CN105750330A - 一种非对称不锈钢复合坯热轧生产复合板的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种非对称不锈钢复合坯热轧生产方法，将非对称不锈钢复合坯的不锈钢面朝上放入加热炉内；控制步骤A加热炉的预热段温度和驻炉时间，预热段结束后，按常规进行均热段加热；再将非对称不锈钢复合坯经常规除磷后，送入工作辊上辊直径小于下辊直径、上辊线速度大于下辊线速度的热轧机进行常规轧制，得到复合板；将轧制后的复合板在板带头部2～5m之后开始进行层流冷却，然后进行常规卷取，即得到非对称不锈钢复合卷。本发明的焊接量小，整体效率提高，且轧制稳定，废损率低，不存在鼓包、严重弯曲即翘、扣头等问题，成材率高。本发明所得非对称不锈钢复合卷的复层表面质量高，对设备的磨损率低。
Description
技术领域
本发明提供一种非对称不锈钢复合坯热轧生产方法，属于金属压力加工技术领域。
背景技术
非对称不锈钢复合坯是将一块不锈钢和一块普碳钢叠合在一起并对四周进行焊接加工而形成复合坯。非对称不锈钢复合坯经过加热、轧制加工后可使两种原料基板冶金结合在一起得到具有特殊性能的新材料。
常规的不锈钢复合坯为盒式对称组坯，通常由四层、六层、八层等金属原料板组成。以由四层金属原料板组成的对称式不锈钢复合坯为例，这四层金属原料板分为两组，一组称基层原料板由两块碳素钢或者低合金钢等价格低廉的钢板构成，一组称复层原料板由两块不锈钢板构成，四层金属原料板沿复合坯厚度方向中心面对称分布，即基层-复层-复层-基层，基层原料板与复层原料板之间不进行焊接固定。
对称盒式不锈钢复合坯由于其原料板成分和性能沿复合坯厚度方向中心面对称分布且基层原料板与复层原料板之间不进行焊接固定，因此这种复合坯在加热时不会因为基层材料与复层材料的线膨胀系数不同而出现弯曲或鼓包，在轧制时不会因为碳钢层与不锈钢层的变形抗力差异造成的延伸量不同而出现复合坯沿其厚度方向严重弯曲的现象。
由于非对称不锈钢复合坯由两块成分和性能不同的金属原料板叠合在一起并对四周进行焊接加工而成，这种复合坯其成分和性能沿厚度方向中心面呈非对称分布。虽然，非对称不锈钢复合坯与对称盒式不锈钢复合坯相比，具有生产工序简单、焊接量少、成材率高、不需要隔离材料等诸多优点。但是，非对称不锈钢复合坯在加热时，如果采用相同的加热工艺对不锈钢侧和碳钢侧进行加热，那么不锈钢和碳钢的热膨胀量就会因两种材料的线膨胀系数不同而出现差异，热膨胀量相对较大的不锈钢受焊缝约束不能自由膨胀会在焊缝上产生较大的剪切应力。这时将会出现两种可能的现象，如果焊缝在当前温度下的抗剪强度小于焊缝所受的剪切应力，那么焊缝就会开裂使复合坯不能轧制；如果焊缝在当前温度下的抗剪强度大于焊缝所受的剪切应力，那么线膨胀系数较大的不锈钢就会因不能自由膨胀而出现“鼓包”现象造成复合坯不能进行轧制。
进一步地，非对称不锈钢复合坯在轧制时，如果不进行特殊的控制，那么不锈钢层的延伸量就会因为不锈钢的变形抗力大于碳钢的变形抗力而小于碳钢的延伸量，这将会使复合坯向不锈钢面出现严重弯曲，严重弯曲的复合坯会很难咬入轧辊也很难通过轧线，最终导致轧制失败甚至损坏轧制设备。非对称不锈钢复合坯热轧完成后得到高温状态的不锈钢复合板，这时需要对高温复合板进行层流冷却后送入卷取机卷取成复合卷，高温状态的复合板在快速冷却过程中，由于线膨胀系数较大的不锈钢层收缩量较大，会使复合板头部向不锈钢面产生严重弯曲，弯曲的头部不能顺利通过层流轨道也不能顺利穿入卷取机，最终将会因为堆钢而造成卷取失败。
