不锈钢热加工过程中质量缺陷控制的研究-新.doc

不锈钢热加工中质量缺陷控制的研究 权芳民 （酒泉钢铁（集团）有限责任公司，甘肃省嘉峪关市 735100） 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 不锈钢的板、带产品是重要钢材品种之一，随着不锈钢带钢在各行业的应用，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，但在不锈钢的生产过程中，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 不锈钢连铸的主要产品缺陷有：表面凹陷、裂纹、夹渣及深振痕等，在铸坯的各类缺陷中有50％为裂纹，铸坯中存在裂纹会影响后续加工以及最终产品的质量。铸坯裂纹产生的原因较为复杂，它与钢的化学成分、生产工艺、铸机状况和冷却制度等有一定的关系。铸坯裂纹产生的外因是钢水的静压力、热应力、组织收缩应力和其它外力的作用，铸坯裂纹产生的内因是钢的高温力学性能和化学成份。 不锈钢在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，它与钢的化学成分、铸坯质量、轧制工艺、温度控制、退火过程、冷却过程和加工方式等因素有关。不锈钢热轧生产中的边损和轧裂如图1所示。 图1 板带轧制过程中产生的横向和纵向裂纹 2 不锈钢热加工温度控制的理论基础 （1）奥氏体不锈钢：奥氏体不锈钢温度控制的主要依据是：奥氏体不锈钢属于面心立方结构，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。 （2）铁素体不锈钢：铁素体不锈钢在常温状态下以铁素体组织为主，一般含铬量在11%～30%，具有体心立方晶体结构，这类不锈钢一般不含镍，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点，但当铁素体不锈钢加热到900℃时其晶粒显著长大，在低温时的延伸性和韧性变差，高温冷却后容易产生裂纹。 （3）马氏体不锈钢：马氏体不锈钢是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%的铁素体不锈钢相接近，由于组织中没有游离的铁素体，其机械性能一般较高。 3 不锈钢高温的力学性能 钢的高温（一般指600℃以上）力学性能是指在温度和外力的共同作用下，钢的应变、应变速率和应力之间的关系，主要表现为应力应变曲线、强度极限、断面收缩率以及断裂后的组织状态等。铸坯凝固过程中外力作用是裂纹产生的外部条件，在高温下的力学及其随温度的变化是裂纹产生的内部原因。当铸坯受到外力或发生形变超过相应温度下的强度极限或临界应变时，铸坯就会产生裂纹。 铁素体不锈钢（如409L）的高温屈服强度和抗拉强度随温度升高而下降，说明高温下铁素体不锈钢受外力容易超过强度极限而发生塑性变形，抵抗外力的能力较差。铁素体不锈钢温度对屈服强度、抗拉强度、塑性模量和延伸率的影响见图2、图3、图4所示。 图2 409L温度对屈服与抗拉强度影响 图3 409L温度对塑性模量影响 图4 430温度对延伸率影响 4 不锈钢热加工过程中温度控制 4.1 不锈钢连铸的温度控制 不锈钢钢水及铸坯温度直接影响铸坯的拉速、结晶器冷却水量、二冷区配水量和最终产品质量。 1）不锈钢的连铸的特性 不锈钢与碳钢相比连铸的特性有：（1）不锈钢成份范围较宽，其液相线和固相线的温度范围也较宽，一般钢水过热度要高一些（达到30～50℃），以利于夹杂物的上浮和浇铸的顺行。（2）不锈钢导热系数小和凝固速度慢，其铸坯液相穴完全凝固时间长，二冷区的水量配置要均匀。（3）当铸坯冷却到700～900℃时，如果奥氏体晶界有硫化物、碳化物和氮化物的析出，以及奥氏体向珠光体或铁素体相变，就会因体积膨胀而产生表面裂纹。（4）当马氏体不锈钢冷却到200～300℃时，由于相变而产生体积膨胀容易出现脆性，一般连铸坯在二冷区内应均匀、缓慢进行冷却，以防止表面裂纹的产生。 2）连铸坯质量的影响因素 不锈钢连铸坯表面缺陷主要是由于钢水在结晶器中凝固不均匀所造成的，其影响因素主要有钢水洁净度、浇铸温度和保护渣性能等。当不锈钢连铸过热度较高时，容易造成中间包温度过高而使铸坯出结晶器时凝固不好和二冷区坯壳较