奧氏體-鐵素體組織。雙相不銹鋼具有比奧氏體不銹鋼更高的耐應(yīng)力腐蝕性，比完全鐵素體不銹鋼具有更高的韌性，目前獲得廣泛的應(yīng)用。

沉淀硬化不銹鋼的成分與奧氏體不銹鋼的成分近似，一般含Cr 12%～28%和Ni 3%～9%，基體為馬氏體或奧氏體，只是含Ni量較低和添加了少量Al、Ti、Cu等元素。經(jīng)強(qiáng)化處理后具有很高的強(qiáng)度和硬度。

2 不銹鋼熱連軋生產(chǎn)的主要工藝和設(shè)備

不銹鋼熱軋生產(chǎn)主要有常規(guī)熱連軋、薄板坯連鑄連軋、爐卷軋機(jī)和中厚板連軋等工藝方案。從國(guó)內(nèi)外來(lái)看，常規(guī)熱連軋機(jī)仍是生產(chǎn)不銹鋼熱軋卷板的主要設(shè)備。

不銹鋼生產(chǎn)的表面質(zhì)量要求十分嚴(yán)格，所以在板坯加熱、運(yùn)輸和軋制過(guò)程中，要防止鋼板表面劃傷；同時(shí)不銹鋼的加工溫度范圍窄、變形抗力大(特別是在低溫段)、加工硬化程度很高(一般是碳素鋼的2～3倍)、對(duì)軋件溫度不均勻敏感，因此，在軋制速度、壓下制度、粗精軋負(fù)荷分配、高壓水除鱗、軋輥冷卻、帶鋼冷卻和帶鋼卷取等工藝設(shè)備方面需要采取相應(yīng)對(duì)策；同時(shí)，在工藝設(shè)備的配置上也必須采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)策略。

2.1 板坯清理

目前，熱連軋不銹帶鋼主要采用連鑄坯，不銹鋼連鑄坯最常見的表面缺陷是縱、橫向裂紋及夾渣。在加熱前需要將這些缺陷清除，目前砂輪修磨技術(shù)發(fā)展非?？?，重負(fù)荷(修磨壓力達(dá)980 MPa)、高速、自動(dòng)化的修磨機(jī)已經(jīng)成為主要的修磨設(shè)備。

表1 日本生產(chǎn)不銹鋼熱連軋生產(chǎn)線主要參數(shù)Table 1 Main parameters of hot continuous rolling production line for stainless steel in Japan

表2 國(guó)內(nèi)生產(chǎn)不銹鋼熱連軋生產(chǎn)線主要參數(shù)Table 2 Main Parameters of Hot Continuous Rolling Production Line for Stainless Steel in China

奧氏體不銹鋼對(duì)裂紋的敏感性較低，可在常溫下修磨；馬氏體和鐵素體在重負(fù)荷修磨時(shí)局部受熱會(huì)產(chǎn)生裂紋，所以應(yīng)在200～500℃修磨。

2.2 板坯加熱

由于不銹鋼的導(dǎo)熱性差，為了保證加熱均勻，加熱時(shí)間比碳素鋼長(zhǎng)1倍。一般奧氏體不銹鋼加熱溫度為1150～1260℃，鐵素體不銹鋼加熱溫度為1100～1180℃，馬氏體不銹鋼加熱溫度為1100～1260℃。在裝爐、加熱和出爐過(guò)程中要避免板坯表面劃傷，因此一般要采用步進(jìn)式加熱爐。

2.3 帶鋼軋制

(1)嚴(yán)格控制軋件精軋溫度，奧氏體不銹鋼終軋溫度不小于920℃，馬氏體和鐵素體不銹鋼一般終軋溫度在850℃左右。

(2)不銹鋼的變形抗力大，加工硬化程度高，所以必須采用高剛度的軋機(jī)，軋機(jī)的軋制壓力和主電機(jī)功率需要加大(相對(duì)于碳素鋼要增大30%～40%)。

(3)粗軋機(jī)和精軋機(jī)的擋水板設(shè)計(jì)可靠，防止冷卻水濺落到軋件上，降低不銹鋼帶鋼的溫度。

(4)不銹鋼在軋制過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的煙塵，為了保證不銹鋼表面質(zhì)量及減少對(duì)環(huán)境的污染，粗軋機(jī)和精軋機(jī)需要設(shè)置煙霧吸風(fēng)除塵裝置。

(5)為防止帶鋼纏輥，精軋機(jī)機(jī)組一般采用鑄鐵輥，適當(dāng)降低軋件溫度，加大軋輥冷卻水。

(6)為了保證板形，需要配置先進(jìn)的板形控制技術(shù)。在精軋機(jī)組中采用設(shè)置液壓彎輥、軋輥橫移或工作輥交叉控制板形的高剛度軋機(jī)，如：CVC、PC軋機(jī)等。液壓彎輥一般采用正彎輥，但對(duì)于要求更高的生產(chǎn)線，在精軋機(jī)機(jī)組F1-F2有采用正負(fù)彎輥的。

2.4 帶鋼卷取

奧氏體不銹鋼卷取完畢后，在鋼卷外表面噴水1 min～2 min，待鋼卷外圈冷卻到一定溫度時(shí)再卸卷，防止散卷。

3 不銹鋼熱連軋生產(chǎn)線的主要性能

目前，國(guó)內(nèi)外熱軋不銹鋼寬帶鋼大多數(shù)是在全連續(xù)式、3/4連續(xù)式或半連續(xù)式熱軋帶鋼線上生產(chǎn)。日本及國(guó)內(nèi)生產(chǎn)不銹鋼熱連軋機(jī)的主要性能分別見表1和表2。

