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來提高鋼材的強度，使得鋼材的焊接性能得到優化，并且增強韌性。在相關行業冷軋工藝可以進行更深層次的實踐運用，這對于降低企業的成本支出，提高生產效率至關重要。通過對冷軋工藝深層次研究發現，該工藝可以使得不銹鋼的顯微組織和力學性能都得到相應的改變，對于冷軋機以及相應的工藝手段進行研究至關重要。

1 不銹鋼行業的發展歷程以及存在的發展問題

德國的克虜伯公司在1912年便開始了不銹鋼的工業化生產，不銹鋼具有優良的品質和特征，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業迅速發展，70年代日本的不銹鋼產量超過了美國位居世界第一。80年代以來東亞地區的不銹鋼生產規模迅速發展。技術創新層出不窮，中國成為了不銹鋼生產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18%。生產規模增長率達35%，中國的不銹鋼自給率逐漸提高。中國的不銹鋼產能常年盤踞世界第一，先進產能占比超過80%。中國不銹鋼產業的發展蓬勃迅速，現在已是世界最大的不銹鋼進出口國。

國內的鋼鐵企業引進先進的生產工藝，并且進行消化和吸收，提高工藝創新水平。但是現階段部分企業存在生產工藝落后，產品質量較差，同時生產成本較高等一系列問題。對于較為先進的冶煉——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，含鎳不銹鋼的生產比例需要進一步提高。產能不足的問題在近年來得到了解決，受國際大環境以及國內發展環境的影響，鋼鐵產能得到了控制。去庫存，淘汰落后產能的工作還需要進一步加強。冷軋薄板、低碳和超低碳不銹鋼的推廣和普及工作需要進一步加強。完全取代奧氏體TI穩定化不銹鋼仍需時日，在品種優化方面需要大力發展性價比更高的高氮低鎳不銹鋼。對于先進的生產工藝的使用和創新方面仍然需要提高。以冷軋工藝為例，需要在軋制生產、退火生產過程中加強質量控制，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行多道次的冷軋活動，所得出的鋼板的厚度會發生變化，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性能的影響，可以考慮開展一些拉伸實驗，在室溫下進行。用DNS200微機控制的電子萬能試驗機來進行相關操作。拉伸活動可以將速度設置為一毫米每分鐘。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，利用射線衍射儀進行鑒定。在鑒定完畢之后回收數據進行分析。與實驗研究相關的其他實驗設備還有游標卡尺、千分尺、砂輪機、拋光機、銼刀。

2.2 討論與結果

2.2.1 針對顯微組織進行觀察與討論

在進行冷軋實驗以后會收集樣品，利用光學顯微鏡進行觀察，可以得到具體的圖片，看出誘導馬氏體相變后的狀況，對于數量形態、奧氏體相進行觀察和比對分析，發現受到了較大的剪切應力和軋應力。冷軋后的樣品出現了較大的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，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，當冷軋變形量超過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。這些實驗現象和分析活動可以為不銹鋼板材加工硬化處理提供相應的支撐，為其機理研究提供理論依據。

2.2.2 針對力學性能進行觀察與分析

經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系，經過擬合之后會形成相應的曲線，表達式為y=A2+（A1+A）/［1+e（x-xo）/dx］。此處的y為鉬含量，X則為相應的讀數，其他出現的4個量均為常數，表示不銹鋼的材料組合。伴隨著冷軋活動的進行，硬度隨壓下率的變大，而增大速度較快，當超過了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。當超過35%以后，會使得金屬組織中產生一些馬氏體增加了相變的難度，使得相變速率進一步降低，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的，伴隨著變形量的增大引發的速率也增大，后期則共同趨于平緩。形變誘導馬氏體相變造成了加工組織的硬化現象。在塑性方面304要優于301，在初始階段和冷壓加工階段則完全相反，經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力-應變擬合曲線顯示形變誘導馬氏體相變為301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。進行進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，轉變再一次進行變形時會產生相變和變形，不斷的生成馬氏體。位錯密度會增加導致變形，抗力增大，硬度強度增大，變化拉伸的工程應力應變曲線發現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。經過冷壓之后材料的塑性會降低。

3 加強冷軋不銹鋼生產過程質量監督提高冷軋工藝對不銹鋼性能的影響

在進行不銹鋼生產過程中發現一般而言中間厚度的板材表面質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生壓制錯誤，將異常物質壓入其中。兩種壓制都有可能產生表面質量較差的問題。企業要不斷提高生產效率，保障不銹鋼性能。對于原料篩選、冷軋、退火、產品分割等各個工序有可能出現的缺陷要有相應的研究。在原料、軋制、退火、平整、產品化5個環節發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，也是最容易產生缺陷的兩大行業，需要在這兩個階段進行質量管理。

3.1 在軋制生產過程中進行質量控制和管理

軋制活動具有操作難度高，現場調控難等諸多特點。速度道次、壓下率、乳化液選擇和施加、軋輥材質與表面精度都十分重要，都會對于不銹鋼的性能產生重要的影響。首先是軋制速度，如果軋制的速度較高，那么經過軋制以后產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一些油斑，因此需要進行合理的控制。軋制的次數應當做到夠量，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，則冷壓以后產品的表面粗糙程度就會越小。在控制壓下率的過程中應當考慮到鋼材材料以及設備的情況，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生最直接的影響，稍有不慎可能會影響質量。乳化液的黏度如果越大，那么相對應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當進行及時的抽查，定期更換，確保乳化液的質量，不會對鋼材的表面質量產生不良影響。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行保養和維修，確保運行正常，工作穩定。

