不銹鋼的制造工藝流程及方法種類

浙江至德鋼業(yè)有限公司技術(shù)人員經(jīng)過研究分析總結(jié)不銹鋼的制造工藝流程如下幾點：

一、冶煉和連鑄

  1.  工藝流程

    將原料（廢鋼、合金鐵等）按照一定配比混合后裝入爐內(nèi)，在電爐里靠電弧產(chǎn)生的熱進(jìn)行熔煉，并進(jìn)行脫氧、脫硫以及溫度和成分的調(diào)整。電爐出鋼后的鋼液通過中間包倒入AOD爐內(nèi)，加入精煉劑除氧，吹進(jìn)惰性氣體氬氣，降低碳及硫的含量，同時調(diào)節(jié)化學(xué)成分?；蛘邔⒔?jīng)過電爐預(yù)脫碳的鋼水裝入VOD，在一定的真空度下繼續(xù)脫碳和還原精煉，生產(chǎn)出符合要求的不銹鋼。對冶煉要求較高的超低碳、超低氮不銹鋼，可采用EAF+AOD+VOD三步法的工藝流程。精煉后的不銹鋼水通過連鑄機(jī)生成不銹鋼板坯。

  2. 不銹鋼冶煉

   不銹鋼冶煉的核心問題是解決“降碳”和“保鉻”的矛盾。在高鉻鋼液中鉻比碳優(yōu)先氧化，在正常冶煉溫度下，要把碳降到0.03%以下，則平衡的鉻只能保持在4%左右。提高冶煉溫度固然能適當(dāng)提高鉻的平衡含量，但耐火材料卻難以承受，比如含鉻18%的鋼液要做到脫碳保鉻，溫度要達(dá)到1900℃以上。

   采用的方法有兩種，一是在真空下精煉；二是向鋼液中吹入氬氣、氮氣等惰性氣體稀釋爐氣中的一氧化碳。根據(jù)這兩種思想，60年代先后開發(fā)了VOD和AOD等爐外精練新技術(shù)，實現(xiàn)了在較低的溫度下不使鉻大量氧化而迅速降碳，從而比較好的解決了“降碳”和“保鉻”的矛盾。當(dāng)然，爐外精練的作用還不僅僅如此，在脫氫、脫氧、脫硫、去除夾雜物、提高鋼質(zhì)純度等方面也顯示了很大的優(yōu)越性。

  AOD是氬氧脫碳法（Argon Oxygen Decarburization）的簡稱，一般都是和電爐進(jìn)行雙聯(lián)煉鋼。是通過向鋼液中吹入氬氣、氮氣等惰性氣體降低脫碳時產(chǎn)生的一氧化碳分壓，提高高碳鋼水的脫碳效率，而且鉻不會被大量氧化。具有以下優(yōu)點：a、脫碳速度高，很容易將碳從高碳區(qū)降至很低，生產(chǎn)效率高；b、能大量使用高碳鉻鐵等較低廉的合金料，冶煉成本低；c、鉻的氧化較少，回收率比電爐高，因此還原劑的使用量相對較少，有利于降低成本；d、鋼水?dāng)嚢枇?qiáng)，有利于脫硫和脫氧。AOD爐的缺點是脫氮比較困難，超低氮鋼一般用VOD爐冶煉。

  VOD是真空吹氧脫碳法（Vaccum Oxygen Decarburization）的簡稱，是一種采用真空裝置降低一氧化碳分壓進(jìn)行脫碳的爐外精練法。因為在真空裝置中脫碳，一般是從0.4%～0.6%碳的范圍開始，需要先經(jīng)過電爐或轉(zhuǎn)爐預(yù)脫碳。具有以下優(yōu)點：a、降碳、保鉻效果好，通過控制真空度，可在鉻幾乎不被氧化的情況下脫碳；b、由于是在鋼包中精練，精煉后不吸收氮、碳，更適合冶煉超低碳、超低氮的不銹鋼；c、脫氧效果良好，但脫硫效果遠(yuǎn)不如AOD，生產(chǎn)效率也比AOD低。

