不同軋制工藝對(duì)316奧氏體不銹鋼晶粒度的影響研究

陳潤(rùn)澤，衛(wèi)曉霞

（中國(guó)寶武山西太鋼不銹鋼股份有限公司臨汾分公司，山西 臨汾 041000）

316奧氏體不銹鋼因添加Mo元素，耐蝕性、耐大氣腐蝕性和高溫強(qiáng)度優(yōu)良，可在苛酷的條件下使用，廣泛應(yīng)用核電容器罐體和封頭、輸送管線、沿海地區(qū)設(shè)施等。近年來，在某些重點(diǎn)領(lǐng)域，出于安全性考慮，要求鋼板全厚度方向力學(xué)性能均勻，晶粒度4級(jí)或更細(xì)，最大晶粒度級(jí)別與最小晶粒度級(jí)別之差不超過2級(jí)。但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于軋制過程中軋制力的不均勻傳遞[1]，工藝設(shè)計(jì)和執(zhí)行不當(dāng)，會(huì)存在心部和近表面晶粒不均勻。由于奧氏體不銹鋼在高溫至室溫都是單相奧氏體組織，沒有相變轉(zhuǎn)變點(diǎn)，無法通過熱處理來細(xì)化其晶粒，所以在軋制階段嚴(yán)格控制開軋溫度、終軋溫度等熱加工工藝參數(shù)，通過動(dòng)態(tài)再結(jié)晶達(dá)到細(xì)化且均勻的晶粒，成為一種重要的途徑。

1 工藝方案設(shè)計(jì)

1.1 軋制規(guī)格及連鑄坯規(guī)格

軋制規(guī)格：25 mm×（2 400～2 600）mm×L，連鑄坯規(guī)格：200 mm×1 525 mm×L。

1.2 工藝設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)低溫控軋和高溫高終軋兩種工藝方案，具體工藝參數(shù)見表1。

表1 低溫控軋和高溫高終軋兩種工藝參數(shù) ℃

低溫控軋要求控制終軋溫度低于800℃，鋼板完成軋制后不再進(jìn)行動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，主要為軋制態(tài)帶狀組織，再經(jīng)過充分固溶熱處理，得到細(xì)化而均勻的晶粒。

高溫高終軋要求鋼坯加熱溫度高，且控制終軋溫度高于1 020℃，使奧氏體進(jìn)行充分的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，軋態(tài)組織基本為等軸晶，再經(jīng)過充分固溶熱處理，從而得到細(xì)化而均勻的晶粒。

2 軋制試驗(yàn)

2.1 低溫控軋

加熱溫度1 200～1 250℃，采用控制軋制，軋制成品鋼板厚度3倍或以上厚度待溫，溫度低于820℃完成剩余軋制。由于二軋程溫度較低，單道次變形量低于20%。低溫控制軋制道次壓下量和變形率見表2。

表2 200 mm連鑄坯低溫控制軋制25 mm厚鋼板道次壓下量和變形率

實(shí)際生產(chǎn)的25 mm厚鋼板全厚度晶粒度不均勻，級(jí)差較大，中心部晶粒7級(jí)，均勻分布；但近表層存在較多粗于4級(jí)的晶粒，用戶不接受。鋼板表面晶粒度如下頁(yè)圖1所示。

圖1 200 mm連鑄坯低溫控制軋成25 mm鋼板表面晶粒

2.2 高溫高終軋

加熱溫度1 270～1 300℃，搶溫快軋，軋制過程采用少道次大變形量，展寬后單道次壓下率大于20%（道次壓下量和變形率見表3），控制終軋溫度高于1 020℃。

表3 25 mm厚316不銹鋼各道次壓下量和變形率

在實(shí)際生產(chǎn)中，首先要保證鋼坯加熱溫度，避免鋼坯在爐頭等待時(shí)間過長(zhǎng)造成溫度損失；要快速送鋼，輥速要大于2.5 m/s，以降低軋前溫度損失。軋制階段，通過對(duì)前期軋制道次壓下量、變形率與鋼板晶粒度結(jié)果的對(duì)比分析，確定出不同厚度規(guī)格鋼板本次軋制的規(guī)程模型，以實(shí)現(xiàn)不同軋制批次鋼板晶粒度級(jí)別的穩(wěn)定性和一致性。

通過上述措施，生產(chǎn)的25mm厚鋼板全厚度晶粒度基本均勻，近表面晶粒不均勻現(xiàn)象得到有效改善，如圖2所示，可以滿足用戶對(duì)晶粒度均勻性的要求。

圖2 200 mm連鑄坯近高表溫面高晶終粒軋軋成的25 mm鋼板

3 兩種方案試驗(yàn)分析

低溫控軋工藝，方案設(shè)計(jì)要求控制終軋溫度低于800℃，鋼板完成軋制后不再進(jìn)行動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。但在實(shí)際生產(chǎn)中，受鋼板厚度的影響，溫度不一致，部分組織發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，導(dǎo)致晶粒不均勻。

奧氏體的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶需要一定的驅(qū)動(dòng)力，而驅(qū)動(dòng)力主要來自于溫度[2]。在某一特定溫度下可以發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，此溫度為動(dòng)態(tài)再結(jié)晶溫度。高溫高終軋工藝，就是利用這一原理，軋制過程中搶溫快軋，采用少道次、大變形量，控制終軋溫度高于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶溫度，使奧氏體進(jìn)行充分的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，從而形成均勻的奧氏體組織。

316奧氏體不銹鋼的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶溫度較高，一般在950℃左右，為了使奧氏體不銹鋼能發(fā)生充分的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶以促使晶粒度細(xì)化而均勻，所以要把終軋溫度控制在動(dòng)態(tài)再結(jié)晶溫度（950℃）以上。隨著終軋溫度的升高，奧氏體動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力不斷增多，使得發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的程度也普遍加強(qiáng)，奧氏體不銹鋼的晶粒度也得到進(jìn)一步的細(xì)化，晶粒相對(duì)集中均勻。其次，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶溫度受變形量、變形溫度、變形速度等因素的影響，軋制生產(chǎn)過程中由于不同規(guī)格的變形量不同，終軋溫度在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，晶粒度的大小也存在著一定的差異。通過生產(chǎn)實(shí)踐分析，終軋溫度控制在1 020℃以上，晶粒度都比較均勻。

4 結(jié)論

通過對(duì)316奧氏體不銹鋼在不同軋制式工藝下的晶粒度情況進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

1）25 mm厚316不銹鋼采用低溫控制工藝，理論上軋制結(jié)束后不再進(jìn)行動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。但實(shí)際生產(chǎn)中由于鋼板心部和表面溫度差異，使得部分組織發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，從而產(chǎn)生晶粒不均勻現(xiàn)象，鋼板晶粒度合格率較低。

2）采用高溫高終軋，終軋溫度控制在1 020℃以上，可以有效的利用動(dòng)態(tài)再結(jié)晶來細(xì)化晶粒，避免出現(xiàn)晶粒粗大而不均勻的現(xiàn)象。同時(shí)，近表面晶粒度不均勻現(xiàn)象得到很大的改善，晶粒度合格率較高，生產(chǎn)效率也大大提升，適合于工業(yè)化批量生產(chǎn)。