不锈钢热加工中质量缺陷控制的研究

王雷

摘要：本文针对不锈钢热加工过程中常见的质量缺陷，以不锈钢热加工温度控制理论为基础，结合不锈钢的高温力学性能，研究了不锈钢在连铸、加热、轧钢和退火等热加工过程中质量缺陷产生的原因，提出了质量缺陷的控制措施，对于提高不锈钢产品质量具有重要的意义。

关键词：不锈钢；热加工；缺陷控制

引言

不锈钢的板带产品是重要钢材品种之一，随着不锈钢产品在各行业的应用，用户对产品质量的要求越来越高，不但注重产品的内在质量，而且对产品的外观质量也日益重视，但在不锈钢热加工过程中，由于产品质量受到高温、高压、高速和硬件设备等因素的影响，使不锈钢的产品质量经常出现一些缺陷，不仅影响产品的表面质量，而且影响其后续的加工效果。

1不锈钢生产中容易产生的质量缺陷

不锈钢热加工过程中的主要质量缺陷有边部裂纹、异物压入、表面起皱、橘皮缺陷等，其中，边部裂纹是常见的一种缺陷。研究表明，边部裂纹与钢的化学成分、铸坯质量、轧制工艺、温度控制、退火工艺、冷却过程和加工方式等因素有关。不锈钢热轧中产生的横向和纵向裂纹如图1所示。

2不锈钢热加工温度控制的理论基础

⑴奥氏体不锈钢：在常温下以奥氏体组织为主，具有面心立方晶体结构，热膨胀系数较大约是碳钢的1.5倍，导热系数较低约是碳钢的1/3，比电阻较高约是碳钢的4倍。

⑵铁素体不锈钢：在常温下以铁素体组织为主，具有体心立方晶体结构，这类不锈钢一般不含镍，含铬量在11%～30%，有时还含有少量的Mo、Ti、Nb等合金元素，具有导热系数较大、膨胀系数较小、抗氧化性和抗应力腐蚀优良等特點，但当铁素体不锈钢加热到900℃时其晶粒显著长大后，再冷却至常温其延伸性和韧性较差，且高温冷却过程中容易产生裂纹。

⑶马氏体不锈钢：这种钢是一种通过热处理调整力学性能的可硬化不锈钢，其淬火后硬度较高，但马氏体钢对不同的回火温度具有不同的强韧性。马氏体不锈钢的导热系数较低，表面高温影响区域又硬又脆，一般加热前需要进行预热。马氏体不锈钢的物理性能和耐腐蚀性能均与含铬12%-14%的铁素体不锈钢接近，由于组织中没有游离的铁素体，其机械性能一般较高。

3不锈钢热加工中温度控制

3.1不锈钢连铸温度的控制

3.1.1钢水浇铸温度

钢水的过热度越高，连铸结晶器内生成的坯壳越薄，铸坯承受外力的能力就越差，在坯壳薄弱处易产生凹陷和裂纹等缺陷，同时结晶器内铸坯的收缩量变小，坯壳与结晶器之间的间隙变小，使保护渣流人困难，严重时会造成保护渣在局部的堵塞，引起结晶器内传热的不均匀，使结晶器和铸坯间的渣膜厚度不均匀，坯壳薄弱处的凹陷和纵裂容易产生。因此，不锈钢在工艺允许的范围内应采取低过热度进行浇铸，对于2Crl3钢种其过热度一般为50～60℃。

3.1.2连铸二冷区温度控制

连铸二冷区对铸坯表面和内部的裂纹产生有一定影响，主要影响因素除与浇铸速度、钢种、铸坯尺寸和铸坯表面粗糙度有关外，还受到冷却水的各段流量、平均水滴大小、流速、冲击角度和润湿效果等因素影响，其控制要点有：Ⅰ）铸坯空冷时应避免过大的表面回温，一般控制二冷区空冷段铸坯表面升温速度不大于l00℃/m，以避免因凝固前沿面的拉应力而产生裂纹的现象；成FeS、磷化物等低熔点液膜而使晶界脆化，不仅降低了不锈钢的高温强度和塑性，而且[S]和[P]含量越高对其影响越大，从而使不锈钢连铸坯容易出现表面的凹陷和裂纹。一般为改善不锈钢铸坯表面的质量，应控制钢中的[S]含量。图3示出了钢液中[S]含量对凹陷深度和裂纹指数的影响关系。

3.2不锈钢轧制温度的控制

3.2.1不锈钢轧制温度范围的确定

不锈钢轧制温度范围的确定需要参考钢的状态相图、塑性图和变形抗力图等综合考虑：①确定不锈钢加热温度的依据是钢的状态相图中固相线，钢加热中过热与过烧与开始熔化的温度有关，如果钢中有组织偏析和非金属夹杂，都会造成钢的熔点温度降低。因此，钢的最高加热温度应比固相线低100～150℃；②不锈钢的加热温度应在压力加工末期使钢仍能保持一定的塑性。由于奥氏体不锈钢的塑性较好，在单相奥氏体区域内加工时变形抗力较小，而且加工后残余应力也较小，不会出现裂纹等质量缺陷，这个温度区域应在铁碳平衡图AC3以上30～50℃，固相线以下100～150℃的温度范围，最后再结合钢的终轧温度及在出炉和热加工过程中的热损失，便可确定钢的最低加热温度。一般钢的终轧温度对其组织和性能影响较大，钢的终轧温度越高，晶粒集聚长大的倾向越大，钢的机械性能越低，但钢的终轧温度也不能太高，根据铁碳相图最好控制在850～900℃，一般不要超过950℃，也不要低于800℃；③不锈钢的合金状态图是选择加热温度的重要依据。以二元合金状态图为例，固相线决定了钢的加热温度上限，为防止钢的过热和过烧，钢的加热温度上限应比熔点温度低100～150℃，即相当于合金熔点的0.8～0.9倍。钢的加热温度下限应由终轧温度确定，对于完全固溶状态的不锈钢来说，随加热温度的降低不会出现固态相变，终轧温度一般相当于合金熔点的0.6～0.7倍，这样可保证热加工所需要的塑性和变形抗力。但也有例外的情况，如某些合金钢处于单相区时脆而硬，其塑性较差，而在两相区时塑性较好，此时加热温度应控制在两相区；④钢的塑性图是确定加热温度的主要依据，它给出了金属塑性最高的温度范围，加热温度上限应控制在塑性最高的区域附近。根据金属状态图和塑性图确定钢的加热温度范围后，还要用变形抗力图（即变形抗力随温度的变化曲线）进行校正，以使整个热加工过程中金属变形抗力最小的温度范围进行。

结语

本文针对不锈钢热加工中容易产生的质量缺陷，从连铸、加热和轧制特性研究入手，深入分析了各种质量缺陷的产生原因，并从不锈钢的连铸、加热、轧制和退火等方面分别提出了各种缺陷的控制方法。实践证明，不锈钢热加工中这些温度控制措施对减少产品缺陷和提高质量具有重要意义。

参考文献

[1]王文学，王雨，迟景灏.不锈钢连铸坯表面缺陷与对策[J].钢铁钒钛，2006，9.27（3）.

[2]程玲俐.不锈钢冷带退火酸洗的工艺及设备的研究.硕士学位论文.上海交通大学.2008.6.

（作者单位：江苏金桥焊材科技股份有限公司）