  目前不銹鋼絕大多數(shù)采用EAF（電弧爐）→AOD二步冶煉法，冶煉超低碳、超低氮不銹鋼時也采用EAF→AOD→VOD三步煉鋼法。

二、不銹鋼連鑄

 不銹鋼的鑄造有模鑄和連鑄兩種方法。1960年以前，各國生產(chǎn)的不銹鋼大部分采用模鑄，從60年代以后大規(guī)模普及連鑄技術(shù)，到1985年全世界不銹鋼的連鑄比已達(dá)到70%以上，西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家已基本上用連鑄取代了模鑄。從模鑄到連鑄，是不銹鋼澆鑄工藝的一次大飛躍。它不僅顯著提高了鋼水收得率，從而使綜合成材率提高10%以上，而且還省略了開坯工序，大量節(jié)約了能耗；與爐外精煉相配合，也顯著提高了生產(chǎn)效率。爐外精煉+連鑄已成為現(xiàn)代化不銹鋼煉鋼工藝的主要標(biāo)志。

  1. 連鑄機(jī)結(jié)構(gòu)

   連鑄機(jī)各個組成單元的作用和工作原理為：

   a. 鋼包回轉(zhuǎn)臺

     安裝在澆鑄平臺上，用以放置鋼水包，做澆鑄前的準(zhǔn)備工作(吹氬氣、測溫、稱量等)?；剞D(zhuǎn)臺上可同時放置兩個鋼水包，一個作業(yè)，一個做準(zhǔn)備工作。

   b. 中間包

     用以接受鋼水包的鋼液，然后使鋼液流向結(jié)晶器進(jìn)行澆鑄。它的主要功能是：保持鋼流穩(wěn)定、溫度均勻和夾雜物的上浮。

   c. 結(jié)晶器

    結(jié)晶器是連鑄機(jī)的核心部分，鋼水在其中凝固結(jié)晶和成形。結(jié)晶器形狀和尺寸根據(jù)鑄坯的設(shè)定規(guī)格制作，通常寬度可調(diào)。

  d. 結(jié)晶器振動機(jī)構(gòu)

    為防止凝固殼或鋼液與結(jié)晶器壁粘結(jié)和加大結(jié)晶器內(nèi)的熱傳導(dǎo)，鑄機(jī)上設(shè)置有結(jié)晶器振動裝置。利用該機(jī)構(gòu)的反復(fù)運動，使結(jié)晶器在澆鑄過程中以一定的頻率和振幅上下振動。

  e. 二次冷卻裝置（二冷段）

   鑄坯在結(jié)晶器下形成硬殼的厚度大約為20mm，內(nèi)部仍為液芯，需要噴水加速冷卻，使其完全凝固。為破壞和限制連鋅坯中心部分柱狀晶的發(fā)展，減小偏析，不銹鋼連鑄機(jī)在二冷段的上部裝設(shè)有電磁攪拌裝置。為取得更好的鑄坯組織，有的連鑄機(jī)除二冷段設(shè)置電磁攪拌外，在結(jié)晶器外圍也安裝了電磁攪拌裝置。

  f. 夾送輥(支撐輥)

   使鑄坯以一定速度拉拔移動，同時矯直鑄坯。

  g. 火焰切割機(jī)

  夾送輥拉出的連鑄坯經(jīng)過輸送輥道送入火焰切割機(jī)，切割成定尺坯。

  h. 引錠桿

  澆鑄前，引錠桿的頭部作為結(jié)晶器的“活底”將其下口堵住，并用石棉繩塞好間隙。在引錠桿頭上放些廢鋼板、碎鋼等，以使鑄坯與引錠頭既連接牢固又有利于脫錠。而引錠桿的尾部則應(yīng)夾在拉矯機(jī)中。開始澆鑄時，引錠桿頭部逐漸與鑄坯凝結(jié)在一起。拉坯時，拉矯機(jī)將強(qiáng)制地從結(jié)晶器中拉出引錠桿及與其連在一起的鑄坯，直至鑄坯被矯直、脫掉引錠桿為止。其后的拉坯將通過拉矯輥夾緊鑄坯連續(xù)拉出，而引錠桿會被送離連鑄生產(chǎn)線存放、清理好以備再用。