故而有必要在非对称不锈钢复合坯的热轧生产方法上做特殊限定，以克服上述问题。
发明内容
为解决非对称不锈钢复合坯在加热过程中的焊缝开裂、鼓包等问题，以及在轧制冷却过程中的弯曲即翘、扣头等问题，本发明提供一种非对称不锈钢复合坯热轧生产方法，以有效解决上述问题。
本发明通过下列技术方案实现：一种非对称不锈钢复合坯热轧生产方法，经过下列各步骤：
A、将非对称不锈钢复合坯中变形抗力大的不锈钢一面朝上放入加热炉内；这是由于加热炉内上部温度高于下部温度，因此将不锈钢复合坯装入炉内时，可使不锈钢复合坯中变形抗力大的不锈钢一面温度高于变形抗力小的碳钢一面；
B、控制步骤A加热炉的预热段温度为550～700℃，并使非对称不锈钢复合坯在预热段的驻炉时间为60～90min；这是由于较低的预热段温度，能使非对称不锈钢复合坯缓慢升温，大大减小焊缝及复合坯内的热应力，避免焊缝开裂及复合坯鼓包；
C、步骤B的非对称不锈钢复合坯在预热段加热结束后，按常规进行加热段、均热段加热后，在出炉温度为1180℃~1240℃下出炉；
D、步骤C出炉后的非对称不锈钢复合坯经常规除磷后，送入热轧机进行常规轧制，所述热轧机工作辊的上辊直径小于下辊直径10～30mm，且上辊的线速度大于下辊线速度的1～7%，并控制开轧温度为1100℃~1200℃、终轧温度为850~930℃，得到不锈钢复合板；
E、将步骤D轧制后的不锈钢复合板自板带头部2～5m之后开始进行常规层流冷却，之后在卷取温度为600~650℃下，进行常规卷取，得到非对称不锈钢复合卷。板带头部前2～5m不进行层流冷却，能使板带头部的降温速率大大减小，这样就不会因热收缩量不同而出现头部严重弯曲的现象。
所述步骤C的均热段温度与非对称不锈钢复合坯中热轧加热温度较低者的温度相同。
常规热轧时，无论是均一材料金属坯还是对称式不锈钢复合坯，其工作辊的上辊径与下辊均相同。本发明所用热轧机的工作辊的上辊直径之所以要小于下辊直径10～30mm，是因为：对于非对称不锈钢复合坯来说，因不锈钢面在上（步骤A），要求上辊小的目的是为了使不锈钢面的单位平均压力大于碳钢面。不锈钢变形抗力大，碳钢变形抗力小，但是不锈钢所受的单位平均压力较碳钢大，这样就可以解决不锈钢在轧制过程中的延伸较碳钢小的问题。进一步地，在其它条件相同的情况下，辊径越小，变形区面积越小，而轧制力是上下相等的（二力平衡），所以单位平均压力越大（可以理解成压强），金属变形抗力越大，变形所需的平均单位压力就越大。给变形抗力大的不锈钢在变形中施加较大的单位平均压力，给变形抗力小的碳钢在变形中施加较小的单位平均压力，这样才能使两种金属在轧制过程中的延伸量差异减小，才能避免严重弯曲的问题。
常规热轧时，无论是均一材料金属坯还是对称式不锈钢复合坯，工作辊的上辊线速度与下辊线速度均相同，因为均一材料金属坯材料均一，在相同的轧辊线速度下延伸也相同，金属坯经过轧制后能够平直；对称式不锈钢复合坯在轧制中其实也存在两种金属延伸不同的问题，但是这种复合坯复层和基层间不进行焊接固定，所以两种材料可以自由延伸，延伸量的差异并不会造成金属坯弯曲。但对于本发明的非对称不锈钢复合坯而言，必须控制热轧机中工作辊的上辊线速度大于下辊线速度的1～7%，这是因为：非对称不锈钢复合坯的上、下层材料不同，上层不锈钢变形抗力大，下层碳钢变形抗力小，那么就要使上辊线速度大于下辊线速度，这样才能使复合坯轧制后平直，解决严重弯曲的问题。进一步地，变形抗力大的不锈钢在较高的轧辊线速度下轧制、变形抗力小的碳钢在较低的线速度下轧制，才会使两种金属延伸量差异减小，解决严重弯曲的问题。
