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201不銹鋼管生產的若干問題研究

來源:至德鋼業 日期:2018-09-05 20:54:15 人氣:335

研究了201不銹鋼管生產過程中的若干問題,主要包括:連鑄板坯的組織及其在加熱過程的變化,形變馬氏體的形成和消除規律,表面氧化皮結構受退火工藝的影響關系。根據研究結果,制定了合理的生產工藝,生產出了高質量的201不銹鋼管冷軋帶鋼。

201不銹鋼管是在傳統304不銹鋼的基礎上,減少貴金屬Ni的使用,添加MnN等元素獲得室溫下單一奧氏體組織的經濟型不銹鋼。近年來,該類不銹鋼以其優異的機械性能和較好的耐腐蝕性能,受到不銹鋼生產企業越來越多的關注,品種開發數量和產品產量均呈逐年快速增長的趨勢。然而,對于201不銹鋼管生產過程中的相關問題研究及其對產品質量控制的影響,很少有文獻公開報道。因此,研究和201不銹鋼管生產密切相關的技術問題,為產品生產和質量控制提供科學的依據,具有十分重要的意義。

1 實驗材料及方法

1.1 實驗材料

實驗用材料均為工業規模化生產的201不銹鋼管,其主要成分的范圍如表1所示。

1.2 實驗方法

1.2.1 加熱工藝對連鑄板坯組織的影響

從工業生產的連鑄板坯上取樣,距上(或下)表面不同位置的截面上,每隔20mm取下15×15×15mm的試樣,分析連鑄坯不同部位的組織。另外,從連鑄坯1/4厚度位置取下1215×15×15mm的試樣,進行不同時間和溫度的熱處理,研究加熱工藝對連鑄坯組織的影響關系。其中,加熱溫度分別為120012301260℃,保溫時間分別為60120180min

1.2.2 形變馬氏體的產生和消除規律 切取10塊工業生產的200×50×3mm的熱軋退火酸洗板,進行不同壓下量的冷軋實驗,測試不同冷軋壓下量材料的機械性能和形變馬氏體量。從冷軋壓下量為70%的軋硬態鋼板上取下1820×20mm的試樣,進行不同溫度和時間的熱處理,研究形變馬氏體的消除規律。其中,熱處理溫度范圍從500800℃,每間隔50℃測試一次,保溫時間分別為5102060min

1.2.3 退火工藝對氧化皮結構的影響

對軋硬態帶鋼進行不同時間和溫度的退火,研究表面氧化皮結構的變化規律。退火溫度分別為960980100010201040℃,保溫時間分別為10306090120180240s

2 實驗結果和討論

2.1 連鑄坯組織及其在加熱過程中的變化

2.1.1 連鑄坯原始組織分析

201不銹鋼管連鑄板坯截面的不同位置進行δ鐵素體含量的測量,結果如圖1所示。由圖可以看出,δ鐵素體含量在連鑄坯表面附近有一個高點,然后急劇降低,再緩慢升高,并在連鑄坯的中心位置(1/2厚度位置)達到最高點。連鑄坯表層為細晶區,該區域由于凝固速度快,一部分高溫δ鐵素體還來不及完全轉變為奧氏體而保留在凝固組織中,這部分的鐵素體組織比較細小,如圖2(a)所示。隨著凝固向連鑄坯的中心推進,凝固速率降低,高溫δ鐵素體向奧氏體轉變更為徹底,從而板坯中鐵素體的含量降低。但從另一方面,隨著凝固的進行,成分偏析開始加劇,Cr當量元素(鐵素體組織形成元素)在液相中的比例不斷增加,從而使越后凝固的鑄坯中鐵素體相含量增加,并在最后凝固的連鑄坯中心區域達到最大值。連鑄坯中心區域為粗大晶粒區,該區域的鐵素體組織也呈粗大的網狀分布在奧氏體晶界,如圖2(c)所示。

