冷軋不銹鋼退火酸洗線的幾種工藝

陳新旺(廣西柳鋼中金不銹鋼有限公司，廣西 玉林 537624)

0 引言

在冷軋退火爐的退火過程中，不銹鋼冷軋過程使鋼板表面產(chǎn)生的殘留物和油脂仍是最大的影響，當(dāng)前國內(nèi)很多企業(yè)雖已采用脫脂機(jī)組，但效果仍不理想，嚴(yán)重制約了后續(xù)工序的加工制造，若想切實解決這一問題，必須對退火爐的燃燒氣氛、爐內(nèi)壓力和保護(hù)氣體進(jìn)行嚴(yán)格控制。在不銹鋼的固溶處理時，合金元素的氧化問題嚴(yán)重影響了帶鋼的表面光亮度。特別是鉻的氧化使帶鋼表面脫鉻，會嚴(yán)重降低不銹鋼的耐蝕性。所以必須對此采取工藝控制，需根據(jù)不同合金元素比例采取不同的退火工藝來實現(xiàn)質(zhì)量的控制。

1 冷軋不銹鋼退火酸洗線的特點

不銹鋼經(jīng)冷軋成薄板后大大提升再加工能力，但經(jīng)冷軋變形后的不銹鋼內(nèi)部晶粒被拉長、出現(xiàn)晶粒破碎和晶體缺陷的問題，導(dǎo)致不銹鋼內(nèi)部自由能升高，處于不穩(wěn)定狀況。須經(jīng)過退火處理將帶鋼加熱到一定溫度，使原子取得足夠的分散動能，消除晶格畸變，使破碎晶粒重新結(jié)合而再次恢復(fù)平衡。為了在退火加熱過程中能有效的去除帶鋼表面殘留物而又不被高溫氧化，必須采用氣體進(jìn)行保護(hù)。目前行業(yè)中主要采用氫氣作為保護(hù)氣體，由于氫氣是一種強(qiáng)還原劑，同時也具有密度小、導(dǎo)熱率高的特性，故在冷軋不銹鋼退火處理時，爐內(nèi)的保護(hù)氣體越純、濃度越高，退火后的帶鋼表面也就越清潔光亮。但由于氫氣的易爆炸，目前行業(yè)中普遍采取氨分解氣，導(dǎo)致了保護(hù)氣體在純度上的可變因素較大，這就需要在設(shè)備的設(shè)計和使用過程中更多去從氣密性上控制，確保保護(hù)氣體的濃度達(dá)到要求，達(dá)到再結(jié)晶光亮退火的目的。

由于退火過程中發(fā)生表面灰暗或發(fā)黑的鋼卷不能達(dá)到再加工要求，需采用酸洗線進(jìn)行再處理，利用酸的強(qiáng)氧化性，使帶鋼通過流水線的形式在酸洗線中去除氧化鐵和殘留物，從而得到光亮的不銹鋼產(chǎn)品。但酸洗這一處理工藝流程只能作為輔助處理措施，如果大批量的進(jìn)行再處理，將直接給企業(yè)帶來成本及節(jié)能環(huán)保壓力。因此應(yīng)推進(jìn)退火工藝優(yōu)化，不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量。要求不銹鋼退火酸洗工藝做到低成本、低排放、節(jié)能環(huán)保，在提高產(chǎn)量的基礎(chǔ)上減少消耗，使工藝應(yīng)用能夠滿足我國發(fā)展建設(shè)的實際需求。

2 冷軋不銹鋼退火的原則

2.1 預(yù)、加熱制度制定原則

冷軋不銹鋼在加熱過程中將按一定的升溫速度加熱不銹鋼到1 050～1 120 ℃左右，其顯微組織將發(fā)生相變或部分相變，馬氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。整個退火爐分為三段式，入口段為輻射預(yù)熱段，主要是利用加熱段產(chǎn)生的高溫尾氣熱量使帶鋼在進(jìn)入直燃式加熱段之前預(yù)熱到450 ℃左右，這樣能有效的利用剩余熱能，節(jié)約能源成本。根據(jù)200系和300系不銹鋼合金成分的不同，當(dāng)預(yù)熱溫度達(dá)到300～500 ℃時能更好的消除材料內(nèi)部因冷軋變性后產(chǎn)生的應(yīng)力，但預(yù)熱溫度也不應(yīng)過高，當(dāng)溫度超過600 ℃時會加速帶鋼的氧化，同時碳化鉻的析出使帶鋼再結(jié)晶時出現(xiàn)貧鉻導(dǎo)致成品質(zhì)量的下降。