常规轧制通常是从头部就开始冷却，有些也会留出头部一段不进行冷却，但是其机理与本发明要求的头部不进行层流冷却是完全不同的。常规轧制的头部进行冷却后会使金属的强度大大增加，如果厚度较大就会在头部进入卷取机后难以卷取，所以有些常规金属板轧制（特别是金属强度较高时或者轧制目标厚度较大时）也会留出头部一段不进行层流冷却。本发明是在复合板的板带头部留出2～5m之后才进行层流冷却，这是因为：对于非对称不锈钢复合坯，在轧制过程中不锈钢与碳钢在高温下实现冶金结合成为一体，层流冷却时，温降非常大，而不锈钢与碳钢的线膨胀系数往往不同，这样，复合板不锈钢层收缩量就较大，就会使带钢头部向不锈钢面弯曲，温降越大、弯曲的程度也就越大。另外，线膨胀系数大的材料，在相同的温降下收缩量也就越大；材料的线膨胀量或者收缩量与温度变化成正比，因此，头部如果进行层流冷却就会使温度变化Δt变大，弯曲量也就变大，头部就会严重弯曲，就不能顺利通过轧线或不能进入卷取机。
本发明具备下列优点及效果：与对称式不锈钢复合坯的组坯生产相比较，本发明提供的非对称不锈钢复合坯的焊接量大大减小，虽然轧制效率与对称式不锈钢复合坯相同，但由于对称式不锈钢复合坯轧制完成后，需要送专门的分卷生产线进行切边，导致分卷生产成材率仅为85%左右。而本发明的非对称不锈钢复合坯轧制完成后，无需分卷，只需在普通精整生产线进行极少量的切边后，即可得到层压不锈钢复合板成品，整体效率大大提高。按照本发明提供的非对称不锈钢复合坯轧制方法，其轧制稳定，废损率低，不存在鼓包、严重弯曲即翘、扣头等问题，非对称不锈钢复合坯轧制后的切边量仅为对称式不锈钢复合坯切边量的1/4，成材率大大提高。本发明所得非对称不锈钢复合卷的表面无需涂装隔离材料，故避免了因隔离材料分布不均而造成的上下复层金属粘接的现象及隔离材料压入复层表面使表面质量不佳的问题，同时非对称不锈钢复合坯轧制时，复层表面直接与轧辊接触，大大提高了复层表面质量，本发明的轧制方法不会对设备带来额外的磨损。
具体实施方式
下面结合实例对本发明做进一步描述。
实施例1
轧制尺寸为5000mm*1600mm*110mm的非对称不锈钢复合坯，该复合坯由一块SUS304不锈钢与一块Q235普碳钢组成；其中，SUS304不锈钢尺寸为5000mm*1600mm*10mm、Q235普碳钢尺寸为5000mm*1600mm*100mm，轧制目标厚度为12mm。
A、将材质为Q235+SUS304非对称不锈钢复合坯变形抗力大的SUS304不锈钢面朝上放入加热炉内；室温下，304不锈钢的屈服强度为205MPa、Q235普碳钢为235MPa，但是在1200～900℃的轧制温度下，普碳钢的屈服强度减小到20～50MPa左右，而304不锈钢的屈服强度任然保持在40～70MPa左右，其远远大于Q235的屈服强度；304不锈钢热轧加热温度为1200～1260℃，普碳钢Q235为1150～1250℃；
B、控制步骤A加热炉的预热段温度为560±20℃，并使非对称不锈钢复合坯在预热段的驻炉时间为60min；
C、步骤B的非对称不锈钢复合坯在预热段加热结束后，按常规进行加热段、均热段加热，之后在出炉温度为1240℃下出炉；所述均热段温度为1250℃；
