超纯铁素体不锈钢热轧生产控制方法

超纯铁素体不锈钢热轧生产控制方法

宝山钢铁股份有限公司 任贤霖 马文博

摘 要：结合宝钢不锈钢事、监部生产不锈钢产品经验，说明了超纯铁素体不锈钢在热轧生产过程中存在的主要质量问题；同时从轧钢计期编排、关键工艺控制、轧辊材质使用、设备功能状态等多个角度。详细阐述了热轧生产的具体控制要求。

关键词：超纯铁素体；不锈钢；热轧

0 概述

铁素体不锈钢是具有体心立方结构，含碳量≤0．20％，含铬量为10．5％～32％，在高温和室温下均为铁素体组织的不锈钢。铁素体不锈钢主要品种有：409、410、430和含Ti、Nb等稳定化元素的稳定型钢种以及超低碳、氮的超纯铁素体不锈钢等。

超纯铁素体不锈钢由于不含镍，因此生产成本相对比较低廉，在确保同样产品性能的条件下，相比奥氏体不锈钢具有明显的价格优势。

超纯铁素体不锈钢用途广泛，其冷轧产品广泛运用于电梯面板、建筑内装修、汽车排气系统、家电厨卫设备、电气制品、食品陈列装备、冷冻冷藏车等。目前用户有逐步采用上述钢种替代常规奥氏体不锈钢的趋势，因此开发出表面质量、产品性能合格的超纯铁素体不锈钢，意义重大且势在必行。

超纯铁素体不锈钢重点通过间隙元素C和N的超纯化、添加Nb或Ti的稳定化以及高Cr、Mo、Si、A1化来充分挖掘和提升不锈钢的耐腐蚀性、耐热性、耐氧化性等几大方面的性能，从而在一定环境下尽可能替代300系不锈钢的应用。

国内生产超纯铁素体不锈钢的厂家主要是太钢，其超纯铁素体不锈钢主要产品有439、443、444等。国外的超纯铁素体不锈钢生产主要集中在日本和韩国，如日新、JFE和浦项等。国外一些不锈钢企业生产不锈钢已经积累了几十年的经验，能够很好地控制超纯铁素体不锈钢的表面质量。例如JFE从2004年起退出了含镍不锈钢市场，专注于400系不锈钢并非常关注高Cr系不锈钢产品的开发。

尤其是进入2008年以来，一些不锈钢企业明确表示看好超纯铁素体不锈钢的发展前景，同时将集中技术力量全力攻克技术难点，提高超纯铁素体不锈钢产能。

宝钢不锈钢事业部从2007年起大力推进超纯铁素体不锈钢系列产品的拓展，目前主要生产的牌号有439、B443NT、B439M、SUS444、B430LNT等，上述产品的质量和性能较之前有了明显的提升，目前已能稳定批量生产。

1 超纯铁素体不锈钢热轧板主要质量问题

通过热轧现场取样结果以及多次冷轧酸洗跟踪，发现超纯铁素体不锈钢表面存在一些如边部翘皮、氧化铁皮咬入、山形鳞状折叠等质量缺陷。

如果缺陷程度较轻，可以通过放慢酸洗速度、冷轧粗磨、加大压下量等方式来消除或者减轻缺陷。但是如果缺陷程度较重，在后续的冷轧生产过程中无法去除，尤其是对于缺陷深度在50μm以上的质量缺陷将直接影响到后续冷轧工序的加工和使用。

除上述表面缺陷外，由于超纯铁素体不锈钢板坯宽度控制困难，因此对热轧的宽度控制、边部狭缝以及边裂的控制等提出较高要求。

2 热轧生产控制要求

2．1 连铸板坯要求

不锈钢连铸板坯表面不得有肉眼可见裂纹、重叠、翻皮、结疤、夹杂、振痕、划痕、压痕、擦伤、气孔、冷溅、皱纹、耳子、凸块、凹坑和发纹；板坯横截面不允许有缩孔、高度大于5 mm的火焰切割瘤及其他影响轧制质量的缺陷。

超纯铁素体不锈钢由于产品特性及用途对成分要求很高，成分控制不良在后续轧制过程中容易出现翘皮、夹杂等质量缺陷，因此板坯必须进行全修磨，去除板坯表面的夹杂物及微裂纹，提高轧制合格率。修磨后板坯表面粗糙度尽可能确保控制在150μm以下。板坯修磨后应尽快装进保温炉，并尽快安排轧制。

2．2 热轧工艺重点控制内容

超纯铁素体不锈钢由于产品特性，在热轧生产过程中对生产状态都有严格的要求，计划衔接、工艺选择、设备条件都需控制在最佳，从而确保超纯铁素体不锈钢表面质量。

2．2．1计划要求

由于超纯铁素体不锈钢变形抗力低，材质软，容易与轧辊发生粘结现象，因此轧制计划应采用混合轧制模式，即超纯铁素体不锈钢与表面质量要求不高的常规碳钢进行混轧，以利用混轧碳钢清洗轧辊表面。为了确保混轧效果，混轧碳钢宽度应大于不锈钢宽度100 mm以上，在有条件的情况可以适当增加混轧碳钢的数量，确保清洗效果，为超纯铁素体不锈钢生产提供有利条件。

2．2．2加热控制

超纯铁素体不锈钢的抽钢温度控制在1000～1100℃之间，采用相对较低的抽钢温度可使该钢种轧制过程中的变形抗力和表面硬度提高，缓解轧辊与轧材之间的粘着。

同时加热炉应对炉内气氛、加热时间进行控制，确定与钢种相适应的加热制度相当关键，尤其要避免局部瘤状物和腐蚀坑的形成，否则在后续的除鳞过程中不易除去。

选择能形成均匀的富络氧化膜的温度范围，避免出现局部腐蚀坑，这时可考虑如何使富铬氧化膜更易剥落。增大气氛中的水蒸汽含量和增大氧分压有助于使氧化膜与基体间的结合力变差，从而确保板坯表面形成均匀的Fe、Cr混合氧化物层，避免局部快速腐蚀，在轧制前通过除鳞将表面的氧化铁皮全部去除干净。