在開展冷軋活動時，要對于其他的一些細節問題進行檢查，加入優質墊子。當軋制速度下降以后要防止出現油斑。對于滾輪要進行多次維修，定期維護，對于二輥和三輥應當定期擦拭，加強張力控制，避免出現摩擦痕跡。對于較厚的不銹鋼材料應防止出現墊子痕，在冷軋時的最后一道次不應當添加墊紙，在進行薄材軋制時需要在頭部和尾部增加墊紙。對于工作輥應當做到定期更換，確定適宜的更換周期，根據不銹鋼生產的具體情況以及冷軋的基本信息來確定換輥周期，對于工作狀態中的輥要進行仔細檢查，避免出現問題。不銹鋼在經過冷軋以后需要經過退火環節，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生污染，此時可以適當的縮短冷卻到退火的滯留時間，減輕污染或者防止污染。

3.2 加強退火環節的質量控制，提高不銹鋼性能

不銹鋼屬于高合金鋼，在進行不銹鋼制作的過程中，需要利用冷沖壓進行彎曲、拉伸、沖裁，再通過縮口剪切等諸多工藝形成零部件。在進行加工的過程中，如果出現硬化或者可加工性變壞的現象，需要采用退火的方式來進行處理，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。

退火環節對于提高不銹鋼的性能，保障正常的生產有重要的作用。以奧氏體不銹鋼為例，可以在1050℃～1150℃之間來進行退火，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行結合析出。此時可以有效的降低碳含量。連續退火是最為重要的環節之一，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，模型板材經過冷加工以后其性狀會發生改變，從微觀角度來看滑移面及晶界上將會產生大量的位錯，導致點陣產生畸變，變形量越大則位錯密度越高，內應力及點陣畸變越嚴重，塑性降低，也就是通常所說的加工硬化現象。如果繼續進行便有可能斷裂。因此在進行沖壓之時需要進行軟化退火（中間退火），從而達到降低硬度，恢復塑性的目標，然后再開展下一階段的加工活動。

針對退火的溫度要進行合理的設置，根據不同材料來進行溫度區間的界定。304鋼材的溫度設置可以在1100℃左右，430鋼材設置可以在900℃左右。溫度相對較高則有可能提高生產的效率，但是對于生產設備的要求以及運行的速度也會更高，需要更加精準的來進行相關的操作。退火的溫度和退火的速度有密切關系，根據設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生影響。對于304鋼材應當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行相應的控制，可以進一步提高不銹鋼生產的效率，使得冷軋工藝的運用更加的深入和高效。

4 加強機械設備研究，提高冷壓工藝運用水平

在進行冷軋工藝對不銹鋼性能影響探究的過程中，需要充分的認識到相關機械設備研究的重要性。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，產品門類較為齊全，但是也有連續布置的該種機器。比如日本的森基米爾公司就在1969年設計了1270mm的4機架全連續式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。森基米爾軋機的結構性能較為全面，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整、軋制線調整等機構。產品的版型較好，精度較高，同時設備整體的質量較輕，外形尺寸小，所需要的投資量相對較小。

4.2 合理調整軋制線

在使用冷軋工藝以及相關的技術設備開展生產活動時需要調整軋制線。在壓輥直徑改變以后也應當進行調整調整裝置，通常會設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計為5mm或者10mm，根據滾輪直徑的大小來調整階梯快的位置。這可以可以達到微調的效果，提高控制精度，確保冷軋工作順利進行。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到了1067米每分鐘。通過合理的調整軋制線，可以進一步提高軋制的速度和精度，確保軋制活動順利進行。

4.3 主傳動機構控制

20輥可逆式冷軋機的主傳動機構是其核心，由主馬達來驅動齒輪分配箱，將相應的動力輸出給主軸，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，主傳動機構控制較為便捷，機構較為簡單，在實際操作的過程中操作效率較高。工作輥的設計情況有很大的不同，因而主傳動機構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軸器，從而防止過載，確保運行正常，使得機器的運轉和維護更加的便捷與高效。

4.4 依托冷軋機主要特征開展維護與使用工作

20輥可逆式冷軋機具有可操作性強，便于維護等諸多特征。機架傳統的閉口式牌坊，應力線長，開口度大，可以快速的打開處理相應的故障排除問題。在厚度控制方面相對較為便捷，動作響應度高，控制精度強，采取直接壓下的方式。輥隙的調整較為簡單，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，如果運行不當則很有可能產生安全隱患，如發生火災。機架內油缸較多，運動的部件多，在協調起來時較為不易，操作維護方面有一定的困難。應根據冷軋機的主要特征來開展維護工作，保障冷軋活動順利進行，對于不銹鋼性能改進工作產生積極影響。

5 結語

總之，根據材料的成分、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一步提高冷軋工藝的發展速度，為實踐應用活動注入源源不斷的動力。為了進一步提高企業不銹鋼產能，以及生產效率，應當通過引進更加先進的冷軋工藝，加強技術攻關，以及基礎設施建設，運用更加多樣化的方式來開展相關的探索活動。