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304不銹鋼熱軋板工藝

冷軋是指在常溫狀態(tài)下對鋼帶進(jìn)行軋制,使鋼帶的厚度逐漸減薄的材料加工方法。冷軋的原料一般為熱軋退火后的鋼卷。304 不銹鋼在冷軋過程中, 亞穩(wěn)態(tài)的奧氏體組織會發(fā)生應(yīng)變誘導(dǎo)馬氏體相變, 使得鋼的強(qiáng)度和硬度升高、塑性下降,產(chǎn)生了明顯的加工硬化。



隨著軋制道次增多,軋制總變形率增大,加工硬化效應(yīng)越來越明顯,材料變得越來越硬。常規(guī)退火狀態(tài)下的 304 熱軋卷強(qiáng)度和硬度較低,塑性較好,利于軋制。若對熱軋卷不退火直接進(jìn)行冷軋,可大幅降低材料生產(chǎn)成本。


本文通過對退火態(tài)和熱軋態(tài)的熱軋卷強(qiáng)度進(jìn)行分析,確定試軋工藝參數(shù), 并對試軋成品力學(xué)性能進(jìn)行對比。


 熱軋卷不退火直接冷軋的可行性分析


1.1 力學(xué)性能分析

在生產(chǎn)現(xiàn)場對熱軋態(tài)和熱軋退火態(tài)的 304 不銹鋼卷取樣品,進(jìn)行力學(xué)性能檢驗(yàn),結(jié)果對比如表 1 所示。對比熱軋態(tài)和熱軋退火態(tài) 304 的力學(xué)性能可見, 熱軋態(tài)與熱軋退火態(tài)相比,平均屈服強(qiáng)度高 80.9 MPa, 平均抗拉強(qiáng)度高 40.7 MPa,延伸率低 5.7%。


從力學(xué)性能來看,退火前后熱軋 304 板的強(qiáng)度差異不大,熱軋未退火態(tài)鋼板的硬化過程比退火狀態(tài)快一點(diǎn),但并不明顯,對冷軋?jiān)O(shè)備的負(fù)荷改變不大。


1.2 金相組織分析

對熱軋態(tài)和熱軋退火態(tài)的 304 進(jìn)行取樣,拋光并使用HCl-FeCl3 溶液侵蝕,金相組織如圖所示。由圖可見,退火后的熱軋卷晶粒已完全回復(fù)再結(jié)晶。不退火的熱軋卷也發(fā)生了部分回復(fù)。

304不銹鋼熱軋板工藝-1.png


304 不銹鋼在熱軋過程中,發(fā)生動態(tài)的晶粒回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶,使得熱軋變形過程中產(chǎn)生的加工硬化被不斷釋放。


在熱軋完成后,由于鋼卷依舊帶有較高的溫度并在高溫狀態(tài)下持續(xù)一定時(shí)間,這個(gè)狀態(tài)下鋼帶發(fā)生晶?;貜?fù)和再結(jié)晶,拉長的晶粒形核變成等軸晶,消除晶粒拉長形成的顯微組織和殘余應(yīng)力,可以消除一部分的加工硬化。帶鋼在熱軋空冷后,出現(xiàn)與退火處理后類似的特性。

304不銹鋼熱軋板工藝-2.png




綜合力學(xué)性能、加工硬化情況和金相組織,認(rèn)為目前現(xiàn)場的 304 不銹鋼熱軋卷,可以嘗試不經(jīng)退火直接冷軋。


冷軋?jiān)囼?yàn)


對未退火的 304 熱軋卷進(jìn)行冷軋,冷軋機(jī)采用輥系多、剛性大的二十輥森基米爾軋機(jī),軋制過程中通過調(diào)整支撐輥的凸度以及一中間輥的軸向控制板形, 投用 ACG 系統(tǒng)控制鋼帶厚度,同時(shí)適當(dāng)增加軋制潤滑油的流量,以提高鋼帶在軋制過程中的冷卻效果。


軋制第一道次時(shí),投用 6 500 kN 壓力,比普通退火料的壓力高 300 kN,但變形率比普通退火料低 2%,后續(xù)的道次,軋制壓力均比普通退火料高,但變形率偏低,同樣的軋制總變形率,在軋制力不大幅提高的條件下,不退火直接軋制的卷比退火卷多一個(gè)軋制道次,詳見表 2。說明熱軋未退火料的變形抗力較大。