2．2．3道次压下

由于超纯铁索体不锈钢极软，因此不存在轧机负荷或电流超限的问题，但是必须注意带钢压缩变形后对表面带来的影响。

大生产实践证明，在超纯铁素体不锈钢的轧制过程中，若个别道次的压下率太大导致轧制负荷增加或者带钢局部温度过低，会由于局部轧制力偏大，在轧辊表面形成粗糙带，与带钢接触后在带钢表面形成表面缺陷。

另外由于带钢边部温度往往低于中间的温度，因此该问题在带钢边部发生的几率相对较大。因此应采用较小的道次压下率，尤其是精轧前机架由于压下量较大，必须有意识地控制其压下率在一定范围内，避免由于压下量大而造成的粘辊现象。

根据实际现场操作经验，在压下分配原则的基础上根据轧制后轧辊辊面状况合理分配精轧各机架的压下量，在条件允许的前提下适当减小中间坯厚度或者增加轧制道次，为精轧控制创造有利条件。

2．2．4除鳞控制

板坯经高压水除鳞后，已经去除加热过程中生产的一次氧化铁皮，但在粗轧机架也要进行适当的除鳞，由于不锈钢氧化铁皮明显少于碳钢，在确保温度的条件下采用l～2道次除鳞即可。

另外，在带钢表面留有厚度均匀、较薄的氧化膜有保护带钢基体不被损坏，在轧制过程中起到润滑的作用。尤其是对于超纯铁素体不锈钢而言，带钢表面的氧化膜非常关键，一旦控制不佳极易产生的粘辊痕迹缺陷。

因此在粗轧最后一道次应将除鳞水关闭，一方面最后一道次板坯厚度薄、温降大造成精轧单位轧制力大；另一方面关闭除鳞水有利于带钢表面氧化膜的形成，在后续的精轧轧制过程中可以有效地保护带钢表面。

2．2．5轧辊使用要求

1)轧辊材质要求。精轧工作辊材质有高速钢和高铬铸钢两种，高速钢轧辊比高铬铸钢轧辊具有更高的强度和硬度，在热轧高温状态下不易与带钢产生粘结。采用高铬钢轧辊时在轧制超纯铁素体不锈钢后轧辊表面会留下粘结痕迹，如果采用高速钢轧辊则能明显改善此类现象的发生，因此对于精轧机组尤其对于前机架压下量较大的机架采用高速钢轧辊是必须的。

2)轧辊表面要求。精轧机架采用研磨后的高速钢轧辊，由于高速钢轧辊耐磨性能较好，可以多次上机使用。若在生产超纯铁素体不锈钢时要使用曾经上机使用的高速钢轧辊，那么在上机使用前必须检查轧辊表面的氧化膜形成情况，若氧化膜细致、均匀、手感光滑，无明显的流星斑、氧化膜剥落现象，可以继续上机使用，否则必须更换。

3)表面粗糙度。降低带钢表面的粗糙度将不利于咬钢，但是在超纯铁素体不锈钢时，在保证带钢能顺利咬入的前提下应尽量降低轧辊粗糙度。减小轧辊表面的粗糙度可以明显降低超纯铁素体不锈钢粘辊的概率。同时，高速钢轧辊抗表面粗糙的能力优于高铬钢轧辊，在轧制相同数量的带钢后高铬钢轧辊的粘结增重明显大于高速钢轧辊，也从侧面证明了要优先使用高速钢轧辊。

2．3设备要求

超纯铁素体不锈钢除了对工艺有严格要求外，对设备机组状态的要求也十分苛刻。在轧前尤其要注重对以下几方面进行重点检查，确保设备处于最佳状态。

2．3．1切水板状态

检查机架内切水板磨损情况，表面不得有堆积氧化铁皮；若氧化铁皮堆积过多在轧制过程中容易压入带钢表面，形成氧化铁皮咬入缺陷，在后续冷轧过程中无法去除。

2．3．2除鳞水管和喷嘴

除鳞水管、喷嘴等设备不允许有堵塞、滴漏。因为如果局部存在漏水现象，势必造成带钢局部温度低，从而间接造成局部压力过大，形成表面缺陷。

3 发展目标

随着宝钢400系列不锈钢产品结构的优化，同时结合不锈钢产品研发动向，重点发展超纯铁素体不锈钢将是大势所趋，因此必须开展超纯铁素体不锈钢生产制造关键工艺技术的研究，突破生产瓶颈和质量瓶颈，从而提高产品的性价比和竞争力。

目前超纯铁素体不锈钢研发品种主要方向为：汽车排气系统用不锈钢、家电用系列不锈钢、铁路车辆用TCS不锈钢、高Cr高耐蚀系列不锈钢。

4 结 论

1)生产超纯铁素体不锈钢时，轧制计划应采用混合轧制模式，利用混轧碳钢清洗轧辊表面，减轻超纯铁素体不锈钢粘结现象。

2)确定合理的轧线除鳞制度和压下制度，减少道次负荷，降低单位轧制力，避免轧辊表面形成粗糙带并与带钢接触后在带钢表面形成表面缺陷，从而减轻粘辊现象。

3)采用高速钢轧辊同时降低轧辊表面粗糙度，能够有效地减轻与超纯铁素体不锈钢基体的粘结程度。

4)注重轧前板道检查，确保设备处于最佳状态，尤其是注意对切水板、除鳞水管、喷嘴状态的检查。