陳新旺(廣西柳鋼中金不銹鋼有限公司，廣西 玉林 537624)

0 引言

在冷軋退火爐的退火過(guò)程中，不銹鋼冷軋過(guò)程使鋼板表面產(chǎn)生的殘留物和油脂仍是最大的影響，當(dāng)前國(guó)內(nèi)很多企業(yè)雖已采用脫脂機(jī)組，但效果仍不理想，嚴(yán)重制約了后續(xù)工序的加工制造，若想切實(shí)解決這一問(wèn)題，必須對(duì)退火爐的燃燒氣氛、爐內(nèi)壓力和保護(hù)氣體進(jìn)行嚴(yán)格控制。在不銹鋼的固溶處理時(shí)，合金元素的氧化問(wèn)題嚴(yán)重影響了帶鋼的表面光亮度。特別是鉻的氧化使帶鋼表面脫鉻，會(huì)嚴(yán)重降低不銹鋼的耐蝕性。所以必須對(duì)此采取工藝控制，需根據(jù)不同合金元素比例采取不同的退火工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的控制。

1 冷軋不銹鋼退火酸洗線的特點(diǎn)

不銹鋼經(jīng)冷軋成薄板后大大提升再加工能力，但經(jīng)冷軋變形后的不銹鋼內(nèi)部晶粒被拉長(zhǎng)、出現(xiàn)晶粒破碎和晶體缺陷的問(wèn)題，導(dǎo)致不銹鋼內(nèi)部自由能升高，處于不穩(wěn)定狀況。須經(jīng)過(guò)退火處理將帶鋼加熱到一定溫度，使原子取得足夠的分散動(dòng)能，消除晶格畸變，使破碎晶粒重新結(jié)合而再次恢復(fù)平衡。為了在退火加熱過(guò)程中能有效的去除帶鋼表面殘留物而又不被高溫氧化，必須采用氣體進(jìn)行保護(hù)。目前行業(yè)中主要采用氫氣作為保護(hù)氣體，由于氫氣是一種強(qiáng)還原劑，同時(shí)也具有密度小、導(dǎo)熱率高的特性，故在冷軋不銹鋼退火處理時(shí)，爐內(nèi)的保護(hù)氣體越純、濃度越高，退火后的帶鋼表面也就越清潔光亮。但由于氫氣的易爆炸，目前行業(yè)中普遍采取氨分解氣，導(dǎo)致了保護(hù)氣體在純度上的可變因素較大，這就需要在設(shè)備的設(shè)計(jì)和使用過(guò)程中更多去從氣密性上控制，確保保護(hù)氣體的濃度達(dá)到要求，達(dá)到再結(jié)晶光亮退火的目的。

由于退火過(guò)程中發(fā)生表面灰暗或發(fā)黑的鋼卷不能達(dá)到再加工要求，需采用酸洗線進(jìn)行再處理，利用酸的強(qiáng)氧化性，使帶鋼通過(guò)流水線的形式在酸洗線中去除氧化鐵和殘留物，從而得到光亮的不銹鋼產(chǎn)品。但酸洗這一處理工藝流程只能作為輔助處理措施，如果大批量的進(jìn)行再處理，將直接給企業(yè)帶來(lái)成本及節(jié)能環(huán)保壓力。因此應(yīng)推進(jìn)退火工藝優(yōu)化，不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量。要求不銹鋼退火酸洗工藝做到低成本、低排放、節(jié)能環(huán)保，在提高產(chǎn)量的基礎(chǔ)上減少消耗，使工藝應(yīng)用能夠滿足我國(guó)發(fā)展建設(shè)的實(shí)際需求。

2 冷軋不銹鋼退火的原則

2.1 預(yù)、加熱制度制定原則

冷軋不銹鋼在加熱過(guò)程中將按一定的升溫速度加熱不銹鋼到1 050～1 120 ℃左右，其顯微組織將發(fā)生相變或部分相變，馬氏體將轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。整個(gè)退火爐分為三段式，入口段為輻射預(yù)熱段，主要是利用加熱段產(chǎn)生的高溫尾氣熱量使帶鋼在進(jìn)入直燃式加熱段之前預(yù)熱到450 ℃左右，這樣能有效的利用剩余熱能，節(jié)約能源成本。根據(jù)200系和300系不銹鋼合金成分的不同，當(dāng)預(yù)熱溫度達(dá)到300～500 ℃時(shí)能更好的消除材料內(nèi)部因冷軋變性后產(chǎn)生的應(yīng)力，但預(yù)熱溫度也不應(yīng)過(guò)高，當(dāng)溫度超過(guò)600 ℃時(shí)會(huì)加速帶鋼的氧化，同時(shí)碳化鉻的析出使帶鋼再結(jié)晶時(shí)出現(xiàn)貧鉻導(dǎo)致成品質(zhì)量的下降。

