奧氏體不銹鋼中厚板加熱工藝優(yōu)化

劉國良，郭營(yíng)利

（酒泉鋼鐵集團(tuán)宏興股份有限公司，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

生產(chǎn)技術(shù)

奧氏體不銹鋼中厚板加熱工藝優(yōu)化

劉國良，郭營(yíng)利

（酒泉鋼鐵集團(tuán)宏興股份有限公司，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

介紹了采用空氣、煤氣雙蓄熱式加熱爐生產(chǎn)奧氏體不銹鋼中厚板的加熱工藝制度，通過對(duì)加熱溫度、加熱制度、爐內(nèi)空燃比、殘氧量、板坯在爐時(shí)間的調(diào)整優(yōu)化，解決了由于不銹鋼自身特性及加熱制度不合理導(dǎo)致的不銹鋼表面裂紋、色差等質(zhì)量缺陷。

奧氏體不銹鋼；加熱工藝；空燃比；表面裂紋；色差

1 前言

酒鋼天風(fēng)不銹鋼酸洗分廠2009年投產(chǎn)，計(jì)劃年不銹鋼酸洗量為20萬t。2011年開始，酒鋼中板作業(yè)區(qū)年不銹鋼中厚板平均生產(chǎn)量為1.5萬t，無論是不銹鋼中厚板的生產(chǎn)量，還是品種規(guī)格及市場(chǎng)開發(fā)均沒有達(dá)到預(yù)期的能力及目標(biāo)。

不銹鋼中厚板產(chǎn)品合格率不高，主要由其自身特性及中板目前的現(xiàn)有設(shè)備影響所致。一方面因不銹鋼屬于高合金強(qiáng)化產(chǎn)品，生產(chǎn)過程中溫度敏感性極強(qiáng)，溫度區(qū)間小，加熱過程中溫度波動(dòng)，將會(huì)直接導(dǎo)致鋼板表面裂紋缺陷，產(chǎn)生廢品，對(duì)不銹鋼最終產(chǎn)品質(zhì)量造成較大影響；另一方面，中板目前采用的是雙蓄熱式加熱爐，其加熱特性及工藝均不成熟。本研究是通過探討合理的不銹鋼中厚板加熱工藝，對(duì)各加熱段溫度區(qū)間、溫度梯度、空燃比、殘氧量及在爐時(shí)間的優(yōu)化調(diào)整，制定最佳的加熱工藝制度，解決不銹鋼表面裂紋缺陷及表面色差，提高不銹鋼中厚板質(zhì)量。

2 邊部裂紋缺陷

不銹鋼坯料經(jīng)表面打磨后組批，通過加熱爐加熱工藝的優(yōu)化，主要是爐內(nèi)各個(gè)加熱段溫差控制和空燃比的控制，以達(dá)到成品鋼板表面質(zhì)量的控制。具體工藝如下：

板坯表面處理—板坯入爐—預(yù)熱段溫度控制—?dú)堁趿?、空燃比控制—加熱段溫度控制—?dú)堁趿?、空燃比控制—均熱段溫度控制—軋制—控制冷卻—精整—下線。

對(duì)于不銹鋼產(chǎn)品來說，其他缺陷可以通過一定的修磨、再酸洗、改尺、切除等措施得到有效的彌補(bǔ)，將損失量降至最低，而裂紋缺陷對(duì)于不銹鋼產(chǎn)品，即使是碳鋼產(chǎn)品來說，都是致命的，因裂紋缺陷除去切除之外，沒有其他可行的彌補(bǔ)措施。如何從冶煉、加熱、軋制等環(huán)節(jié)合理控制裂紋缺陷，是不銹鋼中厚板生產(chǎn)的關(guān)鍵，也是不銹鋼中厚板產(chǎn)品質(zhì)量提升的前提條件。

不銹鋼中厚板裂紋缺陷主要是在冶煉及軋制環(huán)節(jié)產(chǎn)生。由于不銹鋼屬于高合金強(qiáng)化鋼種，溫度、工藝及過程控制敏感性強(qiáng)，小的控制波動(dòng)都極有可能導(dǎo)致表面裂紋缺陷。中板軋制過程中不銹鋼裂紋產(chǎn)生的主要環(huán)節(jié)在坯料加熱，由于不銹鋼合金元素多，導(dǎo)熱性差，板坯加熱的不均勻或溫度波動(dòng)，都會(huì)使局部溫度場(chǎng)熱量擴(kuò)散不均勻，導(dǎo)致軋后鋼板邊部局部出現(xiàn)裂紋缺陷。

3 加熱工藝優(yōu)化

3.1 溫度控制

通過實(shí)際軋制跟蹤分析，對(duì)于不銹鋼板坯加熱來說，預(yù)熱段的溫度控制尤為重要，往往決定了最終的產(chǎn)品質(zhì)量。預(yù)熱段加熱的主要目的是低溫板坯逐漸升溫［1］，在此階段保證緩慢的加熱速度，避免加熱速度過快造成板坯出現(xiàn)裂紋缺陷。預(yù)熱段溫度一般控制在780～810℃。

加熱段主要是將板坯加熱到滿足軋制及性能控制要求的狀態(tài)，在此階段板坯的加熱溫度尤為關(guān)鍵。溫度過高會(huì)出現(xiàn)過熱、過燒的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響軋后鋼板質(zhì)量及性能控制；加熱溫度低會(huì)出現(xiàn)板坯心部與表面溫度不均，同樣影響產(chǎn)品質(zhì)量。奧氏體不銹鋼變形抗力大，加熱不良無法保證軋制塑性。二加熱段溫度一般控制在980～1 090℃，三加熱段溫度一般控制在1 230～1 260℃。

