不锈钢棒材的生产是随着不锈钢的开发而兴起的。由于不锈钢棒材的应用范围越来越广泛,如寒冷地区高层建筑的基础、高速公路旁的隔离网、家庭生活用品等,使不锈钢棒材的热轧生产得到很大发展,我国不锈钢产品的30%,国外只占8%-10%。随着石油、化工、能源及原子能、宇航、海洋开发等尖端技术的迅速发展,对不锈钢提出了更高的综合性能要求,不仅要求有良好的耐蚀性,还要求有高强度、耐高温高压、防辐射、耐低温等性能,使不锈钢的品种类型得到进一步的开拓。
简介
生产过程及分类
不锈钢棒材是由不锈钢钢锭,经过热轧或锻造而成的。
按形状分大致可以分为:不锈钢圆棒、不锈钢方棒、不锈钢六角棒。
按表面处理分可分为:不锈钢黑棒、不锈钢酸白棒、不锈钢光亮棒、不锈钢研磨棒。
轧制常用炉型
常用几种炉型目前国内棒材或棒线生产线对合金钢及铬钢系列产品采用的热处理装备有:辊底炉(隧道炉)、台车炉、罩式炉、缓冷坑。
常见问题
由于无缓冷和退火设施,轧出的棒材直接暴露在空气环境中冷却,造成以下6大问题:①棒材表面产生表面裂纹,内部组织存在晶裂缺陷;②能源浪费、退火周期长;③生产物流组织不通畅,产品在现场频繁倒运,增加了运输成本,岗位工人劳动强度高,倒运过程对棒材产生损伤;④由于产品缺陷多,需逐个检验,检验工作繁重,增加检验成本;⑤产品供货周期长;⑥产品成材率低,顾客质量异议多。
生产标准
在不锈钢棒材轧制的标准方面,美、英、德、法、俄、日及国际标准比较先进,其中美国标准尺寸公差最严格。有关国家不锈钢热轧型材的最新标准有:美国ASTMA276《不锈钢及耐热钢棒和型材的标准规范》;美国ASTMA484/A484M《不锈及耐热钢棒、钢坯和锻件的一般要求》;德国DIN17440《不锈钢薄板、热轧带钢、线材、拉拔线材、钢棒、锻件和钢坯交货技术条件》;日本JlS64304《不锈钢棒》。八十年代前期,我国结合美国、日本、德国、前苏联和国际标准化组织(ISO)的有关标准,并重点参照日本JIS不锈钢棒标准,制定了不锈钢棒材的国家标准GB1220—92,同时参照国外标准,制定了不锈钢盘条的国家标准GB4356—84,使钢种系列更加完善,并采用了美国、日本等国际通用牌号,我国的某些不锈钢牌号与美国标准牌号是对应的,如表l。同时保留了我国常用牌号,使其与美国等发达国家的不锈钢牌号基本一致,通用性更强。与发达国家相比,标准本身的差距缩小了很多,但表面质量、尺寸公差较差,实物水平差距较大。
生产工艺
棒材生产线工艺流程:钢坯验收→加热→轧制→倍尺剪切→冷却→剪切→检验→包装→计量→入库。
小型棒材是由小型轧机生产的,小型轧机的主要类型分为:连续式、半连续式和横列式。目前世界上新建和在用的以全连续式小型轧机居多。当今流行的钢筋轧机有通用的高速轧制的钢筋轧机和4切分的高产量的钢筋轧机。连续小型轧机所用坯料一般是连铸小方坯,其边长一般为130~160mm,也有180mm×180mm的,长度一般在6~12米左右,坯料单重1.5~3吨。轧制线多为平-立交替布置,实现全线的无扭转轧制。机架的多少按照一个机架轧制一道的原则确定。轧机多为偶数道次组合,对于不同的坯料规格和成品尺寸有18架、20架、22架甚至24架的小型轧机,18架为主流。速度可调、微张力和无张力轧制是现代全连续式小型轧机的明显特点。粗轧和中轧的部分机架为微张力控制,中轧的部分机架和精轧机组为无张力控制,以保证产品的尺寸精度。连续式轧机一般设置6~10个活套,甚至有的多达12个活套。
棒材轧制是所有轧材中最容易实现的品种,它可以有多种方式。从三辊横列式,到扭转二重式,从各种半连续式到全连续式,都能生产棒材,但其产量、尺寸精度、成材率、合格率却都大不一样。三辊轧机刚度低,加热温度的波动必然带来严重的产品尺寸波动,加上横列式速度慢、轧制时间长,导致轧件头、尾温差加大,容易尺寸不一致,并且性能不均,产量很低,质量波动很大,优质率极低。全连续轧机一般采用平立交替,轧件无扭,事故少、产量高,可以实现了大规模的专业化生产和组织性能控制.同时轧机采用高刚度,控制自动化程度较高,使尺寸精度和合格率得到很大提高,尤其成材率提高,减少回炉炼钢的浪费。目前,棒材轧制多采用步进式加热炉、高压水除鳞、低温轧制、无头轧制等新工艺,粗轧、中轧向适应大坯料及提高轧制精度方向发展,精轧机主要是提高精度和速度。
