冷軋工藝對不銹鋼性能影響的探討

李恩思

冷軋工藝主要運用于板材生產(chǎn)過程，通過控制加熱的溫度以及冷卻條件來合理的控制軋制過程，通過改變一系列工藝參數(shù)來提高鋼材的強度，使得鋼材的焊接性能得到優(yōu)化，并且增強韌性。在相關(guān)行業(yè)冷軋工藝可以進(jìn)行更深層次的實踐運用，這對于降低企業(yè)的成本支出，提高生產(chǎn)效率至關(guān)重要。通過對冷軋工藝深層次研究發(fā)現(xiàn)，該工藝可以使得不銹鋼的顯微組織和力學(xué)性能都得到相應(yīng)的改變，對于冷軋機以及相應(yīng)的工藝手段進(jìn)行研究至關(guān)重要。

1 不銹鋼行業(yè)的發(fā)展歷程以及存在的發(fā)展問題

德國的克虜伯公司在1912年便開始了不銹鋼的工業(yè)化生產(chǎn)，不銹鋼具有優(yōu)良的品質(zhì)和特征，推廣范圍越來越大，其市場需求在逐漸的擴大化。50年代起美國的不銹鋼產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，70年代日本的不銹鋼產(chǎn)量超過了美國位居世界第一。80年代以來東亞地區(qū)的不銹鋼生產(chǎn)規(guī)模迅速發(fā)展。技術(shù)創(chuàng)新層出不窮，中國成為了不銹鋼生產(chǎn)和使用大國位居世界第一。自2000年以來，中國的不銹鋼的消費量在迅速的增長，年增長率達(dá)18%。生產(chǎn)規(guī)模增長率達(dá)35%，中國的不銹鋼自給率逐漸提高。中國的不銹鋼產(chǎn)能常年盤踞世界第一，先進(jìn)產(chǎn)能占比超過80%。中國不銹鋼產(chǎn)業(yè)的發(fā)展蓬勃迅速，現(xiàn)在已是世界最大的不銹鋼進(jìn)出口國。

國內(nèi)的鋼鐵企業(yè)引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，并且進(jìn)行消化和吸收，提高工藝創(chuàng)新水平。但是現(xiàn)階段部分企業(yè)存在生產(chǎn)工藝落后，產(chǎn)品質(zhì)量較差，同時生產(chǎn)成本較高等一系列問題。對于較為先進(jìn)的冶煉——連鑄——連軋機或爐卷軋機熱軋——多輥冷軋工藝普及和推廣工作仍然需要一定的時間，不銹鋼生產(chǎn)存在著爐容量小，精軋比例低的問題，仍然采取單張熱軋冷軋的方式，含鎳不銹鋼的生產(chǎn)比例需要進(jìn)一步提高。產(chǎn)能不足的問題在近年來得到了解決，受國際大環(huán)境以及國內(nèi)發(fā)展環(huán)境的影響，鋼鐵產(chǎn)能得到了控制。去庫存，淘汰落后產(chǎn)能的工作還需要進(jìn)一步加強。冷軋薄板、低碳和超低碳不銹鋼的推廣和普及工作需要進(jìn)一步加強。完全取代奧氏體TI穩(wěn)定化不銹鋼仍需時日，在品種優(yōu)化方面需要大力發(fā)展性價比更高的高氮低鎳不銹鋼。對于先進(jìn)的生產(chǎn)工藝的使用和創(chuàng)新方面仍然需要提高。以冷軋工藝為例，需要在軋制生產(chǎn)、退火生產(chǎn)過程中加強質(zhì)量控制，需要著重突出冷軋工藝對不銹鋼性能影響的探索活動。

