楊海波*

（上海瑞柏造粒機(jī)有限公司）

0 引言

目前造粒機(jī)中大多采用高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼鋼帶，這類鋼帶用作輸送帶時(shí)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）高強(qiáng)度；（2）高硬度；（3）抗腐蝕；（4）耐磨性；（5）較好韌性；（6）抗疲勞。

1 高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼鋼帶成分分析

石油化工領(lǐng)域造粒廣泛采用的輸送帶有2 種：瑞典山特維克公司1200SA 奧氏體不銹鋼鋼帶和奧地利百德福公司的Nicro12.1 奧氏體不銹鋼鋼帶。盡管這兩家公司還研制出了碳鋼鋼帶、低碳及超低碳馬氏體鋼帶，但在化工行業(yè)中，高強(qiáng)度奧氏體鋼帶應(yīng)用更廣泛。表1 是高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼鋼帶的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）。

表1 高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼鋼帶成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） %

奧氏體不銹鋼具有優(yōu)異的抗腐蝕性和較好的韌性，適合應(yīng)于冷卻輸送腐蝕性的物料；其缺點(diǎn)是力學(xué)性能較差，抗拉強(qiáng)度較低，熱傳導(dǎo)性差，熱膨脹系數(shù)大。單一的奧氏體不銹鋼鋼帶無(wú)法作為冷卻輸送帶使用，輸送帶纏繞2 個(gè)轉(zhuǎn)鼓運(yùn)行，需要承受較大的張緊力和承載物料的輸送拉力。因此需要將奧氏體不銹鋼鋼帶強(qiáng)化為高強(qiáng)度不銹鋼鋼帶，常用的鋼帶強(qiáng)化工藝包括以下5 種：（1）馬氏體硬化熱處理；（2）冷加工拉伸硬化強(qiáng)化；（3）固溶化硬化熱處理；（4）晶粒細(xì)化熱處理；（5）析出硬化熱處理。

奧氏體不銹鋼是17Cr+7Ni 鉻鎳不銹鋼，不同的合金元素會(huì)使材料具有不同的相變溫度，一些元素（鎳、錳、氮）支持奧氏體形成，另一些元素支持鐵素體形成。奧氏體不銹鋼不能通過(guò)熱處理的方式來(lái)改變金相組織形成大量馬氏體達(dá)到提高力學(xué)性能的目的，而只能通過(guò)冷加工拉伸工藝使奧氏體金相組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體金相組織從而提高鋼帶的力學(xué)性能。圖1所示為鋼帶冷加工量與強(qiáng)化產(chǎn)生馬氏體量的微晶組織圖。

圖1 鋼帶冷加工量與強(qiáng)化產(chǎn)生馬氏體量的微晶組織圖

2 高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼鋼帶力學(xué)性能分析

通過(guò)冷加工拉伸硬化后，奧氏體不銹鋼鋼帶的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度明顯提高。奧氏體晶格組織的不銹鋼抗拉強(qiáng)度通常為500 MPa 左右，經(jīng)過(guò)冷加工硬化產(chǎn)生馬氏體金相組織后，其抗拉強(qiáng)度可達(dá)1 200 MPa。表2 為奧氏體不銹鋼鋼帶與高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼鋼帶力學(xué)性能。

表2 奧氏體不銹鋼與高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼鋼帶力學(xué)性能對(duì)比

在某個(gè)溫度下，奧氏體不銹鋼進(jìn)行冷加工也不可能產(chǎn)生形變馬氏體，在該溫度下奧氏體金相組織非常穩(wěn)定，而該溫度即為形變馬氏體產(chǎn)生的臨界溫度（Md30）。Md 溫度越低奧氏體組織就越穩(wěn)定。實(shí)際鋼帶軋制時(shí)常采用Md30 溫度，其值可以由鋼化學(xué)成分含量計(jì)算確定，在該溫度下30%的冷變形可以產(chǎn)生50%的高強(qiáng)度馬氏體。大量馬氏體的生成使鋼帶強(qiáng)度提高，從普通奧氏體不銹鋼鋼帶轉(zhuǎn)化為高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼鋼帶。這類形變產(chǎn)生的馬氏體由于碳含量較低，被稱之為低碳馬氏體或超低碳馬氏體，與高碳馬氏體相比，其具有更高的強(qiáng)度、硬度、韌性以及很低的脆裂性，焊接性能也良好。