三、連鑄生產(chǎn)流程

  進(jìn)行連續(xù)澆注時鋼包中的鋼液經(jīng)過中間包注入結(jié)晶器，結(jié)晶器的底部由引錠承托，結(jié)晶器采用水冷，由于冷卻水的強(qiáng)烈冷卻作用使鋼液迅速冷卻為具有一定坯殼厚度的鑄坯，并與引錠凝為一體。當(dāng)鋼液澆至規(guī)定高度時，開動拉矯機(jī)，拉輥以一定速度拉著引錠把鑄坯拉出結(jié)晶器。為了防止鑄坯坯殼被拉斷，并減少結(jié)晶器內(nèi)的拉坯阻力，在澆注過程中結(jié)晶器始終要進(jìn)行往復(fù)振動。鑄坯出結(jié)晶器以后，進(jìn)入噴水冷卻的二次冷卻區(qū)直到完全凝固。當(dāng)鑄坯進(jìn)入拉矯機(jī)后，脫去引錠，鑄坯經(jīng)過矯直，再經(jīng)切割機(jī)切成定尺長度，由輸送輥道運走。隨著鋼液的不斷注入，鑄坯不斷向下伸長，并被切割運走，形成了連續(xù)澆注的過程。

  1. 熱軋不銹鋼的生產(chǎn)

     a. 熱軋不銹鋼的軋制

   不銹鋼的熱軋卷目前主要由熱連軋機(jī)、爐卷軋機(jī)、行星軋機(jī)三種類型的軋機(jī)生產(chǎn)，其中以熱連軋機(jī)為主。下面以寶鋼股份不銹鋼分公司1780熱軋生產(chǎn)線為例介紹一下不銹鋼熱軋卷的軋制工藝。

  （1）坯料準(zhǔn)備和加熱

    熱軋前的坯料（連鑄坯）表面要求嚴(yán)格，要經(jīng)過認(rèn)真的研磨和清理消除各種缺陷，鉻系不銹鋼坯剝皮率較低，鎳系不銹鋼坯剝皮率較高，含鈦不銹鋼（如321）則要求深修磨。修磨后或者無缺陷的坯料（一般厚度為200mm）由30t板坯夾鉗吊車逐塊將板坯吊到上料輥道上并運到稱重輥道，經(jīng)測長、稱重、核對，然后送往加熱爐裝爐輥道，板坯定位后，由裝鋼機(jī)裝入步進(jìn)式加熱爐，加熱到熱軋所需的溫度。

  （2）粗軋（RM）

    出爐板坯經(jīng)輥道輸送到高壓水除鱗箱，用高壓水清除板坯表面氧化鐵皮。然后，板坯進(jìn)入帶立輥的四輥可逆式粗軋機(jī)進(jìn)行往復(fù)軋制；在軋制過程中，根據(jù)軋制規(guī)程要求，可在軋機(jī)入口側(cè)或出口側(cè)用高壓水清除二次氧化鐵皮；軋制5～7道次后，通過5～7道次軋制，將從加熱爐出來的板坯軋成厚度為35～40mm的中間坯，然后中間坯經(jīng)中間輥道送入熱卷箱或通過熱卷箱進(jìn)入精軋機(jī)組。

 （3）精軋（FM）

   帶坯經(jīng)切頭飛剪切除頭、尾后，進(jìn)入精軋除鱗箱，由高壓水清除再生氧化鐵皮，然后經(jīng)過精軋機(jī)F1前的立輥軋機(jī)軋制，以精確控制帶鋼寬度公差、提高和改善帶鋼邊部質(zhì)量；最后送入精軋機(jī)組軋制，帶坯經(jīng)過F1～F7四輥式精軋機(jī)組，軋制成2～10mm的不銹鋼帶鋼。為確保帶鋼的厚度精度，F(xiàn)1～F7設(shè)有響應(yīng)速度高、精度控制精確的全液壓壓下裝置及厚度自動控制系統(tǒng)（AGC）；為有效控制帶鋼的凸度和平直度，F(xiàn)2～F4采用軋輥成對交叉的PC軋機(jī)和F1～F7軋機(jī)上采用工作輥彎輥裝置；同時為了延長換輥周期和改善帶鋼表面質(zhì)量，在F5～F7機(jī)架設(shè)置了在線磨輥裝置（ORG）。

