CN101230413B - 含碳量较高的奥氏体不锈钢热轧卷板的热加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含碳量较高的奥氏体不锈钢热轧卷板的制造方法。一种含碳量较高的奥氏体不锈钢热轧卷板的热加工工艺，其特征是：板坯温度控制在1270℃以上，热轧板的终轧温度区间为1050℃～1150℃，采用二头高、中间低的“U”型层流冷却的冷却方式，卷取温度区间为620℃～680℃。采用本发明的热加工工艺所获得的热轧卷板在晶粒的均匀性和碳化物的完全固溶方面基本能够达到冷轧过程前所进行离线固溶处理的效果，因此，在冷轧前，经过本发明热加工工艺的热轧卷板就可以长时间不进行固溶处理。本发明的热加工工艺不但能够节省能源，而且可以降低冷轧产品的制造成本，其具有良好的发展前景。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种含碳量较高的奥氏体不锈钢热轧卷板的制造方法。
(二)背景技术
由于产品耐磨性的要求，奥氏体不锈钢SUS301含碳量较高；而为了在冷加工过程中得到马氏体，SUS301中不含有稳定化元素Ti、Nb等，所以在通常该种奥氏体不锈钢的热加工过程中，未溶解在奥氏体中的碳多以铬-铁碳化物的形式(主要是M23C6)析出，也有少量的以M7C3或M3C的形式析出。碳化物在晶界析出之后，晶界的周围产生贫铬现象，一旦晶界周围铬的含量小于其耐腐蚀的最低极限11.5％，金属的耐蚀能力下降，该不锈钢就会产生晶间腐蚀的现象。因此，SUS301不锈钢在冷轧之前必须通过固溶退火工艺使得析出的碳化物溶解于母材并且通过淬火工艺使得碳化物不再形成。除了防止形成碳化铬之外，固溶退火工艺还通过均匀奥氏体晶粒来改善SUS301不锈钢的冷加工性能。
中国专利CN1625447A公布了一种奥氏体不锈钢热轧带材的制造方法和设备，该制造方法是在热轧过程中将轧件的终轧温度调节到高于1000℃且最好是高于1050℃的温度，随后，轧件在20秒内被淬火到低于600℃且最好是低于450℃的温度。该制造方法是配套专利申请人所在SMS迪马格股份公司提出的奥氏体不锈钢热轧带材的制造设备而言的，该设备的特殊之处在于其包含一台生产薄连铸坯的弧弯式连铸机；在除鳞装置之后，其设置了一台感应式强加热机构，通过该机构使终轧温度足以调节出高于1000℃的理想终轧温度；其卷取机的能力也足够能卷起温度为400℃～650℃的热轧带材。
中国专利CN1788870A公布了一种“冷轧用热轧不锈带钢在线热处理方法”，该方法针对SUS304采用如下的在线热处理方法：板坯加热温度为1200℃～1300℃；粗轧速度2～5m/s，终轧温度1030℃～1120℃；精轧时，入口温度在1020℃～1100℃，连轧机轧制速度8～14m/s，总变形量大于70％，轧制出口温度达到1000℃以上；冷却采用层流冷却方式；卷取温度为350℃～600℃。该种在线热处理方法针对的是SUS304奥氏体不锈钢，而且对于含碳量较高的SUS301奥氏体不锈钢来说，如果不采用特殊的冷却方式，低于700℃的卷取温度是会产生一系列问题的。
日本专利JP60255921A公布了一种“热轧奥氏体不锈钢板带制造方法”，该方法采用的终轧温度≥850℃，目的是为了固溶碳化物；热轧后迅速冷却，冷却速度≥10℃/s；卷取温度≤500℃。通过该热加工工艺可以在省略离线固溶处理过程的前提下以低成本制造出高质量的奥氏体不锈钢板带。该种制造方法虽然卷取温度较低，但是终轧温度较低，冷却速度较慢，这样其碳化物析出情况将比本发明得到的热轧卷板要多，而力学性能却没有较大的改变。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种含碳量较高的奥氏体不锈钢热轧卷板的热加工工艺，通过该热加工工艺尽可能地在热加工过程中均匀晶粒和避免由于碳化物析出而发生的晶间腐蚀现象，使其在冷轧前可以长时间不进行固溶处理甚至不需要进行固溶处理，从而节省能源，降低冷轧产品的制造成本。
