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201不鏽鋼管生産的若幹問題研究

來源:AG亚游国际鋼業 日期:2018-09-05 20:54:15 人气:264

研究了201不鏽鋼管生産過程中的若幹問題,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,制定了合理的生産工藝,生産出了高質量的201不鏽鋼管冷軋帶鋼。

201不鏽鋼管是在傳統304不鏽鋼的基礎上,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鏽鋼。近年來,該類不鏽鋼以其優異的機械性能和較好的耐腐蝕性能,受到不鏽鋼生産企業越來越多的關注,品種開發數量和産品産量均呈逐年快速增長的趨勢。然而,對于201不鏽鋼管生産過程中的相關問題研究及其對産品質量控制的影響,很少有文獻公開報道。因此,研究和201不鏽鋼管生産密切相關的技術問題,爲産品生産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

實驗用材料均爲工業規模化生産的201不鏽鋼管,其主要成分的範圍如表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

從工業生産的連鑄板坯上取樣,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,加熱溫度分別爲120012301260℃,保溫時間分別爲60120180min

1.2.2 形變馬氏體的産生和消除規律 切取10塊工业生产的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。從冷軋壓下量爲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,熱處理溫度範圍從500800℃,每間隔50℃測試一次,保溫時間分別爲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。退火溫度分別爲960980100010201040℃,保溫時間分別爲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不鏽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,然後急劇降低,再緩慢升高,並在連鑄坯的中心位置(1/2厚度位置)達到最高點。連鑄坯表層爲細晶區,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爲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爲徹底,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,從而使越後凝固的鑄坯中鐵素體相含量增加,並在最後凝固的連鑄坯中心區域達到最大值。連鑄坯中心區域爲粗大晶粒區,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 加热工艺對连铸坯组织的影响

不同加熱制度後,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,鐵素體含量先減少後增加;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不鏽鋼管高溫奧氏體組織向鐵素體組織轉變溫度約爲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 形變馬氏體的産生和消除規律

4給出了一種201不鏽鋼管的机械性能随冷轧压下量的变化关系,由圖可以看出,随着冷轧压下量的增加,材料的强度增加,延伸率则急剧下降。当冷轧压下量为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不鏽鋼管具有較高的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不鏽鋼管属于亚稳定奥氏体不锈钢,在冷轧变形过程中,会产生形变马氏体,起到了相变强化的效果。形变马氏体的含量随着冷轧压下量的增加而增加,如圖5所示。因此,201不鏽鋼管冷軋變形過程中的強化是加工硬化和相變強化的複合作用。

6顯示了不同热处理制度對轧硬态钢板中形变马氏体含量的影响关系。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不鏽鋼管軋硬態帶鋼在1000℃退火时,钢板表面的氧化皮随不同保温时间的变化关系。由圖可以看出,氧化皮的颜色随着不同的保温时间而发生变化,表明氧化皮中的元素组成发生了改变。圖8是不同保溫時間下鋼板表面的GDS分析结果,可以看出,随着保温时间的延长,氧化皮的厚度逐渐增加。从圖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的氧化物裏面,存在富Cr的氧化物,见圖8Cr元素含量曲線的峰值點位置。

3 結語

连铸板坯在加热过程中的组织变化规律對于制定合理的热轧工艺具有重要的意义。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,在實際生産過程中需要進行嚴格控制。 201不鏽鋼管属于亚稳定奥氏体不锈钢。冷变形过程不可避免地产生形变马氏体,材料的强度增加,塑性下降,在实际生产过程中往往造成冷轧轧制的断带。因此,需要根据形变马氏体量和冷轧压下量的关系,设定合理的冷轧轧制工艺;另外,在冷轧带钢的退火过程中,还要结合热处理對形变马氏体量的影响关系,设定科学的退火工艺或者制定异常生产处置预案。 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。 根據上述研究結果爲指導而制定的201不鏽鋼管生産工藝,在實踐中取得了良好的應用效果,可以穩定地生産出高質量的201不鏽鋼管冷軋帶鋼。

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