 （4）冷卻和卷取

  由精軋機(jī)軋出的帶鋼經(jīng)輸出輥道上的層流冷卻裝置冷卻，將帶鋼冷卻到規(guī)定的卷取溫度后，由三助卷輥式全液壓卷取機(jī)卷取成鋼卷。此時不銹鋼為未退火的黑皮卷?，F(xiàn)代化熱軋機(jī)生產(chǎn)量都很大，投資也很高，一般都不是專門軋制不銹鋼，還要軋制普通鋼和其他特殊鋼。不銹鋼分公司熱連軋機(jī)組也是以熱軋不銹鋼鋼卷為主導(dǎo)產(chǎn)品，同時發(fā)揮軋機(jī)能力大、控制水平高的特點，兼顧生產(chǎn)薄規(guī)格、高強(qiáng)度、高附加值的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼等。

  b. 熱軋不銹鋼的退火酸洗

  黑皮卷一般不能直接使用，若要用于工業(yè)用途或冷軋原料，黑皮不銹鋼需要經(jīng)過退火和酸洗工序得到熱軋白皮卷。通過退火，消除因熱軋而產(chǎn)生的熱軋應(yīng)力及恢復(fù)正常金屬組織，而酸洗的目的是去除熱軋及退火在鋼帶表面形成的鐵鱗（氧化皮）等雜物，同時對不銹鋼表面進(jìn)行鈍化，形成白皮卷。為消除熱軋和退火酸洗工序造成的表面缺陷，有時還需要通過研磨的方法來調(diào)整表面平整度和改善表觀質(zhì)量。

  不同類型的不銹鋼，熱軋后的組織是不同的，因此退火目的和使用的設(shè)備也不同。馬氏體鋼在高溫下為奧氏體，熱軋后在冷卻過程中發(fā)生馬氏體相變，常溫下得到高硬度的馬氏體。退火的目的是將這種馬氏體分解為鐵素體基體和均勻分布的球狀碳化物，以使鋼變軟。碳化物的析出需要很長時間，因此這種鋼的熱軋卷退火通常選擇罩式爐。

  鐵素體鋼通常沒有α?γ轉(zhuǎn)變，在高溫和常溫下都是鐵素體組織。但當(dāng)鋼中含有一定量的碳、氮等奧氏體形成元素時，即使有很高的鉻含量，高溫時也會部分形成奧氏體，在軋后冷卻過程會發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，使鋼硬化。因此這類鋼的退火目的一方面是使其被拉長的晶粒變?yōu)榈容S晶粒，另一方面使馬氏體分解為鐵素體和顆粒狀或球狀碳化物，以達(dá)到軟化的目的。所以，在退火爐的選擇方面，對于單相鐵素體不銹鋼，熱軋后不存在馬氏體，采用連續(xù)退火更為經(jīng)濟(jì)合理。而對于熱軋后存在部分馬氏體的鋼種，如430鋼，則選用罩式爐。

  奧氏體鋼含有大量鎳、錳等奧氏體形成元素，即使在常溫下也是奧氏體組織。但是鋼中含碳較多時、熱軋后會析出碳化物。另外，晶粒度也會因加工而變形。這種鋼的退火就是使析出的碳化物在高溫下固溶于奧氏體中，并通過急冷使固溶了碳的奧氏體保持到常溫，同時在退火中調(diào)整晶粒度，以達(dá)到軟化目的。因為熱軋后的奧氏體鋼需要快速冷卻防止碳化物的再析出，所以只能采用連續(xù)退火爐。

  c. 冷軋不銹鋼的生產(chǎn)  

    ①. 冷軋不銹鋼的軋制

    冷軋的作用有三個：按照訂貨基準(zhǔn)壓延至目標(biāo)厚度；確保后續(xù)工程得到良好的表面品質(zhì)；賦予其在退火再結(jié)晶時必要的驅(qū)動力。

    不銹鋼是一種高合金鋼，和一般鋼相比強(qiáng)度高、軋制變形抗力大，為了進(jìn)行高效率、高精度的軋制，應(yīng)采用剛性大的多輥軋機(jī)，如8輥、12輥和20輥等。多輥軋機(jī)中具有代表性的是20輥森吉米爾可逆軋機(jī)，目前不銹鋼的冷軋大多采用這種軋機(jī)。