304不銹鋼熱軋板工藝-3.png


后續(xù)對冷軋后的兩種材料進(jìn)行固溶退火,退火溫度在 1 050~1 150 ℃之間進(jìn)行。固溶退火的目的是將析出的碳化物重新溶入奧氏體中,同時(shí)將冷軋后的條帶組織回復(fù)再結(jié)晶。

304不銹鋼熱軋板工藝-4.png


對冷軋+固溶熱處理的材料進(jìn)行力學(xué)性能檢測, 結(jié)果見表 3,原料為熱軋態(tài)和熱軋退火態(tài)的冷軋成品延伸率、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),但熱軋態(tài)的延伸率略低,強(qiáng)度略高。


對冷軋+固溶熱處理后材料的金相如圖 2 所示,熱軋態(tài)與熱軋退火態(tài)的材料經(jīng)過冷軋固溶處理后,冷軋時(shí)被拉長的纖維組織重新形核,發(fā)生再結(jié)晶,晶粒均已完全恢復(fù),但熱軋未退火材料的晶粒更細(xì)。

304不銹鋼熱軋板工藝-5.png


兩種工藝中析出物的固溶、析出過程相同,但熱軋不退火狀態(tài)下直接冷軋時(shí),熱軋態(tài)的等軸晶變?yōu)殚L方形纖維組織,同時(shí)一部分的變形功以殘余應(yīng)力和點(diǎn)陣畸變的形式被保留下來,形成再結(jié)晶驅(qū)動力, 所以熱軋未退火的鋼卷經(jīng)冷軋后更容易進(jìn)行固溶退火;而熱軋退火的鋼卷,晶粒會在固溶退火時(shí)進(jìn)一步長大。所以熱軋未退火的材料在冷軋后固溶退火更容易發(fā)生,二是退火后晶粒更細(xì)化。


 結(jié)論


1)304 熱軋未退火鋼卷可以直接進(jìn)行冷軋,但軋制抗力比退火態(tài)材料要大。


2)304 熱軋未退火鋼卷冷軋后進(jìn)行固溶退火,晶??赏耆謴?fù),且晶粒較細(xì)。

鋼與使用鉻廢鋼爐次在入爐條件相當(dāng)時(shí),硅耗和石灰消耗基本相當(dāng),可達(dá)到替代作用。


3) 紅泥球。AOD 爐使用紅泥球與在電爐使用本質(zhì)上是一樣的,都是利用生鐵、鉻鐵中的 Si 元素還原其中的 Fe、Cr、Ni 有價(jià)值的金屬。目前 AOD 小批量試驗(yàn)測算的效益為 1 000 元/t,若能優(yōu)化入爐條件,在冶煉過程溫度富余的情況下增加使用量,效益將進(jìn)一步擴(kuò)大。


4) 鎳渣鋼。AOD 爐使用鎳渣鋼試驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算對硅耗和石灰消耗都有一定的影響,每爐使用 3 t 鎳渣鋼時(shí),影響硅耗升高 0.2 kg/t,石灰消耗升高1.0 kg/t,合計(jì)影響成本 377 元/爐,折算廢鋼和渣鋼的差價(jià),效益較好。


5) 鉻渣鋼??赏耆娲t廢鋼使用,對指標(biāo)影響不明顯,效益顯著。




(文章來源:山西冶金 崔汝飛;編輯:苗運(yùn)平)



參考文獻(xiàn)

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[2] 閆忠峰,孫貴平,王劍峰,等.優(yōu)化渣鋼入爐工藝降低鋼鐵料消 耗[C]//2014 年冶金渣處理工藝及綜合利用技術(shù)交流會匯編.武漢:河北省冶金學(xué)會、湖北省金屬學(xué)會、山東金屬學(xué)會、山西省 金屬學(xué)會、江蘇省金屬學(xué)會、陜西省金屬學(xué)會、遼寧省金屬學(xué)會,2015:17-23.

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[5] 黃希祜.鋼鐵冶金原理[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2002.


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