帶鋼在經(jīng)過預(yù)熱段消除應(yīng)力后采取急速升溫的方式，使帶鋼在20 s的時間內(nèi)加熱至1 050～1 100 ℃，可使沉積于晶界的碳化物重新溶解到奧氏體晶粒中，當(dāng)溫度高于1 000 ℃時，不銹鋼內(nèi)部破壞組織將恢復(fù)和小部分晶粒的再結(jié)晶，其屈服強(qiáng)度和硬度隨退火溫度的上升而下降；在1 050 ℃以上退火處理時再結(jié)晶組織和性能將達(dá)到最佳。低于1 050 ℃退火進(jìn)行的將不完全，高于1 100 ℃產(chǎn)品表面會被逐漸破壞。不銹鋼經(jīng)過1 100 ℃退火處理時內(nèi)部晶粒度檢測結(jié)果如圖1所示。

圖1 不銹鋼經(jīng)過1 100 ℃退火處理時內(nèi)部晶粒度檢測結(jié)果

2.2 冷卻制度制定原則

帶鋼達(dá)到目標(biāo)溫度后，隨即進(jìn)入冷卻段進(jìn)行冷卻，冷卻段是帶鋼產(chǎn)生缺陷較為密集的地點，在控制上除了合理設(shè)定壓力和帶鋼張力以避免擦劃傷外，還應(yīng)控制好帶鋼的冷卻速率，否則會發(fā)生碳化物析出，影響材料性能。但冷卻速率也不宜過大，否則容易引起冷卻皺紋等缺陷。在通常的處理溫度下，從室溫向高溫的加熱過程中，雖然在500～800 ℃區(qū)間發(fā)生氧化，但在達(dá)到處理溫度時很快被還原，只有在處理后的冷卻過程中所發(fā)生的氧化再不能還原。因此快速強(qiáng)化冷卻是極其重要的。在800 ℃ 以下冷卻速度應(yīng)在 20 ℃/s左右，冷卻方法采用保護(hù)氣體直接噴吹到處理鋼帶的表面是帶鋼急速冷卻至常溫。

3 冷軋不銹鋼退火酸洗線的幾種工藝

3.1 傳統(tǒng)酸洗線工藝

傳統(tǒng)的冷軋不銹鋼酸洗工藝主要分為預(yù)酸洗和酸洗兩個部分，冷軋帶鋼退火酸洗線上一般不用機(jī)械方式進(jìn)行酸洗前的破鱗處理，由于冷軋帶鋼經(jīng)退火后表面的氧化物較薄，而且使用機(jī)械方式破鱗會影響產(chǎn)品表面的質(zhì)量。預(yù)酸洗階段一般使用濃度在5%左右的稀硫酸使帶鋼表面的部分氧化物進(jìn)行去除，特別是極難除去的鉻氧化層已基本被疏松甚至被溶解，這就使得后面的混酸處理變得為容易。帶鋼經(jīng)過預(yù)酸洗后，表面的氧化層仍不能有效去除，其復(fù)雜而致密的氧化層需要用具有很強(qiáng)侵蝕能力的混酸來處理?；焖嵋话闶怯上跛岷蜌浞岚匆欢ū壤旌隙?，由于氫氟酸的侵蝕能力極強(qiáng)，能深入穿透到氧化層甚至基體內(nèi)部，因此混酸的濃度不宜過高，否則氟元素會侵入到帶鋼內(nèi)部產(chǎn)生腐蝕作用。