D、将步骤C加热后的非对称不锈钢复合坯经常规除磷后，送入热轧机进行常规轧制，所述热轧机工作辊的上辊直径为776mm、下辊直径为790mm，轧制过程中各个轧制道次的压下量分配、压下率、上下工作辊速度差如表1所示；并控制开轧温度为1100℃、终轧温度为900+/-20℃，得到不锈钢复合板；
E、将步骤D轧制后的复合板在板带头部3m之后开始进行常规层流冷却，然后在卷取温度为600+/-20℃下进行常规卷取，得到非对称不锈钢复合卷。
实施例2
轧制尺寸为150mm*1500mm*6000mm的非对称不锈钢复合坯，该复合坯由一块316不锈钢与一块Q345低合金钢组成，其中，SUS316不锈钢尺寸为6000mm*1500mm*20mm、Q345低合金钢尺寸为6000mm*1500mm*130mm，轧制目标厚度为8mm。
A、将材质为Q345+SUS316非对称不锈钢复合坯变形抗力大的SUS316不锈钢面朝上放入加热炉内；室温下，SUS316不锈钢的屈服强度为205MPa、Q345低合金钢为345MPa，但是在1200～900℃的轧制温度下，普碳钢的屈服强度减小到30～60MPa左右，而SUS316不锈钢的屈服强度仍然保持在40～70MPa左右，其大于Q345的屈服强度；其中316不锈钢热轧加热温度为1200～1260℃，普碳钢Q345为1150～1250℃；
B、控制步骤A加热炉的预热段温度为620±20℃，并使非对称不锈钢复合坯在预热段的驻炉时间为80min；
C、步骤B的非对称不锈钢复合坯在预热段加热结束后，按常规进行加热段、均热段加热，之后在出炉温度为1150℃下出炉；所述均热段加热温度为1200±20℃；
D、将步骤C加热后的非对称不锈钢复合坯经常规除磷后，送入热轧机进行常规轧制，所述热轧机工作辊上辊直径为780mm、下辊直径为800mm，轧制过程中各个轧制道次的压下量分配、压下率、上下工作辊速度差如表2所示；并控制开轧温度为1200℃、终轧温度为900+/-20℃，得到不锈钢复合板；
E、将步骤D轧制后的复合板在板带头部4m之后开始进行常规层流冷却，然后在卷取温度为620+/-20℃下进行常规卷取，得到非对称不锈钢复合卷。
Claims (2)
1.一种非对称不锈钢复合坯热轧生产方法，其特征在于经过下列各步骤：
A、将非对称不锈钢复合坯的不锈钢面朝上放入加热炉内；
B、控制步骤A加热炉的预热段温度为550～700℃，并使非对称不锈钢复合坯在预热段的驻炉时间为60～90min；
C、步骤B的非对称不锈钢复合坯在预热段加热结束后，按常规进行加热段、均热段加热后，在出炉温度为1180℃~1240℃下出炉；
D、步骤C出炉后的非对称不锈钢复合坯经常规除磷后，送入热轧机进行常规轧制，所述热轧机工作辊的上辊直径小于下辊直径10～30mm，且上辊的线速度大于下辊线速度的1～7%，并控制开轧温度为1100℃~1200℃、终轧温度为850~930℃，得到不锈钢复合板；
E、将步骤D轧制后的不锈钢复合板自板带头部2～5m之后开始进行常规层流冷却，之后在卷取温度为600~650℃下，进行常规卷取，得到非对称不锈钢复合卷。
2.根据权利要求1所述的非对称不锈钢复合坯热轧生产方法，其特征在于：所述步骤C的均热段温度与非对称不锈钢复合坯中热轧加热温度较低者的温度相同。
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