不銹鋼熱加工中質量缺陷控制的研究

王雷

摘要：本文針對不銹鋼熱加工過程中常見的質量缺陷，以不銹鋼熱加工溫度控制理論為基礎，結合不銹鋼的高溫力學性能，研究了不銹鋼在連鑄、加熱、軋鋼和退火等熱加工過程中質量缺陷產生的原因，提出了質量缺陷的控制措施，對于提高不銹鋼產品質量具有重要的意義。

關鍵詞：不銹鋼；熱加工；缺陷控制

引言

不銹鋼的板帶產品是重要鋼材品種之一，隨著不銹鋼產品在各行業的應用，用戶對產品質量的要求越來越高，不但注重產品的內在質量，而且對產品的外觀質量也日益重視，但在不銹鋼熱加工過程中，由于產品質量受到高溫、高壓、高速和硬件設備等因素的影響，使不銹鋼的產品質量經常出現一些缺陷，不僅影響產品的表面質量，而且影響其后續的加工效果。

1不銹鋼生產中容易產生的質量缺陷

不銹鋼熱加工過程中的主要質量缺陷有邊部裂紋、異物壓入、表面起皺、橘皮缺陷等，其中，邊部裂紋是常見的一種缺陷。研究表明，邊部裂紋與鋼的化學成分、鑄坯質量、軋制工藝、溫度控制、退火工藝、冷卻過程和加工方式等因素有關。不銹鋼熱軋中產生的橫向和縱向裂紋如圖1所示。

2不銹鋼熱加工溫度控制的理論基礎

⑴奧氏體不銹鋼：在常溫下以奧氏體組織為主，具有面心立方晶體結構，熱膨脹系數較大約是碳鋼的1.5倍，導熱系數較低約是碳鋼的1/3，比電阻較高約是碳鋼的4倍。

⑵鐵素體不銹鋼：在常溫下以鐵素體組織為主，具有體心立方晶體結構，這類不銹鋼一般不含鎳，含鉻量在11%～30%，有時還含有少量的Mo、Ti、Nb等合金元素，具有導熱系數較大、膨脹系數較小、抗氧化性和抗應力腐蝕優良等特點，但當鐵素體不銹鋼加熱到900℃時其晶粒顯著長大后，再冷卻至常溫其延伸性和韌性較差，且高溫冷卻過程中容易產生裂紋。

⑶馬氏體不銹鋼：這種鋼是一種通過熱處理調整力學性能的可硬化不銹鋼，其淬火后硬度較高，但馬氏體鋼對不同的回火溫度具有不同的強韌性。馬氏體不銹鋼的導熱系數較低，表面高溫影響區域又硬又脆，一般加熱前需要進行預熱。馬氏體不銹鋼的物理性能和耐腐蝕性能均與含鉻12%-14%的鐵素體不銹鋼接近，由于組織中沒有游離的鐵素體，其機械性能一般較高。

3不銹鋼熱加工中溫度控制

3.1不銹鋼連鑄溫度的控制

3.1.1鋼水澆鑄溫度

鋼水的過熱度越高，連鑄結晶器內生成的坯殼越薄，鑄坯承受外力的能力就越差，在坯殼薄弱處易產生凹陷和裂紋等缺陷，同時結晶器內鑄坯的收縮量變小，坯殼與結晶器之間的間隙變小，使保護渣流人困難，嚴重時會造成保護渣在局部的堵塞，引起結晶器內傳熱的不均勻，使結晶器和鑄坯間的渣膜厚度不均勻，坯殼薄弱處的凹陷和縱裂容易產生。因此，不銹鋼在工藝允許的范圍內應采取低過熱度進行澆鑄，對于2Crl3鋼種其過熱度一般為50～60℃。