3.2 無硝酸酸洗工藝

該技術(shù)與傳統(tǒng)工藝的區(qū)別僅在酸洗段不同，主要是在硫酸中加入氫氟酸組成混合酸洗液，依靠Fe的氧化性誘發(fā)氧化鐵皮反應(yīng)，使酸液透過氧化皮的裂隙，隨后與Cr、Fe反應(yīng)并產(chǎn)生大量氫氣，最終氧化皮撕裂、脫落。該工藝在實際應(yīng)用中需要經(jīng)過預(yù)熱-淬水-漂洗-緩解，該技術(shù)手段環(huán)保性較高，實際應(yīng)用中產(chǎn)生的有害物較少，可以處理任何鋼種的管材、線材、板材，酸洗過程中只溶解氧化皮，且酸洗效率高、表面質(zhì)量好，能夠節(jié)省化學(xué)品消耗。

3.3 Dalnox Bright TM技術(shù)

Dalnox Bright能夠降低退火過程中的氧化，避免酸洗處理并減少廢液中和量，在實際應(yīng)用過程中能夠嚴(yán)格控制退火氣氛，在受控氧化氣氛中最初的快速加熱段與氧化形成薄膜，在非氧化氣氛中完成金相轉(zhuǎn)變。同時該技術(shù)在實際應(yīng)用中能夠避免碳化物析出的冷卻速度，降低環(huán)境沖擊和表面鈍化，無論是生產(chǎn)2D產(chǎn)品的表面還是接近于2R的表面，從而節(jié)約了設(shè)備投資和管理成本。Dalnox Bright TM技術(shù)工藝手段日益成熟，實際應(yīng)用中無需對酸洗段做任何改變，可以進(jìn)一步降低排放和廢物中和處理的費用，對新建工廠和現(xiàn)有工廠改造中較為常見，提高了產(chǎn)量而獲得盈利，符合時代發(fā)展需求[2]。

4 冷軋不銹鋼退火酸洗線的優(yōu)化方向

4.1 退火溫度制度優(yōu)化

原冷硬卷的單位卷曲張力均為3.5 kg時，同規(guī)格冷硬卷的變形量在50%～80%間，因粘結(jié)造成合格率偏低，不變形程度越大，金屬畸變能越高，且隨著生產(chǎn)的逐步進(jìn)行，退火溫度相應(yīng)的也應(yīng)有所提高。如冷軋薄板厚度小于1.0 m時，工藝?yán)潼c溫度高將會導(dǎo)致加熱、保溫時間長，此時退火卷的延伸率為46%～49%(標(biāo)準(zhǔn)37%)，在退火時溫度也應(yīng)較低，再結(jié)晶溫度會相對提高，經(jīng)過性能判定，優(yōu)化退火工藝制度，并對比其力學(xué)性能進(jìn)行判定，最終縮短退火周期。

4.2 過程氣氛優(yōu)化

當(dāng)天然氣和助燃空氣的壓力發(fā)生變化時，其他參數(shù)會隨著壓力的變化而變化。在優(yōu)化退火程序的同時，過剩系數(shù)K的優(yōu)化及過程氣氛優(yōu)化也至關(guān)重要，因此需要改變單一氣氛程式的操作方法，采取措施減小燃?xì)鈮毫Σ▌臃秶?，使每爐的氫氣耗量平均減少50～60 m3。同時保護(hù)氣體流量與爐內(nèi)溫度的變化進(jìn)行調(diào)控，保證K值穩(wěn)定在0.3～0.4間，優(yōu)化后與原吹掃工藝相比更符合需求。

5 結(jié)語

目前國內(nèi)的冷軋不銹鋼退火酸洗線大部分采用的是傳統(tǒng)工藝路線，但隨著新工藝技術(shù)的逐步完善，需要將現(xiàn)代化工藝手段結(jié)合實際合理應(yīng)用，從而在滿足環(huán)保要求、經(jīng)濟(jì)要求的基礎(chǔ)上，提高工業(yè)生產(chǎn)效率及質(zhì)量，預(yù)計今后無硝酸酸洗技術(shù)和Dalnox Bright1藝技術(shù)將會得到快速發(fā)展。