2 深入開展控壓冷壓工藝，對不銹鋼性能影響試驗探究活動

2.1 確定合理的實驗方法

在開展冷軋工藝對不銹鋼性能影響探索的過程中可以選擇0.99mm厚的301不銹鋼薄板，含碳量為0.09%，含硅量為0.51%，含錳量為1.05%，含磷量為%0.032，含硫量為0.003%，含鉻量為16.15%，含鎳量為6.1%含氮量0.06%，其余含量為含鐵量。在軋機上對于該模板進(jìn)行多道次的冷軋活動，所得出的鋼板的厚度會發(fā)生變化，然后再截取試樣，采用平行截取的方式來開展取樣活動。運用HV-1000顯微硬度儀測量硬度，還能夠用顯微鏡來觀察具體的組織。為了驗證冷軋工藝對不銹鋼力學(xué)性能的影響，可以考慮開展一些拉伸實驗，在室溫下進(jìn)行。用DNS200微機控制的電子萬能試驗機來進(jìn)行相關(guān)操作。拉伸活動可以將速度設(shè)置為一毫米每分鐘。將301不銹鋼薄板連需要壓制的方向線進(jìn)行切割，用維氏硬度計測量硬度，還可以開展一些衍射實驗，利用射線衍射儀進(jìn)行鑒定。在鑒定完畢之后回收數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。與實驗研究相關(guān)的其他實驗設(shè)備還有游標(biāo)卡尺、千分尺、砂輪機、拋光機、銼刀。

2.2 討論與結(jié)果

2.2.1 針對顯微組織進(jìn)行觀察與討論

在進(jìn)行冷軋實驗以后會收集樣品，利用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察，可以得到具體的圖片，看出誘導(dǎo)馬氏體相變后的狀況，對于數(shù)量形態(tài)、奧氏體相進(jìn)行觀察和比對分析，發(fā)現(xiàn)受到了較大的剪切應(yīng)力和軋應(yīng)力。冷軋后的樣品出現(xiàn)了較大的α'-馬氏體，主要成分為互相平行板條所組成的板條馬氏體，含碳量相對較低。伴隨著冷軋過程的持續(xù)，馬氏體的核也會逐漸的變大，變形量增長，馬氏體含量也在增長，原核會逐漸的消失。同時變形的量不相同馬氏體的含量也就不相同。奧氏體的含量在不斷的減小，衍射強度也和冷軋的變形量密切相關(guān)，當(dāng)冷軋變形量超過30%時，會隨著變形量的增加，使得衍射峰明顯增強。如果相反，則會逐漸的減弱。拉伸效果和變形量不及冷軋。這些實驗現(xiàn)象和分析活動可以為不銹鋼板材加工硬化處理提供相應(yīng)的支撐，為其機理研究提供理論依據(jù)。

2.2.2 針對力學(xué)性能進(jìn)行觀察與分析

經(jīng)過分析和比較可以得知301不銹鋼硬度在冷軋時和變形量之間的關(guān)系，經(jīng)過擬合之后會形成相應(yīng)的曲線，表達(dá)式為y=A2+（A1+A）/［1+e（x-xo）/dx］。此處的y為鉬含量，X則為相應(yīng)的讀數(shù)，其他出現(xiàn)的4個量均為常數(shù)，表示不銹鋼的材料組合。伴隨著冷軋活動的進(jìn)行，硬度隨壓下率的變大，而增大速度較快，當(dāng)超過了35%的冷軋壓下率后硬度增大的速度將會逐漸的緩慢，并趨近于極限飽和值。當(dāng)超過35%以后，會使得金屬組織中產(chǎn)生一些馬氏體增加了相變的難度，使得相變速率進(jìn)一步降低，錯位密度增大，硬度會趨于飽和。301奧氏體不銹鋼的硬化機理和304奧氏體不銹鋼的硬化機理較為接近，都是在加工前期出現(xiàn)的，伴隨著變形量的增大引發(fā)的速率也增大，后期則共同趨于平緩。形變誘導(dǎo)馬氏體相變造成了加工組織的硬化現(xiàn)象。在塑性方面304要優(yōu)于301，在初始階段和冷壓加工階段則完全相反，經(jīng)過一系列測試可知取冷軋時的變形量為50%，通過曲線圖像可獲得301不銹鋼硬度數(shù)值為520HV，實際讀取的304不銹鋼的硬度值為477HV。奧氏體不銹鋼母材拉伸工程應(yīng)力-應(yīng)變擬合曲線顯示形變誘導(dǎo)馬氏體相變?yōu)?01不銹鋼在挑選不同的加工工藝時硬度和強度不斷增大的原因。進(jìn)行進(jìn)一步分析得知在開展冷軋活動時大部分奧氏體是在形變量為75%時完成的，轉(zhuǎn)變再一次進(jìn)行變形時會產(chǎn)生相變和變形，不斷的生成馬氏體。位錯密度會增加導(dǎo)致變形，抗力增大，硬度強度增大，變化拉伸的工程應(yīng)力應(yīng)變曲線發(fā)現(xiàn)兩者的加工效果相對較為接近。冷軋對于材料屈服強度的提高效果顯而易見。經(jīng)過冷壓之后材料的塑性會降低。