  ②. 冷軋不銹鋼的退火酸洗

    冷軋后各類不銹鋼的退火，都是通過再結(jié)晶消除加工硬化而達(dá)到軟化目的。奧氏體不銹鋼除此之外，還要使冷軋產(chǎn)生的形變馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，因此所有冷軋后的不銹鋼帶通常都采用連續(xù)爐再結(jié)晶退火。而且現(xiàn)代化寬帶不銹鋼生產(chǎn)都是將退火與酸洗設(shè)在同一機(jī)組連續(xù)作業(yè)，稱之為退火酸洗機(jī)組（C-APL）。

   （1）退火

     退火的目的是為了消除冷軋加工硬化，軟化材料，并使材料具有合適的力學(xué)性能。退火溫度根據(jù)鋼種的再結(jié)晶特性而定，奧氏體鋼退火溫度較高，馬氏體和鐵素體較低。

     奧氏體鋼的再結(jié)晶一般從900℃左右開始，大體上在1050～1200℃完成。退火后原則上仍采取快速冷卻，但不同厚度的鋼帶采用不同的冷卻方法。厚規(guī)格可采用噴水冷卻，薄規(guī)格可采用風(fēng)冷或空冷。

    馬氏體鋼和鐵素體鋼冷軋后的退火自然也是以再結(jié)晶特性為基礎(chǔ)。馬氏體鋼一旦加熱到相變點以上，就會發(fā)生馬氏體相變而使材質(zhì)硬化，特別是高碳馬氏體鋼更是如此。所以這種鋼一般要求爐溫設(shè)定在800℃以下，通板時要注意控制，退火后自然冷卻。

    鐵素體鋼的再結(jié)晶從600～650℃左右開始，大體上在900℃附近完成。但是加熱到900℃附近時，也能有相變發(fā)生。所以爐溫設(shè)定應(yīng)低于900℃，通常為850℃。退火后自然冷卻。

  （2）酸洗

    酸洗是為了去除在氧化性氛圍中熱處理形成的氧化層，并對不銹鋼表面進(jìn)行鈍化處理，賦予鋼板耐蝕性和一定的光澤（2D表面）。

    酸洗的方法可歸納為兩類，一種是酸浸法，一種是酸液電解法，并且兩者可以組合使用。根據(jù)不銹鋼表面氧化層結(jié)構(gòu)的不同，為達(dá)到理想的酸洗效果，通常的做法是，300系列不銹鋼的酸洗采用Na2SO4電解→（HNO3+HF）酸浸的酸洗方法；400系列不銹鋼的酸洗采用Na2SO4電解→HNO3電解的酸洗方法。

   （3）冷軋不銹鋼光亮退火

    光亮退火是為了得到BA表面而進(jìn)行的一種特殊退火處理，退火爐一般為立式連續(xù)退火爐，在爐體密封狀態(tài)下通入氫氣和氮氣混合氣體，在這種還原性氣氛中進(jìn)行間接加熱（電加熱），表面不會產(chǎn)生氧化皮，不再需要經(jīng)過酸洗。BA機(jī)組只用于處理奧氏體和鐵素體不銹鋼，而且一般只限于薄規(guī)格（2.0mm以下）的鋼帶。

   （4）精整

   退火酸洗后的工序統(tǒng)稱為精整，包括平整、矯直、研磨、縱切、橫切等。

 （1）平整（SPM）

  平整是冷軋不銹鋼精整的第一道工序，也是冷軋的最后一道工序。從壓下變形看，平整實質(zhì)是一種小壓下率的二次冷軋變形，但由于平整壓下率很小，其厚度變化難以測準(zhǔn)，因此平整率是采用與壓下率成比例的延伸率來表示的，平整過程的工藝質(zhì)量控制主要就是通過延伸率μ來進(jìn)行管理的。一般采用延伸率0.5~1.0%，最大2%。