本发明是这样实现的：一种含碳量较高的奥氏体不锈钢热轧卷板的热加工工艺，其特征是：板坯温度控制在1270℃以上，热轧板的终轧温度区间为1050℃～1150℃，采用二头高、中间低的“U”型层流冷却的冷却方式，卷取温度区间为620℃～680℃。
所述“U”型层流冷却的控制模型为热轧板的头尾端各15m不冷或少冷，温度为800±30℃，中间部分采用强冷方式，温度位于卷取温度区间。终轧之后热轧板的冷却速度保持在30℃/s以上直至卷取温度。卷取温度区间为620℃～650℃。
本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：使碳含量较高的SUS301奥氏体不锈钢在热加工过程中尽可能地均匀奥氏体晶粒和避免碳化物的析出，而且其力学性能没有大的改变，对冷轧过程和最终产品性能没有大的影响。采用本发明的热加工工艺制造的SUS301奥氏体不锈钢在冷轧过程前可以长时间不进行固溶处理，甚至对于有些用途的SUS301钢不需要进行固溶处理，这样就可以大大地节省能源，降低冷轧产品的制造成本。
(四)附图说明
图1为采用本发明的热加工工艺后所得SUS301钢的扫描电境图(实施例1)；
图2为采用现有的热加工工艺后所得SUS301钢的扫描电境图(实施例1)；
图3为采用本发明的热加工工艺后所得SUS301钢的金相组织图(实施例2)；
图4为采用现有的热加工工艺后所得SUS301钢的金相组织图(实施例2)；
图5为采用本发明的工艺和现有工艺得到的材料所作的动极化曲线图(实施例2)。
图5中：粗线条为采用本发明的工艺所得热轧板的动极化曲线，细线条为采用原工艺所得热轧板的动极化曲线。
(五)具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
一种含碳量较高的奥氏体不锈钢热轧卷板的热加工工艺，是将板坯温度控制在1270℃以上，以保证在现有的轧制速度下，热轧板的终轧温度区间为1050℃～1150℃，该温度区间能够保证含碳量较高的奥氏体不锈钢在较短的时间内避免析出碳化物。
冷却方式采用“U”型层流冷却，具体的方法为：热轧板头部15米少冷或不冷，卷取温度在800℃左右，如温度为800±30℃，以保证卷型；热轧板尾部15米少冷或不冷，卷取温度在800℃左右，如温度为800±30℃，以保证不松卷。按照生产速度，热轧板的头尾部温度基本上不会高于830℃。另一方面，如果热轧板的头部温度低于770℃，将会影响其卷取时的卷型，造成塔型；而如果尾部温度低于770℃，将造成热轧钢卷的松卷。热轧板除头尾部分，其余部分采用卷取温度区间的温度进行卷取。
卷取温度区间为620℃～680℃，最好低于650℃，以避免热轧卷板经卷取后的缓慢降温会导致碳化物的析出现象。
终轧之后热轧板冷却速度保持在30℃/s以上直至卷取温度。
低温卷取和快速冷却目的理论上都是为了使热轧钢卷的冷却过程避开TTP曲线(即时间-温度-析出图，或称之为铬的碳化物开始析出曲线)。
实施例1
在实验室进行SUS301奥氏体不锈钢的热加工工艺试验，该钢种的具体成分(重量百分比，其余为Fe和不可避免的杂质)如表1所示。
表1
| 钢种 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ni | N |
| SUS301 | 0.11 | 0.67 | 0.74 | 0.027 | 0.003 | 16.60 | 6.81 | 0.038 |
200mm的SUS301钢板坯经过锻造和热轧工艺之后，最终成品厚度为3mm，采用本发明的热加工工艺制造SUS301奥氏体不锈钢，过程如下：板坯温度1270℃，终轧温度1050℃，冷却速度32℃/s，最终将热轧板在卷取温度650℃保温30min以模拟卷取。类似于终轧后热轧板采用“U”型层流冷却方式，板头尾15m的卷取温度为800℃，冷却速度32℃/s，热轧板中间部分卷取温度为650℃。
而采用原热加工工艺制造SUS301钢，过程如下：板坯温度1250℃，终轧温度为980℃，冷却速度为20℃/s，最终将热轧板在卷取温度750℃时保温30min以模拟卷取。
比较采用本发明的热加工工艺所得的热轧板(文中编号301-1)和原热加工工艺所得热轧板(文中编号301-2)各方面的性能。两种热加工工艺所得SUS301钢的拉伸性能如表2所示。