3 加強冷軋不銹鋼生產(chǎn)過程質(zhì)量監(jiān)督提高冷軋工藝對不銹鋼性能的影響

在進(jìn)行不銹鋼生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)一般而言中間厚度的板材表面質(zhì)量更加容易得到控制（此處厚度指1mm～2mm），但是厚板材和薄板材更加困難。厚板在壓制的過程中壓下率偏低，薄板的表面很容易產(chǎn)生壓制錯誤，將異常物質(zhì)壓入其中。兩種壓制都有可能產(chǎn)生表面質(zhì)量較差的問題。企業(yè)要不斷提高生產(chǎn)效率，保障不銹鋼性能。對于原料篩選、冷軋、退火、產(chǎn)品分割等各個工序有可能出現(xiàn)的缺陷要有相應(yīng)的研究。在原料、軋制、退火、平整、產(chǎn)品化5個環(huán)節(jié)發(fā)生缺陷的比例分別為5%，45%，35%，10%，5%.軋制和退火是最重要的兩道工序，也是最容易產(chǎn)生缺陷的兩大行業(yè)，需要在這兩個階段進(jìn)行質(zhì)量管理。

3.1 在軋制生產(chǎn)過程中進(jìn)行質(zhì)量控制和管理

軋制活動具有操作難度高，現(xiàn)場調(diào)控難等諸多特點。速度道次、壓下率、乳化液選擇和施加、軋輥材質(zhì)與表面精度都十分重要，都會對于不銹鋼的性能產(chǎn)生重要的影響。首先是軋制速度，如果軋制的速度較高，那么經(jīng)過軋制以后產(chǎn)生表面粗糙的概率就越大。速度如果過高，則退火之后材料表面可能會出現(xiàn)一些油斑，因此需要進(jìn)行合理的控制。軋制的次數(shù)應(yīng)當(dāng)做到夠量，軋制的道次越多則不銹鋼表面的粗糙程度會越小，同時表面越光滑整潔，壓下率越大，則冷壓以后產(chǎn)品的表面粗糙程度就會越小。在控制壓下率的過程中應(yīng)當(dāng)考慮到鋼材材料以及設(shè)備的情況，壓下率可以控制在40%～70%左右。壓下率也并不是越大越好，如果偏大則會使得產(chǎn)品性能異向性，對于深度拉伸和加工操作十分不利。因此，需要開展多次軋制活動和退火操作，一般而言可以進(jìn)行兩次壓制和退火，每次的壓下率大概為40%～60%即可。乳化液的挑選也十分重要，這會對鋼材的表面產(chǎn)生最直接的影響，稍有不慎可能會影響質(zhì)量。乳化液的黏度如果越大，那么相對應(yīng)的鋼材的表面粗糙程度也就會越大，對于乳化液的粘稠程度應(yīng)當(dāng)進(jìn)行及時的抽查，定期更換，確保乳化液的質(zhì)量，不會對鋼材的表面質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。工作輥的選擇也較為重要，一般而言在冷軋活動中會選擇合金鋼輥和高速鋼輥。高速鋼壓輥的粗糙程度要小于合金鋼工作壓輥，表面的粗糙程度越小越光滑，則壓制之后的鋼材的粗糙程度會越小，需要定期對于冷軋工藝中所用到的工作輥組進(jìn)行保養(yǎng)和維修，確保運行正常，工作穩(wěn)定。

在開展冷軋活動時，要對于其他的一些細(xì)節(jié)問題進(jìn)行檢查，加入優(yōu)質(zhì)墊子。當(dāng)軋制速度下降以后要防止出現(xiàn)油斑。對于滾輪要進(jìn)行多次維修，定期維護(hù)，對于二輥和三輥應(yīng)當(dāng)定期擦拭，加強張力控制，避免出現(xiàn)摩擦痕跡。對于較厚的不銹鋼材料應(yīng)防止出現(xiàn)墊子痕，在冷軋時的最后一道次不應(yīng)當(dāng)添加墊紙，在進(jìn)行薄材軋制時需要在頭部和尾部增加墊紙。對于工作輥應(yīng)當(dāng)做到定期更換，確定適宜的更換周期，根據(jù)不銹鋼生產(chǎn)的具體情況以及冷軋的基本信息來確定換輥周期，對于工作狀態(tài)中的輥要進(jìn)行仔細(xì)檢查，避免出現(xiàn)問題。不銹鋼在經(jīng)過冷軋以后需要經(jīng)過退火環(huán)節(jié)，此時需要留出一些滯留時間，很有可能使得異物附著上去產(chǎn)生污染，此時可以適當(dāng)?shù)目s短冷卻到退火的滯留時間，減輕污染或者防止污染。

