冷軋抗菌不銹鋼SUS304Cu研制開發(fā)

供稿|王魯寧，楊春光 / WANG Lu-ning, YANG Chun-guang

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文章簡述了本鋼不銹鋼冷軋丹東有限責任公司與中科院金屬研究所合作開發(fā)抗菌不銹鋼SUS304Cu鋼種的試制過程，通過與中科院金屬研究所討論并最終確定了關(guān)鍵工藝控制參數(shù)，并編制了生產(chǎn)試制方案。通過本鋼不銹鋼冷軋丹東有限責任公司的工藝流程生產(chǎn)出厚度規(guī)格為0.4、0.5和1.0 mm的SUS304Cu(2B)不銹鋼冷軋產(chǎn)品，其力學性能、抗菌性能、表面質(zhì)量滿足要求，達到了高端廚具、餐具、醫(yī)療器具等用途的使用要求。

在普通SUS304Cu帶鋼目標厚度規(guī)格進行冷軋生產(chǎn)的基礎上，對其進行抗菌處理。敬和民等[1]研究認為，使抗菌金屬元素Cu在不銹鋼基體內(nèi)以一定的大小、形態(tài)均勻彌散地析出，并保證析出相的體積百分比，可以在不降低普通不銹鋼的力學性能和抗腐蝕性能的情況下，賦予產(chǎn)品優(yōu)異的抗菌性能。目前被廣泛應用于水槽、廚具、餐具以及醫(yī)用等領(lǐng)域，市場需求量較大。本鋼不銹鋼冷軋丹東有限責任公司與中科院金屬研究所共同制定的抗菌不銹鋼SUS304Cu生產(chǎn)工藝先后成功研制開發(fā)出厚度為0.4、0.5和1.0 mm的SUS304Cu冷軋不銹鋼產(chǎn)品，其力學性能指標滿足設定要求，抗菌率達到>99.9%的預期目標，而且表面質(zhì)量、板形均良好，得到用戶的認可。

生產(chǎn)工藝

SUS304Cu生產(chǎn)工藝流程：SUS304Cu(No.1)→軋制→退火酸洗→罩式爐退火→二次酸洗→平整機組→重卷拉矯→檢驗→包裝繳庫→發(fā)貨。

冷軋原料

本鋼目前只有不銹鋼的冷軋生產(chǎn)工序，所以對于冷軋原料只能采用外購的方式獲得。

軋制工藝

本鋼采用20輥森吉米爾軋機對帶鋼進行軋制。本鋼之前無SUS304Cu鋼種的軋制經(jīng)驗，為達到良好的板形和目標厚度，根據(jù)該鋼種的特性以及先期軋制不銹鋼的數(shù)據(jù)累積，制定SUS304Cu軋制工藝。同時在軋制過程中嚴格控制帶鋼的道次壓下量和軋制速度等工藝參數(shù)，并制定換輥原則。本次試制采用原料厚度為2.5 mm，軋制目標厚度分別為0.4、0.5、1.0 mm，分別經(jīng)11道次、9道次和5道次軋制。第一道次規(guī)定較大的壓下量，要求壓下量至少達到25%，中間道次壓下率按1%~1.5%逐漸降低，最后一道次的壓下量要求不高于10%，以保證板形和厚度精度[2]。故本次試軋制的第一道次壓下率根據(jù)不同目標厚度規(guī)格規(guī)定為25%~28%，最后一道次壓下率為8%~10%。軋制過程中厚度自動控制系統(tǒng)、板形儀等設備均投入使用，并且時刻注意帶鋼的表面質(zhì)量情況。

退火、酸洗工藝

SUS304Cu鋼種的再結(jié)晶一般從900℃開始，在1050~1200℃之間完成。隨著退火溫度的升高，晶粒粗化，硬度降低。如果晶粒過于粗大，不僅使帶鋼表面粗糙，而且會影響加工性能，對耐晶間腐蝕也有影響。所以，必須嚴格控制退火溫度，以免造成不良影響。根據(jù)SUS304Cu的鋼種特性，為保證產(chǎn)品的力學性能，退火目標溫度設定在1095℃。退火后進行一次酸洗，將帶鋼表面的氧化鐵皮清洗干凈，并形成致密的Cr2O3鈍化膜。

SUS304Cu鋼種在CAPL線的退火工藝見表1。

表1 CAPL退火工藝

一次酸洗后對帶鋼進行取樣并做力學性能檢驗，檢驗結(jié)果見表2。由檢驗結(jié)果可知，該卷鋼的力學性能滿足標準要求。

表2 一次酸洗后帶鋼力學性能檢驗結(jié)果

罩式爐退火

為保證基體中的Cu元素析出，從而使其具有抗菌性能，需對該鋼種進行罩式爐退火，罩式爐退火工藝如表3。

表3 罩式爐退火工藝

平整工藝

根據(jù)帶鋼的厚度和生產(chǎn)的要求，對平整輥粗糙度和凸度進行明確要求，平整輥要求粗糙度0.2 μm；厚度0.4 mm和厚度0.5、1.0 mm的帶鋼分別采用凸度為0.35 mm和0.20 mm的平整輥進行軋制，平整工藝參數(shù)見表4。平整時還要根據(jù)板形適當調(diào)整平整輥的傾斜。

表4 平整工藝參數(shù)

重卷拉矯工藝

重卷拉矯可以進一步保證板形，其拉矯工藝參數(shù)的設定如表5。按訂貨重量對其分卷，最后經(jīng)由檢驗→包裝繳庫→發(fā)貨。

結(jié)果分析

化學成分

按JIS G4305—2005標準對SUS304Cu鋼種的原料進行化學成分分析，檢測結(jié)果見表6，產(chǎn)品化學成分滿足標準要求。

表5 拉矯工藝參數(shù)

表6 SUS304Cu鋼化學成分檢驗結(jié)果(質(zhì)量分數(shù)，%)

力學性能

按GB/T 228和GB/T 4340.1要求對拉伸性能和硬度進行檢測，檢測結(jié)果見表7，各項指標滿足標準要求。

表7 力學性能檢驗結(jié)果

抗菌性能

本次試制的SUS304Cu抗菌不銹鋼的成品樣片經(jīng)由廣州微生物分析檢測中心進行檢測，同時將未經(jīng)過固溶處理的SUS304Cu和普通SUSU304樣片進行檢驗對比，檢驗結(jié)果見表8。

表8 SUS304Cu不同處理方的抗菌實驗結(jié)果

由表8可知，SUS304Cu抗菌不銹鋼冷軋產(chǎn)品的抗菌率達到>99.9%的預期目標。

表面質(zhì)量

SUS304Cu抗菌不銹鋼的表面質(zhì)量檢查在重卷拉矯后進行，采用目視和記錄的方式，最終產(chǎn)品表面質(zhì)量較好，色澤均勻，符合客戶要求。

結(jié)束語

(1) 本次SUS304Cu的試制的工藝流程設計和工藝參數(shù)制定合理，所生產(chǎn)0.4、0.5、1.0 mm的SUS304Cu (2B)冷軋不銹鋼卷的力學性能、抗菌性能、表面質(zhì)量、厚度精度及板形均達到預期目標。

(2) 本次試制的SUS304Cu(2B)不銹鋼冷軋產(chǎn)品完全滿足高端廚具、餐具、醫(yī)療器具等用途的使用要求，并得到用戶好評，為下一步深入開拓抗菌不銹鋼市場奠定堅實的基礎。