表2
由表2可以看出，两种热加工工艺所得的SUS301钢屈服和抗拉强度相差不大，采用改进型热加工工艺所得的SUS301钢的屈服强度稍大而抗拉强度稍小，另外，其延伸率明显提高。
在微观分析方面，由图1和图2明显可以看出，采用本发明的热加工工艺的SUS301热轧板奥氏体晶界周围几乎不析出碳化物，碳化物的析出量远比采用原工艺所得热轧板的析出量要少。另外，需要的说明的是，从图1和图2可以看出，采用本发明的热加工工艺的SUS301热轧板晶粒的均匀性和采用原工艺所得热轧板相当，不会影响其力学和腐蚀性能。
表3所示为两种热加工工艺所得SUS301钢的晶间腐蚀率。
表3
由表3可以看出，改进型热加工工艺是能够使SUS301热轧板的晶间腐蚀倾向大大减小的。而决定奥氏体不锈钢热轧板晶间腐蚀倾向的主要因素有碳化物的析出量和晶粒的均匀性，说明改进型热加工工艺能够在SUS301热轧板的生产过程中保证其碳化物的析出量和晶粒的均匀性的。
实施例2
SUS301奥氏体不锈钢采用的热加工工艺如下：板坯温度1270℃；终轧温度1050℃；终轧后热轧板采用“U”型层流冷却方式，板头尾15m的卷取温度为780℃，中间部分卷取温度为620℃，冷却速度39℃/s。
比较采用本发明的热加工工艺所得的热轧板(文中编号301-3)和原热加工工艺所得热轧板(文中编号301-2)各方面性能。两种热加工工艺所得SUS301钢的拉伸性能如表4所示。
表4
在微观组织方面，由图3和图4中可以看出，采用本发明的热加工工艺的SUS301热轧板晶粒的均匀性和采用原工艺所得热轧板相当。
在腐蚀方面，将编号为301-2和301-3热轧板进行了动极化曲线的测试，如图5所示。从图5可以看出，301-3的自腐蚀电位(奥氏体不锈钢自身基体的溶解电位)和击穿电位(奥氏体不锈钢自身钝化膜破坏所需要的电位)均比301-2要高，说明其耐蚀性也要好于301-2。
实施例3
SUS301奥氏体不锈钢采用的热加工工艺如下：板坯温度1270℃；终轧温度1100℃；终轧后热轧板采用“U”型层流冷却方式，板头尾15m的卷取温度为800℃，中间部分卷取温度为650℃，冷却速度41℃/s。该实施例的工艺类似于实施例1，但由于其冷却速度比实施例1的冷却速度快了不少，所以采用该实施例所得热轧板的碳化物析出量要少于实施例1所得热轧板的碳化物析出量。
实施例4
SUS301奥氏体不锈钢采用的热加工工艺如下：板坯温度1270℃；终轧温度1050℃；终轧后热轧板采用“U”型层流冷却方式，板头尾15m的卷取温度为820℃，中间部分卷取温度为680℃，冷却速度34℃/s。此实施例所得SUS301奥氏体不锈钢热轧板碳化物析出量多于前三项实施例所得热轧板的碳化物析出量，但是仍然大大少于采用原热加工工艺所得热轧板析出的碳化物量，原因是其卷取温度稍高，而冷却速度稍慢。
采用本发明的热加工工艺所获得的热轧卷板在晶粒的均匀性和碳化物的完全固溶方面基本能够达到冷轧过程前所进行离线固溶处理的效果，因此，在冷轧前，经过本发明热加工工艺的热轧卷板就可以长时间不进行固溶处理。在开发有些用途的SUS301产品的过程中，甚至不需要对其进行固溶处理。由于本发明的热加工工艺不但能够节省能源，而且可以降低冷轧产品的制造成本，其具有良好的发展前景。
Claims (2)
1.一种含碳量较高的奥氏体不锈钢热轧卷板的热加工工艺，其特征是：板坯温度控制在1270℃以上，热轧板的终轧温度区间为1050℃～1150℃，采用二头高、中间低的“U”型层流冷却的冷却方式，卷取温度区间为620℃～680℃；所述“U”型层流冷却的控制模型为热轧板的头尾端各15m不冷或少冷，温度为800±30℃，中间部分采用强冷方式，温度位于卷取温度区间；所述终轧之后热轧板的冷却速度保持在30℃/s以上直至卷取温度；所述含碳量较高的奥氏体不锈钢为SUS301奥氏体不锈钢。
2.如权利要求1所述的奥氏体不锈钢热轧卷板的热加工工艺，其特征是：所述卷取温度区间为620℃～650℃。
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