3.2 加強退火環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制，提高不銹鋼性能

不銹鋼屬于高合金鋼，在進(jìn)行不銹鋼制作的過程中，需要利用冷沖壓進(jìn)行彎曲、拉伸、沖裁，再通過縮口剪切等諸多工藝形成零部件。在進(jìn)行加工的過程中，如果出現(xiàn)硬化或者可加工性變壞的現(xiàn)象，需要采用退火的方式來進(jìn)行處理，使得組織更加的軟化和均勻，硬度降低，可以提高加工的效率。

退火環(huán)節(jié)對于提高不銹鋼的性能，保障正常的生產(chǎn)有重要的作用。以奧氏體不銹鋼為例，可以在1050℃～1150℃之間來進(jìn)行退火，使得碳化物析出后重新的固溶，然后再次快速冷卻到室溫。冷卻的速度較快時固溶的碳來不及和其他金屬元素進(jìn)行結(jié)合析出。此時可以有效的降低碳含量。連續(xù)退火是最為重要的環(huán)節(jié)之一，這是冷軋工藝效果能否得到保障的重要前提。

304不銹鋼屬于18-8系的奧氏體不銹鋼，模型板材經(jīng)過冷加工以后其性狀會發(fā)生改變，從微觀角度來看滑移面及晶界上將會產(chǎn)生大量的位錯，導(dǎo)致點陣產(chǎn)生畸變，變形量越大則位錯密度越高，內(nèi)應(yīng)力及點陣畸變越嚴(yán)重，塑性降低，也就是通常所說的加工硬化現(xiàn)象。如果繼續(xù)進(jìn)行便有可能斷裂。因此在進(jìn)行沖壓之時需要進(jìn)行軟化退火（中間退火），從而達(dá)到降低硬度，恢復(fù)塑性的目標(biāo)，然后再開展下一階段的加工活動。

針對退火的溫度要進(jìn)行合理的設(shè)置，根據(jù)不同材料來進(jìn)行溫度區(qū)間的界定。304鋼材的溫度設(shè)置可以在1100℃左右，430鋼材設(shè)置可以在900℃左右。溫度相對較高則有可能提高生產(chǎn)的效率，但是對于生產(chǎn)設(shè)備的要求以及運行的速度也會更高，需要更加精準(zhǔn)的來進(jìn)行相關(guān)的操作。退火的溫度和退火的速度有密切關(guān)系，根據(jù)設(shè)備的情況以及鋼材的情況需要確定退火速度。較高的退火溫度需要有較快的退火線速度。氧氣濃度的控制也十分重要，在退火時爐內(nèi)剩余氧氣的含量對于鋼材的氧化會有直接影響，對于酸洗效果也會產(chǎn)生影響。對于304鋼材應(yīng)當(dāng)將氧氣的濃度控制在3.5%～4%之間，此時鐵皮生成量最低，對于退火的溫度，氧氣的濃度以及退火時的運行速度都進(jìn)行相應(yīng)的控制，可以進(jìn)一步提高不銹鋼生產(chǎn)的效率，使得冷軋工藝的運用更加的深入和高效。

4 加強機械設(shè)備研究，提高冷壓工藝運用水平

在進(jìn)行冷軋工藝對不銹鋼性能影響探究的過程中，需要充分的認(rèn)識到相關(guān)機械設(shè)備研究的重要性。在本文中以20輥可逆式冷軋機為例。該冷軋機的型號眾多，在基本型號的基礎(chǔ)上會衍生出諸多子型號。