  平整機(jī)有二輥可逆和四輥可逆式，使用普遍的是二輥軋機(jī)。

  平整的作用主要有三個：

    ①. 消除退火帶鋼的屈服平臺，調(diào)整力學(xué)性能

       冷軋帶鋼經(jīng)過再結(jié)晶退火，消除了加工硬化組織，但卻使力學(xué)性能和加工性能變壞。這時帶鋼的應(yīng)力應(yīng)變曲線具有明顯的上屈服極限，并且在下屈服極限出現(xiàn)屈服平臺。理論和實踐都證明了有屈服平臺的帶鋼在沖壓加工時會出現(xiàn)滑移線，彎曲成圓時有橫向折棱傾向，從而使加工件表面質(zhì)量不良。而平整能使上屈服極限提高，屈服平臺消失，強(qiáng)度提高。

       對于鐵素體不銹鋼來說，平整最重要的目的是改善力學(xué)性能。鐵素體不銹鋼，也包括一些低碳馬氏體鋼，退火后和其他軟鋼一樣在拉伸變形時會產(chǎn)生“屈服延伸現(xiàn)象”。表面上產(chǎn)生絨狀或樹枝狀的不均勻變形花紋，即所謂滑移線。這種材樹在隨后加工時會出現(xiàn)“折皺”和“荷葉邊”，嚴(yán)重?fù)p壞產(chǎn)品的價值，為消除這種缺陷，需要對帶鋼作適當(dāng)?shù)妮p冷軋（平整），使其預(yù)先產(chǎn)生一個均勻的永久變形，從而在拉伸變形中不產(chǎn)生屈服平臺。

   ②. 修正板形，改善平直度

       帶鋼在退火過程中因受熱而變軟變形，板形變壞，平整時輕微的壓下變形則能在一定程度上減輕和消除其板形缺陷，得到平坦的帶鋼。鎳系不銹鋼和高碳鉻不銹鋼不存在控制延伸率的問題，修正板形是其主要目的。

   ③. 改善表面的精加工狀態(tài)

       不銹鋼根據(jù)用途不同．表面狀態(tài)有光面（如2B板）和麻面（如2D板）之分。光面板要求具有良好的光潔度，需用光潔度很高的軋輥平整；而麻面板是一種無光澤板，需要用打毛處理的軋輥平整．除此之外，帶鋼上的某些表面缺陷通過平整壓下也可以有所改善。

（2）張力矯直（TLL）

   TLL（Tension Leveling Line）全稱為張力矯直機(jī)組，用于帶鋼的切邊，矯直和分卷，能有效地改善板形和提高平直度。平整對板形進(jìn)行了一次修正，可以滿足大多數(shù)使用環(huán)境。但對板形要求苛刻的使用情況下，可用張力矯直機(jī)進(jìn)一步對板形進(jìn)行矯正。常用的矯直方法是反復(fù)彎曲拉伸矯直法。張力矯直機(jī)可以減輕或消除的常見形狀缺陷如下圖。

（3）研磨（CGL）

    此工序有兩種作用，一種為修磨，去除冷軋之前的原料卷或者冷軋中間卷的表面缺陷，為獲得高質(zhì)量的成品表面創(chuàng)造條件；另一種是根據(jù)用戶要求的表面狀態(tài)進(jìn)行最終表面研磨，生產(chǎn)NO.3、NO.4、HL等研磨產(chǎn)品。

（4）縱切（STL）

  當(dāng)帶鋼成卷交貨時，要在STL機(jī)組用圓盤剪切去毛邊。圓盤剪距離可以調(diào)整，以適應(yīng)要求的寬度。STL另一個功能是進(jìn)行寬帶鋼的分條，分條寬度根據(jù)用戶需求及成材率綜合而定。

（5）橫切（CTL）

  當(dāng)產(chǎn)品以平板狀態(tài)交貨時，帶鋼要在橫切機(jī)組上剪板。橫剪機(jī)組配備有開卷機(jī)、圓盤剪、矯直機(jī)、墊紙裝置、定尺剪、垛板臺等設(shè)備。鋼卷首先裝入開卷機(jī)開卷，用圓盤剪切去毛邊，然后送入矯直機(jī)矯直，矯直后的帶鋼通過墊紙機(jī)自動墊紙（如為覆膜鋼板，則需表面覆膜），送入定尺剪。定尺剪設(shè)有自動定尺裝置，定尺和剪切同步進(jìn)行。剪切后的鋼板在輸送帶上在線檢查后送入垛板臺規(guī)整打包。