2.1.2 加熱工藝對連鑄坯組織的影響

不同加熱制度后,試樣中鐵素體含量的測量結果如圖3所示。由圖看出,在相同的加熱時間120min下,隨著加熱溫度的提高,鐵素體含量先減少后增加;在相同的加熱溫度1200℃下,隨著加熱時間的延長,鐵素體含量逐漸減少。實驗用201不銹鋼管高溫奧氏體組織向鐵素體組織轉變溫度約為1200℃,在轉變溫度點以下,隨著溫度的提高,鐵素體含量逐漸減少,在轉變溫度點以上,隨著溫度的提高,鐵素體含量增加。鑄坯中的δ鐵素體屬于不平衡相,在奧氏體區域加熱,δ鐵素體有向奧氏體轉變的趨勢,溫度越高,時間越長,轉變的動力學條件越好,轉變的就越徹底。但是,當加熱溫度超過轉變溫度點時,奧氏體有向鐵素體轉變的趨勢,因此,鑄坯的中鐵素體含量會隨著溫度的提高而增加。

2.2 形變馬氏體的產生和消除規律

4給出了一種201不銹鋼管的機械性能隨冷軋壓下量的變化關系,由圖可以看出,隨著冷軋壓下量的增加,材料的強度增加,延伸率則急劇下降。當冷軋壓下量為80%時,材料的屈服強度達到了1300MPa,抗拉強度則超過了1600MPa。一方面,201不銹鋼管具有較高的N含量,而N是強烈提高材料加工硬化指數的元素,因此,隨著冷軋壓下量的增加,材料的加工硬化急劇增加,強度增加;另一方面,201不銹鋼管屬于亞穩定奧氏體不銹鋼,在冷軋變形過程中,會產生形變馬氏體,起到了相變強化的效果。形變馬氏體的含量隨著冷軋壓下量的增加而增加,如圖5所示。因此,201不銹鋼管冷軋變形過程中的強化是加工硬化和相變強化的復合作用。

6顯示了不同熱處理制度對軋硬態鋼板中形變馬氏體含量的影響關系。由圖可以看出,在500℃進行退火處理,即使保溫時間達到了60min,鋼板中的形變馬氏體量沒有發生明顯變化。當退火溫度提高至550℃時,隨著保溫時間的延長,鋼板中的形變馬氏體逐漸分解,但是分解的速率仍然較低。隨著退火溫度的進一步提高,形變馬氏體的分解也逐漸加快,當退火溫度達到800℃時,鋼板中的形變馬氏體可以在5~10s的時間內得到消除。材料發生相變需要同時滿足熱力學和動力學條件,本實驗中,形變馬氏體的消除需要具備退火溫度和保溫時間兩個條件。在500℃以下退火處理,盡管保溫時間很長,但不滿足形變馬氏體分解的臨界動力學條件,相變無法進行,因此,鋼板中的形變馬氏體含量不隨保溫時間的延長而減少。

2.3 退火工藝對氧化皮結構的影響

7顯示了201不銹鋼管軋硬態帶鋼在1000℃退火時,鋼板表面的氧化皮隨不同保溫時間的變化關系。由圖可以看出,氧化皮的顏色隨著不同的保溫時間而發生變化,表明氧化皮中的元素組成發生了改變。圖8是不同保溫時間下鋼板表面的GDS分析結果,可以看出,隨著保溫時間的延長,氧化皮的厚度逐漸增加。從圖8(a)可以看出,退火過程中,鋼板表面優先形成的是Fe的氧化物,隨著時間的延長,逐漸形成Mn的氧化物,如圖8(b)~8(f)所示。在表層富含FeMn的氧化物里面,存在富Cr的氧化物,見圖8Cr元素含量曲線的峰值點位置。

3 結語

連鑄板坯在加熱過程中的組織變化規律對于制定合理的熱軋工藝具有重要的意義。板坯中δ鐵素體含量的多少直接影響到熱軋帶鋼的質量,甚至影響冷軋帶鋼的表面質量,在實際生產過程中需要進行嚴格控制。 201不銹鋼管屬于亞穩定奧氏體不銹鋼。冷變形過程不可避免地產生形變馬氏體,材料的強度增加,塑性下降,在實際生產過程中往往造成冷軋軋制的斷帶。因此,需要根據形變馬氏體量和冷軋壓下量的關系,設定合理的冷軋軋制工藝;另外,在冷軋帶鋼的退火過程中,還要結合熱處理對形變馬氏體量的影響關系,設定科學的退火工藝或者制定異常生產處置預案。 氧化皮結構的變化規律可以指導退火工藝和酸洗工藝的優化,是獲得高質量冷軋成品帶鋼的根本保證。 根據上述研究結果為指導而制定的201不銹鋼管生產工藝,在實踐中取得了良好的應用效果,可以穩定地生產出高質量的201不銹鋼管冷軋帶鋼。

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