4.1 20輥森基米爾冷軋機主要簡介

森吉米爾冷軋機大多為單機架可逆式布置，靈活度較高，產(chǎn)品門類較為齊全，但是也有連續(xù)布置的該種機器。比如日本的森基米爾公司就在1969年設(shè)計了1270mm的4機架全連續(xù)式20輥森基米爾壓機。森吉米爾冷軋機和其他類型壓機的根本區(qū)別在于壓制力的傳遞方向不同。森基米爾冷壓機會從工作輥通過中輥傳遞到支撐輥裝置，并且最終傳到整體機架上。這種方式保證了機器整體的穩(wěn)定性，輥的變形相對較小，可以保證較高的精確度。森基米爾軋機的結(jié)構(gòu)性能較為全面，機架的鋼度較大壓制力會呈放射狀作用在機架的各個斷面之上，工作輥的直徑相對較小，道次軋下率較大，有些材料不需要經(jīng)過中間退火就可以壓成較薄的帶材。該系機器具有軸向徑向滾型調(diào)整、軋制線調(diào)整等機構(gòu)。產(chǎn)品的版型較好，精度較高，同時設(shè)備整體的質(zhì)量較輕，外形尺寸小，所需要的投資量相對較小。

4.2 合理調(diào)整軋制線

在使用冷軋工藝以及相關(guān)的技術(shù)設(shè)備開展生產(chǎn)活動時需要調(diào)整軋制線。在壓輥直徑改變以后也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行調(diào)整調(diào)整裝置，通常會設(shè)置在冷軋機靠上部位，懸掛在上橫梁上，階梯塊的厚度可以設(shè)計為5mm或者10mm，根據(jù)滾輪直徑的大小來調(diào)整階梯快的位置。這可以可以達(dá)到微調(diào)的效果，提高控制精度，確保冷軋工作順利進(jìn)行。與此同時20輥森基米爾冷軋機的軋制速度相對較快。美國的ZR21—44型軋機軋制低碳鋼的最大速度達(dá)到了1067米每分鐘。通過合理的調(diào)整軋制線，可以進(jìn)一步提高軋制的速度和精度，確保軋制活動順利進(jìn)行。

4.3 主傳動機構(gòu)控制

20輥可逆式冷軋機的主傳動機構(gòu)是其核心，由主馬達(dá)來驅(qū)動齒輪分配箱，將相應(yīng)的動力輸出給主軸，傳遞給中間軸。20輥可逆式冷軋機下輥系的行程可以到20cm以上，主傳動機構(gòu)控制較為便捷，機構(gòu)較為簡單，在實際操作的過程中操作效率較高。工作輥的設(shè)計情況有很大的不同，因而主傳動機構(gòu)控制的方式略有不同。還可以在齒輪分配箱的輸出端安裝液力安全聯(lián)軸器，從而防止過載，確保運行正常，使得機器的運轉(zhuǎn)和維護(hù)更加的便捷與高效。

4.4 依托冷軋機主要特征開展維護(hù)與使用工作

20輥可逆式冷軋機具有可操作性強，便于維護(hù)等諸多特征。機架傳統(tǒng)的閉口式牌坊，應(yīng)力線長，開口度大，可以快速的打開處理相應(yīng)的故障排除問題。在厚度控制方面相對較為便捷，動作響應(yīng)度高，控制精度強，采取直接壓下的方式。輥隙的調(diào)整較為簡單，更換滾輪時速度較快，傾斜凸度加彎輥對于版型的控制能力相對較強，對于邊緣部的調(diào)整更加的高效，靈敏度更高，在使用起來時操作會更加的便捷。部分冷軋機傳動軸的強度不高，如果運行不當(dāng)則很有可能產(chǎn)生安全隱患，如發(fā)生火災(zāi)。機架內(nèi)油缸較多，運動的部件多，在協(xié)調(diào)起來時較為不易，操作維護(hù)方面有一定的困難。應(yīng)根據(jù)冷軋機的主要特征來開展維護(hù)工作，保障冷軋活動順利進(jìn)行，對于不銹鋼性能改進(jìn)工作產(chǎn)生積極影響。

5 結(jié)語

總之，根據(jù)材料的成分、性能特征來選擇合適的加工工藝，開展更加多樣化的實踐研究活動才能進(jìn)一步提高冷軋工藝的發(fā)展速度，為實踐應(yīng)用活動注入源源不斷的動力。為了進(jìn)一步提高企業(yè)不銹鋼產(chǎn)能，以及生產(chǎn)效率，應(yīng)當(dāng)通過引進(jìn)更加先進(jìn)的冷軋工藝，加強技術(shù)攻關(guān)，以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，運用更加多樣化的方式來開展相關(guān)的探索活動。