(a)太鋼2250 mm熱連軋生產(chǎn)線

(b)寶鋼1780 mm熱連軋生產(chǎn)線

(c)唐鋼1580 mm熱連軋生產(chǎn)線

(d)日本川崎制鐵2050 mm熱連軋生產(chǎn)線

(e)太原鋼鐵公司1549 mm熱連軋生產(chǎn)線RSB―粗除鱗箱 SP―定寬壓力機(jī) E―立輥軋機(jī) R―粗軋機(jī) CB―熱卷箱 EH―邊部加熱器 CS―切頭飛剪 FSB―精除鱗箱 F1E―精軋機(jī)前小立輥 F―精軋機(jī) DC―地下卷取機(jī)

4 典型不銹鋼熱連軋生產(chǎn)線的工藝配置

4.1 太鋼2250 mm熱連軋

太鋼2250 mm熱連軋生產(chǎn)線，2006年6月投產(chǎn)。主要工藝設(shè)備布置為：RSB+E1R1+CB+EH(預(yù)留)+CS+FSB+F1E+F1-F7+LC+DC1-DC3，如圖1(a)所示。

4.2 蒂森-克虜伯不銹熱軋

原上海寶鋼集團(tuán)第一鋼鐵有限公司在引進(jìn)1780 mm熱連軋生產(chǎn)線的同時(shí)，還引進(jìn)了蒂森-克虜伯不銹熱軋帶鋼生產(chǎn)工藝。投產(chǎn)以來(lái)，在消化吸收的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn)和創(chuàng)新，提高了不銹鋼帶鋼的生產(chǎn)技術(shù)水平，且不銹鋼鋼種也由投產(chǎn)初期的幾個(gè)鋼種發(fā)展到目前包括奧氏體、馬氏體、鐵素體不銹鋼在內(nèi)的20多個(gè)鋼種[7]。2003年12月試生產(chǎn)。主要工藝設(shè)備布置為：RSB+E1R1+ E2R2+CB+CS+FSB+F1E+F1-F7+LC+DC1-DC3，見圖1(b)。

4.3 唐鋼1580 mm不銹鋼生產(chǎn)線

唐鋼1580 mm不銹鋼生產(chǎn)線，2008年建成投產(chǎn)。主要工藝設(shè)備布置為：RSB+E1R1+CB+EH(預(yù)留)+CS+FSB+F1E+F1-F7+LC+DC1-DC2，見圖1(c)。

4.4 日本川崎制鐵2050 mm熱連軋

日本川崎制鐵千葉3號(hào)2050 mm熱連軋生產(chǎn)線，是1995年建成投產(chǎn)的。在該生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)了自由軋制和無(wú)頭軋制等先進(jìn)工藝。主要工藝設(shè)備布置為：RSB+SP+E1R1+E2R2 +E3R3+CB+對(duì)焊機(jī)+修磨機(jī)+FSB+F1-F7+DC1- DC3，見圖1(d)。

4.5 太原鋼鐵公司1549 mm熱連軋

太原鋼鐵公司1549 mm熱連軋生產(chǎn)線是1989年5月從日本日新制鐵吳廠引進(jìn)的20世紀(jì)60年代的二手設(shè)備，2000年開始進(jìn)行現(xiàn)代化改造并于2002年11月完成。改造后的主要工藝設(shè)備布置為：E1R1+CB+F1E+F1-F7+DC1-DC2，見圖1(e)。

上述典型的不銹鋼常規(guī)熱連軋生產(chǎn)線工藝布置都具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1)粗軋機(jī)組和精軋機(jī)組采用緊湊式布置，以便減少中間坯的溫降，因?yàn)樵诓讳P鋼生產(chǎn)中對(duì)軋件的溫度控制非常嚴(yán)格。

(2)中間坯的保溫方式是采用熱卷箱技術(shù)，不僅可以大大縮短粗軋機(jī)組和精軋機(jī)組的距離，而且更有效地減少了中間坯的溫降，使整個(gè)中間坯在全長(zhǎng)范圍內(nèi)的溫度均勻，從而提供產(chǎn)品在長(zhǎng)度方向上的性能均勻性。太鋼1549 mm熱連軋生產(chǎn)線就是采用保溫罩技術(shù)，而新上的2250 mm熱連軋生產(chǎn)線就采用了熱卷箱技術(shù)。

(3)由于不銹鋼生產(chǎn)的變形抗力大，精軋機(jī)一般均采用7機(jī)架。以便獲得合理的軋制壓力分配和更高的生產(chǎn)效率。

(4)為防止邊裂，在精軋機(jī)組前均配置有邊部加熱器或預(yù)留有邊部加熱器。在精軋機(jī)組前一般均設(shè)有小立輥裝置。

(5)在不銹帶鋼軋制中，有精確的軋線冷卻水和帶鋼冷卻控制系統(tǒng)。軋線嚴(yán)格控制粗精軋區(qū)的輥道冷卻水，合理安排軋制過(guò)程中高壓水除鱗的次數(shù)。保證帶鋼的表面質(zhì)量和在最佳溫度區(qū)內(nèi)完成變形。

(6)為了在生產(chǎn)工序中直接檢測(cè)帶鋼表面質(zhì)量，一般設(shè)置有帶鋼上下表面在線檢測(cè)裝置。

5 結(jié)語(yǔ)

采用常規(guī)熱連軋生產(chǎn)線生產(chǎn)不銹鋼，具有產(chǎn)量大，效率高的特點(diǎn)，同時(shí)為保證高品質(zhì)不銹鋼的生產(chǎn)，生產(chǎn)線的工藝布置和設(shè)備選型以及工藝參數(shù)的選定要充分考慮不銹鋼生產(chǎn)的特點(diǎn)。