帶鋼在經(jīng)過(guò)預(yù)熱段消除應(yīng)力后采取急速升溫的方式，使帶鋼在20 s的時(shí)間內(nèi)加熱至1 050～1 100 ℃，可使沉積于晶界的碳化物重新溶解到奧氏體晶粒中，當(dāng)溫度高于1 000 ℃時(shí)，不銹鋼內(nèi)部破壞組織將恢復(fù)和小部分晶粒的再結(jié)晶，其屈服強(qiáng)度和硬度隨退火溫度的上升而下降；在1 050 ℃以上退火處理時(shí)再結(jié)晶組織和性能將達(dá)到最佳。低于1 050 ℃退火進(jìn)行的將不完全，高于1 100 ℃產(chǎn)品表面會(huì)被逐漸破壞。不銹鋼經(jīng)過(guò)1 100 ℃退火處理時(shí)內(nèi)部晶粒度檢測(cè)結(jié)果如圖1所示。

圖1 不銹鋼經(jīng)過(guò)1 100 ℃退火處理時(shí)內(nèi)部晶粒度檢測(cè)結(jié)果

2.2 冷卻制度制定原則

帶鋼達(dá)到目標(biāo)溫度后，隨即進(jìn)入冷卻段進(jìn)行冷卻，冷卻段是帶鋼產(chǎn)生缺陷較為密集的地點(diǎn)，在控制上除了合理設(shè)定壓力和帶鋼張力以避免擦劃傷外，還應(yīng)控制好帶鋼的冷卻速率，否則會(huì)發(fā)生碳化物析出，影響材料性能。但冷卻速率也不宜過(guò)大，否則容易引起冷卻皺紋等缺陷。在通常的處理溫度下，從室溫向高溫的加熱過(guò)程中，雖然在500～800 ℃區(qū)間發(fā)生氧化，但在達(dá)到處理溫度時(shí)很快被還原，只有在處理后的冷卻過(guò)程中所發(fā)生的氧化再不能還原。因此快速?gòu)?qiáng)化冷卻是極其重要的。在800 ℃ 以下冷卻速度應(yīng)在 20 ℃/s左右，冷卻方法采用保護(hù)氣體直接噴吹到處理鋼帶的表面是帶鋼急速冷卻至常溫。

3 冷軋不銹鋼退火酸洗線的幾種工藝

3.1 傳統(tǒng)酸洗線工藝

傳統(tǒng)的冷軋不銹鋼酸洗工藝主要分為預(yù)酸洗和酸洗兩個(gè)部分，冷軋帶鋼退火酸洗線上一般不用機(jī)械方式進(jìn)行酸洗前的破鱗處理，由于冷軋帶鋼經(jīng)退火后表面的氧化物較薄，而且使用機(jī)械方式破鱗會(huì)影響產(chǎn)品表面的質(zhì)量。預(yù)酸洗階段一般使用濃度在5%左右的稀硫酸使帶鋼表面的部分氧化物進(jìn)行去除，特別是極難除去的鉻氧化層已基本被疏松甚至被溶解，這就使得后面的混酸處理變得為容易。帶鋼經(jīng)過(guò)預(yù)酸洗后，表面的氧化層仍不能有效去除，其復(fù)雜而致密的氧化層需要用具有很強(qiáng)侵蝕能力的混酸來(lái)處理?；焖嵋话闶怯上跛岷蜌浞岚匆欢ū壤旌隙桑捎跉浞岬那治g能力極強(qiáng)，能深入穿透到氧化層甚至基體內(nèi)部，因此混酸的濃度不宜過(guò)高，否則氟元素會(huì)侵入到帶鋼內(nèi)部產(chǎn)生腐蝕作用。