3 高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼鋼帶機(jī)械性能與物理性能分析

高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼鋼帶的機(jī)械性能和物理性能可見(jiàn)表3。

表3 高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼鋼帶的機(jī)械性能與物理性能

奧氏體不銹鋼鋼帶質(zhì)量主要根據(jù)其機(jī)械性能和物理性能來(lái)判斷，抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、彈性極限以及疲勞強(qiáng)度越高，鋼帶在冷卻輸送機(jī)中運(yùn)轉(zhuǎn)就越不容易損壞，使用壽命就越長(zhǎng)。結(jié)合近30 年實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)同樣冷卻輸送機(jī)分別安裝的普通奧氏體不銹鋼鋼帶和高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼鋼帶進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，普通奧氏體不銹鋼鋼帶壽命一般不超過(guò)1 a，而高強(qiáng)度奧氏體不銹鋼鋼帶壽命可以達(dá)到5～6 a，壽命最長(zhǎng)的鋼帶運(yùn)行至今已超過(guò)14 a。

通常鋼帶抗拉強(qiáng)度越高，鋼帶的疲勞強(qiáng)度也較高，鋼帶回轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)越不容易產(chǎn)生裂紋。根據(jù)鋼帶制造商提供的鋼帶動(dòng)態(tài)載荷試驗(yàn)，選取30 個(gè)鋼帶樣品進(jìn)行循環(huán)往復(fù)試驗(yàn)，其中有50%樣品鋼帶沒(méi)有運(yùn)行超過(guò)2 000 000 圈，試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)表4 和圖2。

表4 鋼帶回轉(zhuǎn)運(yùn)行動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

圖2 鋼帶回轉(zhuǎn)圈數(shù)與應(yīng)力關(guān)系

大多鋼帶產(chǎn)生裂紋是因?yàn)殇搸谑ВM管鋼帶所受最大應(yīng)力沒(méi)有超過(guò)鋼帶的彈性強(qiáng)度，但交替反復(fù)波動(dòng)的應(yīng)力變化起初形成細(xì)微裂紋，最后演變?yōu)檩^大的明顯裂紋而失效，具體可見(jiàn)圖3。

導(dǎo)致鋼帶產(chǎn)生微裂紋的應(yīng)力包括拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力、扭曲應(yīng)力、彎曲應(yīng)力及熱應(yīng)力等，鋼帶局部熱變形會(huì)導(dǎo)致上述多種應(yīng)力產(chǎn)生。制造商給出的疲勞強(qiáng)度是指在室溫下鋼帶能夠承載的最大應(yīng)力，如果鋼帶受熱，疲勞強(qiáng)度會(huì)明顯降低。

奧氏體不銹鋼熱傳導(dǎo)率較低，熱膨脹系數(shù)較大，在使用過(guò)程中應(yīng)盡量使鋼帶受熱均勻，避免其表面產(chǎn)生局部熱膨脹變形，甚至產(chǎn)生裂紋。

圖3 典型的微裂紋

4 結(jié)論

奧氏體不銹鋼鋼帶通過(guò)冷加工產(chǎn)生形變馬氏體后轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚?qiáng)度奧氏體不銹鋼鋼帶。奧氏體不銹鋼鋼帶因含碳量低而強(qiáng)度高、韌性好，不具有脆裂性；其疲勞強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度互相關(guān)聯(lián)，當(dāng)溫度升高時(shí)，其疲勞強(qiáng)度明顯降低。

鋼帶局部承受各種交變波動(dòng)應(yīng)力，會(huì)產(chǎn)生細(xì)微裂紋，最終導(dǎo)致明顯大裂紋，盡管鋼帶受力仍然沒(méi)有超過(guò)其彈性強(qiáng)度，奧氏體不銹鋼鋼帶熱膨脹系數(shù)大，受熱不均容易產(chǎn)生局部熱應(yīng)力和形狀交變波動(dòng)應(yīng)力，最終產(chǎn)生裂紋。