均熱段主要是調(diào)整板坯的加熱質(zhì)量，比如“黑印”、“陰陽面”等加熱缺陷，同時(shí)保證板坯的開軋溫度。均熱段溫度一般控制在1 230～1 250℃。

3.2 加熱速度和在爐時(shí)間控制

加熱速度過快，在爐時(shí)間不足，都會(huì)造成坯料表面溫度過高，坯料表層α相鐵素體數(shù)量迅速增加，由于奧氏體與α相鐵素體在軋制過程中再結(jié)晶速度不一致，兩者接受變形的能力不同，α相鐵素體的塑性比奧氏體的差，使加工變形困難［2］。當(dāng)加工變形量較大時(shí)，在兩相晶粒交界處容易產(chǎn)生裂紋，最終導(dǎo)致熱軋裂紋的出現(xiàn)。當(dāng)保溫時(shí)間不足時(shí)，坯料邊部、心部溫度不均，就會(huì)導(dǎo)致金屬塑性急劇變壞。

在爐時(shí)間對(duì)α鐵素體相的影響：保溫時(shí)間對(duì)鐵素體相的數(shù)量變化影響不明顯，而對(duì)形態(tài)的變化影響很明顯。隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，鐵素體由原來的網(wǎng)絡(luò)狀分布轉(zhuǎn)變?yōu)榧饨菭詈烷L(zhǎng)條狀以及球狀的分布。加熱保溫時(shí)，由于合金元素?cái)U(kuò)散和界面遷移，必然要發(fā)生α/γ界面趨于最小的過程，就會(huì)出現(xiàn)鐵素體從網(wǎng)絡(luò)狀到尖角狀到長(zhǎng)條狀到球粒狀的結(jié)果，從而降低系統(tǒng)的自由能。因此，適當(dāng)增加保溫時(shí)間可使α鐵素體相邊界趨于圓滑，從而使得鋼的熱塑性得以提高［3］。

針對(duì)奧氏體不銹鋼的特點(diǎn)，在爐時(shí)間控制在5 h（坯料尺寸220 mm×1 580 mm×2 775 mm），并嚴(yán)格控制軋制節(jié)奏，保證加熱速率的穩(wěn)定過渡，達(dá)到細(xì)化內(nèi)部組織晶粒的目的，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。

3.3 爐內(nèi)氣氛控制

奧氏體不銹鋼在加熱過程中，必須嚴(yán)格控制爐內(nèi)氣氛，殘氧量高、空燃比小使鋼板燒損增大，表面生成氧化鐵皮不均勻，軋后不銹鋼經(jīng)酸洗會(huì)出現(xiàn)表面“色差”［4］。

殘氧量低、空燃比大，造成加熱過程中生成的氧化鐵皮致密，后續(xù)軋制除鱗很難完全清除干凈，在軋制過程中壓入鋼板表面，酸洗后壓入的氧化鐵皮脫落，產(chǎn)生表面壓入缺陷。

實(shí)踐證明，空燃比設(shè)定為0.9，綜合殘氧量控制在3%較為合理。2012、2013年奧氏體不銹鋼中厚板軋制統(tǒng)計(jì)表明，工藝優(yōu)化后徹底解決了鋼板的邊部裂紋缺陷，表面色差得到了明顯改善，成材率得到提高。

4 結(jié)論

酒鋼的生產(chǎn)實(shí)踐表明，奧氏體不銹鋼坯料尺寸為220 mm×1 580 mm×2 775 mm時(shí)，預(yù)熱段溫度一般控制在780～810℃，二加熱段溫度控制為980～1 090℃，三加熱段溫度控制在1 230～1 260℃，均熱段溫度控制為1 230～1 250℃，在爐時(shí)間約5 h，空燃比設(shè)定為0.9，綜合殘氧量控制在3%，并嚴(yán)格控制軋制節(jié)奏，保證加熱速率的穩(wěn)定過渡，以細(xì)化內(nèi)部組織晶粒，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。

［1］王秉銓.工業(yè)爐設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996：124-127.

［2］莊惟琦,盧斌.奧氏體不銹鋼加熱工藝研究與實(shí)踐［J］.寶鋼技術(shù)，2005（4）：40-43.

［3］權(quán)芳民，崔苗.不銹鋼板坯加熱過程若干問題的研究［J］.工業(yè)爐，2006，28（6）：24-26.

［4］陸世英.不銹鋼［M］.北京：原子能出版社,1995：439-441.

Optimization of Heating Process for Austenitic Stainless Steel Plate

LIU Guoliang,GUO Yingli
（The Hongxing Co.,Ltd.of Jiuquan Iron and Steel Group,Jiayuguan 735100,China）

This article introduced the heating process system of producing austenitic stainless steel plate by air and gas regenerative furnace.Through the adjustment about heating temperature,heating system,furnace air-fuel ratio,residual oxygen and time slab heating in the furnace,the surface cracks,color and other quality defects which were caused by characteristics of stainless steel and heating system irrational are solved.

austenitic stainless steel plate;heating process;air fuel ratio;surface crack;color defect

TG307

B

1004-4620（2015）02-0018-02

2014-09-02

劉國良，男，1971年生，1993年畢業(yè)于上海冶金高等?？茖W(xué)校壓力加工專業(yè)?，F(xiàn)為酒鋼集團(tuán)宏興鋼鐵股份公司煉軋廠副總工程師，高級(jí)工程師，從事技術(shù)質(zhì)量和中厚板新產(chǎn)品開發(fā)等工作。