李 鋒，孟帥捷

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司，山東 萊蕪 271100)

Cr13型馬氏體不銹鋼含碳量中低，常見(jiàn)鋼種包括12Cr13、20Cr13、30Cr13等。馬氏體不銹鋼一般在淬火回火處理后使用，有較高的強(qiáng)度、硬度和淬透性，在退火狀態(tài)下具有較好的切削加工性能，主要用于制造要求耐腐蝕、高強(qiáng)度、耐磨的零件及量具、醫(yī)療器具、刃具、構(gòu)件等。為了優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、拓展市場(chǎng)，不銹鋼軋鋼廠利用現(xiàn)有設(shè)備，采用全氫罩式退火+連續(xù)酸洗工藝，通過(guò)對(duì)全氫罩式退火及酸洗生產(chǎn)工序的優(yōu)化改進(jìn)，成功開(kāi)發(fā)生產(chǎn)出了Cr13型馬氏體不銹鋼酸洗白皮卷。所生產(chǎn)的產(chǎn)品，質(zhì)量性能指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求，關(guān)鍵質(zhì)量控制措施有效。

1 工藝設(shè)備簡(jiǎn)介

不銹鋼軋鋼廠目前擁有完整先進(jìn)的爐卷生產(chǎn)線、罩式退火生產(chǎn)線和連續(xù)退火酸洗生產(chǎn)線各一條。其中不銹鋼全氫罩式退火爐為德國(guó)LOI工業(yè)爐公司設(shè)計(jì)制造，工藝技術(shù)先進(jìn)，一期年產(chǎn)量6萬(wàn)噸。酸洗系統(tǒng)為國(guó)內(nèi)自主研發(fā)制造的連續(xù)退火酸洗線，年產(chǎn)60萬(wàn)噸不銹鋼白皮卷。圖1為Cr13型馬氏體不銹鋼酸洗白皮卷生產(chǎn)工藝流程。

2 全氫罩式退火工藝

熱軋的帶鋼會(huì)發(fā)生塑性變形，各晶粒順著軋制方向伸長(zhǎng)，壓扁，破碎，在晶界形成大量位錯(cuò)，晶格變形，導(dǎo)致加工硬化。對(duì)于Cr13型不銹鋼來(lái)說(shuō)，熱軋后在冷卻過(guò)程中組織發(fā)生馬氏體相變，常溫下得到全部或部分的馬氏體組織。

對(duì)馬氏體鋼種的罩式退火處理來(lái)講，其目的是降低帶鋼的硬度，便于下游制品加工。因此采用罩式退火爐將鋼帶加熱到馬氏體相變點(diǎn)以上，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間保溫和緩慢冷卻，以消除軋制內(nèi)應(yīng)力和加工硬化，使被拉長(zhǎng)的晶粒變?yōu)榈容S晶粒，獲得良好的冷加工性能。馬氏體組織也分解為鐵素體組織+較均勻、細(xì)小的碳化物，帶鋼變軟，利于后續(xù)加工。圖2為Cr13型馬氏體不銹鋼罩式退火曲線。

1.爐卷線生產(chǎn)的合格黑皮卷；2.全氫罩式爐；3.開(kāi)卷機(jī)；4.矯直機(jī)；5.切頭尾剪；6.MIG焊機(jī)；7.活套；8.連續(xù)退火爐(空過(guò))；9.破鱗機(jī)；10.拋丸機(jī)；11.酸洗系統(tǒng)；12.平整機(jī)；13.活套；14.分切剪；15.卷取機(jī)圖1 Cr13型馬氏體不銹鋼酸洗白皮卷生產(chǎn)工藝

圖2 Cr13型不銹鋼罩式退火工藝

將Cr13型熱軋鋼帶緩慢冷卻到室溫或冷卻到200～260 ℃熱裝入罩式爐，裝爐后快速加熱到440～450 ℃，爐溫達(dá)到450 ℃后以小于50 ℃/h的速度均勻加熱到(850±5)℃保溫14～17 h，帶加熱罩冷卻至(750±5)℃保溫4～6 h，隨后繼續(xù)帶加熱罩冷卻至550 ℃，要求時(shí)間大于6 h，換冷卻罩強(qiáng)制冷卻，當(dāng)溫度達(dá)到160 ℃后出爐自然冷卻。

因此，對(duì)馬氏體黑皮卷的罩式退火關(guān)鍵控制包括：(1)緩慢升溫至最高溫度；(2)控制好保溫溫度；(3)確保保溫時(shí)間；(4)控制好冷卻速度。其中帶加熱罩冷卻至(750±5)℃保溫4～6 h有利于溶質(zhì)元素的擴(kuò)散，改善熱軋后的帶狀組織，提高后續(xù)的淬火和回火力學(xué)性能。

3 連續(xù)酸洗工藝

不銹鋼酸洗的目的主要是去除鋼帶表面的氧化皮并產(chǎn)生鈍化效果，以提高不銹鋼的外觀和耐蝕性，并為后序加工提供便利。在連續(xù)酸洗線上，Cr13型馬氏體鋼帶的頭尾連接依靠MIG氬弧焊機(jī)焊接完成，焊接完成后的鋼帶采用機(jī)械除鱗和化學(xué)除鱗的方法進(jìn)行表面處理，機(jī)械除鱗可使鋼帶表面氧化皮疏松良好，氧化鐵皮去除率達(dá)75%以上，且清除均勻，化學(xué)除鱗則除去鋼帶表面剩余氧化皮，并起到鈍化作用。