3.2 無(wú)硝酸酸洗工藝

該技術(shù)與傳統(tǒng)工藝的區(qū)別僅在酸洗段不同，主要是在硫酸中加入氫氟酸組成混合酸洗液，依靠Fe的氧化性誘發(fā)氧化鐵皮反應(yīng)，使酸液透過(guò)氧化皮的裂隙，隨后與Cr、Fe反應(yīng)并產(chǎn)生大量氫氣，最終氧化皮撕裂、脫落。該工藝在實(shí)際應(yīng)用中需要經(jīng)過(guò)預(yù)熱-淬水-漂洗-緩解，該技術(shù)手段環(huán)保性較高，實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生的有害物較少，可以處理任何鋼種的管材、線材、板材，酸洗過(guò)程中只溶解氧化皮，且酸洗效率高、表面質(zhì)量好，能夠節(jié)省化學(xué)品消耗。

3.3 Dalnox Bright TM技術(shù)

Dalnox Bright能夠降低退火過(guò)程中的氧化，避免酸洗處理并減少?gòu)U液中和量，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中能夠嚴(yán)格控制退火氣氛，在受控氧化氣氛中最初的快速加熱段與氧化形成薄膜，在非氧化氣氛中完成金相轉(zhuǎn)變。同時(shí)該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中能夠避免碳化物析出的冷卻速度，降低環(huán)境沖擊和表面鈍化，無(wú)論是生產(chǎn)2D產(chǎn)品的表面還是接近于2R的表面，從而節(jié)約了設(shè)備投資和管理成本。Dalnox Bright TM技術(shù)工藝手段日益成熟，實(shí)際應(yīng)用中無(wú)需對(duì)酸洗段做任何改變，可以進(jìn)一步降低排放和廢物中和處理的費(fèi)用，對(duì)新建工廠和現(xiàn)有工廠改造中較為常見，提高了產(chǎn)量而獲得盈利，符合時(shí)代發(fā)展需求[2]。

4 冷軋不銹鋼退火酸洗線的優(yōu)化方向

4.1 退火溫度制度優(yōu)化

原冷硬卷的單位卷曲張力均為3.5 kg時(shí)，同規(guī)格冷硬卷的變形量在50%～80%間，因粘結(jié)造成合格率偏低，不變形程度越大，金屬畸變能越高，且隨著生產(chǎn)的逐步進(jìn)行，退火溫度相應(yīng)的也應(yīng)有所提高。如冷軋薄板厚度小于1.0 m時(shí)，工藝?yán)潼c(diǎn)溫度高將會(huì)導(dǎo)致加熱、保溫時(shí)間長(zhǎng)，此時(shí)退火卷的延伸率為46%～49%(標(biāo)準(zhǔn)37%)，在退火時(shí)溫度也應(yīng)較低，再結(jié)晶溫度會(huì)相對(duì)提高，經(jīng)過(guò)性能判定，優(yōu)化退火工藝制度，并對(duì)比其力學(xué)性能進(jìn)行判定，最終縮短退火周期。

4.2 過(guò)程氣氛優(yōu)化

當(dāng)天然氣和助燃空氣的壓力發(fā)生變化時(shí)，其他參數(shù)會(huì)隨著壓力的變化而變化。在優(yōu)化退火程序的同時(shí)，過(guò)剩系數(shù)K的優(yōu)化及過(guò)程氣氛優(yōu)化也至關(guān)重要，因此需要改變單一氣氛程式的操作方法，采取措施減小燃?xì)鈮毫Σ▌?dòng)范圍，使每爐的氫氣耗量平均減少50～60 m3。同時(shí)保護(hù)氣體流量與爐內(nèi)溫度的變化進(jìn)行調(diào)控，保證K值穩(wěn)定在0.3～0.4間，優(yōu)化后與原吹掃工藝相比更符合需求。

5 結(jié)語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)的冷軋不銹鋼退火酸洗線大部分采用的是傳統(tǒng)工藝路線，但隨著新工藝技術(shù)的逐步完善，需要將現(xiàn)代化工藝手段結(jié)合實(shí)際合理應(yīng)用，從而在滿足環(huán)保要求、經(jīng)濟(jì)要求的基礎(chǔ)上，提高工業(yè)生產(chǎn)效率及質(zhì)量，預(yù)計(jì)今后無(wú)硝酸酸洗技術(shù)和Dalnox Bright1藝技術(shù)將會(huì)得到快速發(fā)展。