3.1.2連鑄二冷區溫度控制

連鑄二冷區對鑄坯表面和內部的裂紋產生有一定影響，主要影響因素除與澆鑄速度、鋼種、鑄坯尺寸和鑄坯表面粗糙度有關外，還受到冷卻水的各段流量、平均水滴大小、流速、沖擊角度和潤濕效果等因素影響，其控制要點有：Ⅰ）鑄坯空冷時應避免過大的表面回溫，一般控制二冷區空冷段鑄坯表面升溫速度不大于l00℃/m，以避免因凝固前沿面的拉應力而產生裂紋的現象；成FeS、磷化物等低熔點液膜而使晶界脆化，不僅降低了不銹鋼的高溫強度和塑性，而且[S]和[P]含量越高對其影響越大，從而使不銹鋼連鑄坯容易出現表面的凹陷和裂紋。一般為改善不銹鋼鑄坯表面的質量，應控制鋼中的[S]含量。圖3示出了鋼液中[S]含量對凹陷深度和裂紋指數的影響關系。

3.2不銹鋼軋制溫度的控制

3.2.1不銹鋼軋制溫度范圍的確定

不銹鋼軋制溫度范圍的確定需要參考鋼的狀態相圖、塑性圖和變形抗力圖等綜合考慮：①確定不銹鋼加熱溫度的依據是鋼的狀態相圖中固相線，鋼加熱中過熱與過燒與開始熔化的溫度有關，如果鋼中有組織偏析和非金屬夾雜，都會造成鋼的熔點溫度降低。因此，鋼的最高加熱溫度應比固相線低100～150℃；②不銹鋼的加熱溫度應在壓力加工末期使鋼仍能保持一定的塑性。由于奧氏體不銹鋼的塑性較好，在單相奧氏體區域內加工時變形抗力較小，而且加工后殘余應力也較小，不會出現裂紋等質量缺陷，這個溫度區域應在鐵碳平衡圖AC3以上30～50℃，固相線以下100～150℃的溫度范圍，最后再結合鋼的終軋溫度及在出爐和熱加工過程中的熱損失，便可確定鋼的最低加熱溫度。一般鋼的終軋溫度對其組織和性能影響較大，鋼的終軋溫度越高，晶粒集聚長大的傾向越大，鋼的機械性能越低，但鋼的終軋溫度也不能太高，根據鐵碳相圖最好控制在850～900℃，一般不要超過950℃，也不要低于800℃；③不銹鋼的合金狀態圖是選擇加熱溫度的重要依據。以二元合金狀態圖為例，固相線決定了鋼的加熱溫度上限，為防止鋼的過熱和過燒，鋼的加熱溫度上限應比熔點溫度低100～150℃，即相當于合金熔點的0.8～0.9倍。鋼的加熱溫度下限應由終軋溫度確定，對于完全固溶狀態的不銹鋼來說，隨加熱溫度的降低不會出現固態相變，終軋溫度一般相當于合金熔點的0.6～0.7倍，這樣可保證熱加工所需要的塑性和變形抗力。但也有例外的情況，如某些合金鋼處于單相區時脆而硬，其塑性較差，而在兩相區時塑性較好，此時加熱溫度應控制在兩相區；④鋼的塑性圖是確定加熱溫度的主要依據，它給出了金屬塑性最高的溫度范圍，加熱溫度上限應控制在塑性最高的區域附近。根據金屬狀態圖和塑性圖確定鋼的加熱溫度范圍后，還要用變形抗力圖（即變形抗力隨溫度的變化曲線）進行校正，以使整個熱加工過程中金屬變形抗力最小的溫度范圍進行。

結語

本文針對不銹鋼熱加工中容易產生的質量缺陷，從連鑄、加熱和軋制特性研究入手，深入分析了各種質量缺陷的產生原因，并從不銹鋼的連鑄、加熱、軋制和退火等方面分別提出了各種缺陷的控制方法。實踐證明，不銹鋼熱加工中這些溫度控制措施對減少產品缺陷和提高質量具有重要意義。

參考文獻

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（作者單位：江蘇金橋焊材科技股份有限公司）