3.1 機(jī)械除鱗過(guò)程控制

機(jī)械除鱗設(shè)備主要為破鱗機(jī)和拋丸機(jī)，其除鱗程度對(duì)于整個(gè)酸洗過(guò)程的控制影響巨大。如果破鱗機(jī)和拋丸機(jī)的除鱗程度達(dá)不到要求，則很難通過(guò)一次性酸洗生產(chǎn)出合格的白皮卷，同時(shí)會(huì)造成酸液鐵離子濃度升高，增加廢酸排放量。為保證除鱗效果，對(duì)于厚度不大于6 mm的熱軋鋼帶，應(yīng)根據(jù)鋼帶厚度適當(dāng)調(diào)整破鱗機(jī)壓下量及鋼帶張力，控制彎曲輥壓下量不大于80 mm，矯直輥壓下量不大于85 mm，出口張力大于380 kN，使鋼帶延伸率大于0.5%。拋丸機(jī)磨料使用切絲鋼丸，粒徑0.4～0.5 mm，硬度大于42 HRC。生產(chǎn)過(guò)程中，拋丸機(jī)開(kāi)啟16個(gè)拋頭對(duì)鋼帶上下表面進(jìn)行打擊除鱗。由于拋丸機(jī)是通過(guò)葉輪的旋轉(zhuǎn)將鋼丸高速拋出后沖擊到帶鋼表面，以達(dá)到去除帶鋼表面氧化皮的目的，因此，較高的下砂量和拋頭轉(zhuǎn)速對(duì)除鱗效果是有利的，但如果下砂量和拋頭轉(zhuǎn)速過(guò)大會(huì)造成鋼帶表面粗糙度增加，因此應(yīng)合理設(shè)置運(yùn)行參數(shù)，拋頭電流一般控制到(120±10) A。

3.2 化學(xué)除鱗過(guò)程控制

化學(xué)除鱗主要包括硫酸酸洗和混酸(硝酸+氫氟酸)酸洗。在鉻含量相當(dāng)?shù)牟讳P鋼中,一般奧氏體鋼耐蝕性最好,鐵素體次之,馬氏體最差[1]，退火狀態(tài)下的馬氏體不銹鋼的力學(xué)性能也很低,耐蝕性能不高，所以整個(gè)酸洗過(guò)程控制更為重要，尤其要控制氫氟酸的使用。對(duì)于Cr13型馬氏體不銹鋼的酸洗，一般采用輕酸洗的方法進(jìn)行，即硫酸的濃度和氫氟酸的濃度要按下限控制，輕酸洗可防止出現(xiàn)色差、過(guò)酸洗、表面粗糙等缺陷而造成的重洗及降級(jí)品的出現(xiàn)。影響酸洗過(guò)程的主要因素有酸的濃度、溫度及酸液的金屬離子濃度。酸洗段工藝控制如表1所示。

為保證經(jīng)過(guò)破鱗機(jī)及拋丸機(jī)后附著在鋼帶表面的氧化皮徹底清除，酸洗后鋼帶表面色澤均勻、無(wú)色差，刷洗機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)非常重要。生產(chǎn)過(guò)程中刷輥電流一般控制在30～50 A，轉(zhuǎn)速大于800 r/min，為防止出現(xiàn)刷輥印、劃傷等缺陷，刷輥的電流不能過(guò)大，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)情況進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)，擠干輥、刷洗機(jī)組的投用也會(huì)對(duì)酸洗效果產(chǎn)生影響，應(yīng)做好擠干輥維護(hù)清潔，及各級(jí)刷洗水的更換工作，確保吹邊空氣干燥，鋼帶烘干溫度不低于120 ℃。

表1 酸洗工藝控制

4 生產(chǎn)效果

4.1 鋼帶外觀及力學(xué)性能

經(jīng)罩式退火和酸洗后的Cr13型馬氏體不銹鋼表面呈銀白色，無(wú)過(guò)酸洗、氧化皮殘留、色差、劃傷等缺陷，一級(jí)品率達(dá)到98.6%以上。性能試驗(yàn)表明其力學(xué)性能良好，全部符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，罩式退火及酸洗后的鋼帶力學(xué)性能見(jiàn)表2。

4.2 金相組織

經(jīng)罩式退火后的Cr13型馬氏體不銹鋼金相組織均為鐵素體+球狀碳化物，帶狀組織基本消除，晶粒度均勻，碳化物小而彌散。圖3(a)為20Cr13不銹鋼金相組織，圖3(b)為30Cr13不銹鋼金相組織。

表2 Cr13型馬氏體不銹鋼罩式退火后鋼帶力學(xué)性能

(a) (b)圖3 Cr13型馬氏體不銹鋼罩式退火后組織

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于12Cr13、20Cr13、30Cr13等Cr13型馬氏體不銹鋼，采用相變點(diǎn)以上的罩式退火溫度，鋼帶硬度較低，加工性能較好，但應(yīng)該嚴(yán)格控制冷卻速度，一般550 ℃以上時(shí)，冷卻速度不應(yīng)超過(guò)30 ℃/h。而在機(jī)械除鱗和化學(xué)除鱗過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)拋丸電流和酸洗濃度的管理，確保鋼帶表面粗糙度Ra不大于3.2 um，無(wú)色差、氧化皮殘留等缺陷，提高白皮卷的一級(jí)品率，為后序生產(chǎn)提供良好的保證。