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        不同軋制工藝對316奧氏體不銹鋼晶粒度的影響研究

        2022-01-24 08:25:58陳潤澤衛(wèi)曉霞
        山西冶金 2021年5期
        關(guān)鍵詞:再結(jié)晶奧氏體不銹鋼

        陳潤澤,衛(wèi)曉霞

        (中國寶武山西太鋼不銹鋼股份有限公司臨汾分公司,山西 臨汾 041000)

        316奧氏體不銹鋼因添加Mo元素,耐蝕性、耐大氣腐蝕性和高溫強(qiáng)度優(yōu)良,可在苛酷的條件下使用,廣泛應(yīng)用核電容器罐體和封頭、輸送管線、沿海地區(qū)設(shè)施等。近年來,在某些重點領(lǐng)域,出于安全性考慮,要求鋼板全厚度方向力學(xué)性能均勻,晶粒度4級或更細(xì),最大晶粒度級別與最小晶粒度級別之差不超過2級。但在實際生產(chǎn)中,由于軋制過程中軋制力的不均勻傳遞[1],工藝設(shè)計和執(zhí)行不當(dāng),會存在心部和近表面晶粒不均勻。由于奧氏體不銹鋼在高溫至室溫都是單相奧氏體組織,沒有相變轉(zhuǎn)變點,無法通過熱處理來細(xì)化其晶粒,所以在軋制階段嚴(yán)格控制開軋溫度、終軋溫度等熱加工工藝參數(shù),通過動態(tài)再結(jié)晶達(dá)到細(xì)化且均勻的晶粒,成為一種重要的途徑。

        1 工藝方案設(shè)計

        1.1 軋制規(guī)格及連鑄坯規(guī)格

        軋制規(guī)格:25 mm×(2 400~2 600)mm×L,連鑄坯規(guī)格:200 mm×1 525 mm×L。

        1.2 工藝設(shè)計

        設(shè)計低溫控軋和高溫高終軋兩種工藝方案,具體工藝參數(shù)見表1。

        表1 低溫控軋和高溫高終軋兩種工藝參數(shù) ℃

        低溫控軋要求控制終軋溫度低于800℃,鋼板完成軋制后不再進(jìn)行動態(tài)再結(jié)晶,主要為軋制態(tài)帶狀組織,再經(jīng)過充分固溶熱處理,得到細(xì)化而均勻的晶粒。

        高溫高終軋要求鋼坯加熱溫度高,且控制終軋溫度高于1 020℃,使奧氏體進(jìn)行充分的動態(tài)再結(jié)晶,軋態(tài)組織基本為等軸晶,再經(jīng)過充分固溶熱處理,從而得到細(xì)化而均勻的晶粒。

        2 軋制試驗

        2.1 低溫控軋

        加熱溫度1 200~1 250℃,采用控制軋制,軋制成品鋼板厚度3倍或以上厚度待溫,溫度低于820℃完成剩余軋制。由于二軋程溫度較低,單道次變形量低于20%。低溫控制軋制道次壓下量和變形率見表2。

        表2 200 mm連鑄坯低溫控制軋制25 mm厚鋼板道次壓下量和變形率

        實際生產(chǎn)的25 mm厚鋼板全厚度晶粒度不均勻,級差較大,中心部晶粒7級,均勻分布;但近表層存在較多粗于4級的晶粒,用戶不接受。鋼板表面晶粒度如下頁圖1所示。

        圖1 200 mm連鑄坯低溫控制軋成25 mm鋼板表面晶粒

        2.2 高溫高終軋

        加熱溫度1 270~1 300℃,搶溫快軋,軋制過程采用少道次大變形量,展寬后單道次壓下率大于20%(道次壓下量和變形率見表3),控制終軋溫度高于1 020℃。

        表3 25 mm厚316不銹鋼各道次壓下量和變形率

        在實際生產(chǎn)中,首先要保證鋼坯加熱溫度,避免鋼坯在爐頭等待時間過長造成溫度損失;要快速送鋼,輥速要大于2.5 m/s,以降低軋前溫度損失。軋制階段,通過對前期軋制道次壓下量、變形率與鋼板晶粒度結(jié)果的對比分析,確定出不同厚度規(guī)格鋼板本次軋制的規(guī)程模型,以實現(xiàn)不同軋制批次鋼板晶粒度級別的穩(wěn)定性和一致性。

        通過上述措施,生產(chǎn)的25mm厚鋼板全厚度晶粒度基本均勻,近表面晶粒不均勻現(xiàn)象得到有效改善,如圖2所示,可以滿足用戶對晶粒度均勻性的要求。

        圖2 200 mm連鑄坯近高表溫面高晶終粒軋軋成的25 mm鋼板

        3 兩種方案試驗分析

        低溫控軋工藝,方案設(shè)計要求控制終軋溫度低于800℃,鋼板完成軋制后不再進(jìn)行動態(tài)再結(jié)晶。但在實際生產(chǎn)中,受鋼板厚度的影響,溫度不一致,部分組織發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶,導(dǎo)致晶粒不均勻。

        奧氏體的動態(tài)再結(jié)晶需要一定的驅(qū)動力,而驅(qū)動力主要來自于溫度[2]。在某一特定溫度下可以發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶,此溫度為動態(tài)再結(jié)晶溫度。高溫高終軋工藝,就是利用這一原理,軋制過程中搶溫快軋,采用少道次、大變形量,控制終軋溫度高于動態(tài)再結(jié)晶溫度,使奧氏體進(jìn)行充分的動態(tài)再結(jié)晶,從而形成均勻的奧氏體組織。

        316奧氏體不銹鋼的動態(tài)再結(jié)晶溫度較高,一般在950℃左右,為了使奧氏體不銹鋼能發(fā)生充分的動態(tài)再結(jié)晶以促使晶粒度細(xì)化而均勻,所以要把終軋溫度控制在動態(tài)再結(jié)晶溫度(950℃)以上。隨著終軋溫度的升高,奧氏體動態(tài)再結(jié)晶的驅(qū)動力不斷增多,使得發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶的程度也普遍加強(qiáng),奧氏體不銹鋼的晶粒度也得到進(jìn)一步的細(xì)化,晶粒相對集中均勻。其次,動態(tài)再結(jié)晶溫度受變形量、變形溫度、變形速度等因素的影響,軋制生產(chǎn)過程中由于不同規(guī)格的變形量不同,終軋溫度在一定范圍內(nèi)波動,晶粒度的大小也存在著一定的差異。通過生產(chǎn)實踐分析,終軋溫度控制在1 020℃以上,晶粒度都比較均勻。

        4 結(jié)論

        通過對316奧氏體不銹鋼在不同軋制式工藝下的晶粒度情況進(jìn)行分析,得出以下結(jié)論:

        1)25 mm厚316不銹鋼采用低溫控制工藝,理論上軋制結(jié)束后不再進(jìn)行動態(tài)再結(jié)晶。但實際生產(chǎn)中由于鋼板心部和表面溫度差異,使得部分組織發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶,從而產(chǎn)生晶粒不均勻現(xiàn)象,鋼板晶粒度合格率較低。

        2)采用高溫高終軋,終軋溫度控制在1 020℃以上,可以有效的利用動態(tài)再結(jié)晶來細(xì)化晶粒,避免出現(xiàn)晶粒粗大而不均勻的現(xiàn)象。同時,近表面晶粒度不均勻現(xiàn)象得到很大的改善,晶粒度合格率較高,生產(chǎn)效率也大大提升,適合于工業(yè)化批量生產(chǎn)。

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