与普碳钢热轧相比,不锈钢的轧制技术和工艺决窍,主要体现在锭坯的检查清理、加热方法、轧辊孔型设计、轧制温度控制和产品在线热处理等方面。
锭坯的检查清理
清理线包括:抛丸、红外线表面检查、超声波探伤及修磨砂轮机等。随着连铸水平的提高,如果连铸能生产无缺陷坯,可不加钢坯清理线。
加热方法
奥氏体不锈钢加热时组织稳定,不能通过淬火强化。这类钢具有良好的强度和韧性配合,低温韧性极好,无磁性,加工、成型和焊接性能好,但易产生加工硬化。同时,这类钢的导热性很低,在低温阶段塑性极好,因此加热速度可比铁素体不锈钢快,稍低于普碳钢的加热速度。
铁素体不锈钢加热时不发生相变,一般不能用热处理强化。这类钢具有三种脆性转变,即475℃脆性、a相析出脆性和晶粒长大引起的脆性,常采用退火后急冷以获得良好的性能。高Cr钢高温下抗氧化;对应力腐蚀不敏感;钢的强度较奥氏体不锈钢高;韧性随C、Ni含量的降低而提高;有强磁性;焊接性能差。这类钢具有良好的热加工性,但在低温阶段铁素体的塑性很低,又加上坯(锭)冷却时产生的残余应力和加热时产生的热应力方向一致(因加热和冷却时没有相变)能相互迭加,因而易产生热裂。所以坯(锭)在低温阶段应缓慢加热。钢锭的装炉温度不大于800℃,钢坯应不大于850℃。当含Cr量大于16%时,铸态组织非常粗大,易产生粗晶组织,经热加工破碎的晶粒,在温度大于950℃时有强烈长大的倾向,因在加热和冷却时不产生相变,所以长大的晶粒不能通过热处理方法来改变,同时这类钢是体心立方晶格的铁素体,再结晶温度低,再结晶速度大,经再结晶后钢的塑性也较好,热加工时变形抗力小,为了要获得所需的细晶粒组织,一般采用在较低温度下变形和控制在此温度下的变形量,加热温度一般为950℃~1000℃左右。
轧辊孔型设计
生产不锈钢棒材时,轧辊孔型一般采用椭圆一圆孔型系统,孔型设计时要考虑孔型有较强的可适应性,尽可能减少更换孔型和轧机的重新启动,即孔型可以适应多种产品,允许孔型有较大的间隙调整,使整个产品范围对预精轧机孔型变化的要求都降低到最低。
轧制温度控制
不锈钢轧制时,由于其变形抗力对温度变化相当敏感,特别在粗轧时,由于轧制速度低,变形功导致的温度上升不足以补偿轧件本身的温降,造成头尾温差大,对产品公差有不良影响,也会在轧件上产生表面缺陷和内部缺陷,影响最终产品性能的均匀性。为了解决上述问题,加热好的坯料经粗轧轧制后,进入设在粗轧和中轧间的燃油(或燃气)保温炉或感应式再加热炉,温度均匀化之后再进入中轧机组进行轧制。为了控制精轧和预精轧过程中轧件升温过高,一般在这两组轧机后及精轧机组机架间设有水冷装置(水箱)。因此,这样可以实现对晶粒度的合理控制,以便改善最终产品的技术性能。
不锈钢的在线热处理
过去不锈钢棒材的热处理都是离线进行,随着科学的发展和轧制工艺研究的不断深入,现代不锈钢热处理也较多采用在线进行。生产棒材时,对奥氏体、铁素体不锈钢而言,由于不易产生冷裂和自点,轧后可空冷或堆冷,或者在飞剪前设穿水冷却装置以实现余热淬火;生产马氏体不锈钢时,由于容易产生冷裂,不能进行穿水冷却而直接进入冷床,冷床的结构不同于生产普碳钢的冷床,一种办法是采用经改进的步进式齿条冷床,如意大利Danieli公司设计的1989年投产的美国TeledyneAIIvac厂的冷床,它伸入高温侧的一个槽中,槽可以放上水使冷床淹没在水中,这样可以对奥氏体不锈钢进行水淬,而不要水淬的品种则直接进入冷床,该冷床还可以装备绝热罩,可使轧件延迟冷却,在罩上绝热罩进行延迟冷却时,其冷却速度相当自然冷却速度的一半,较低的冷却速度对确保马氏体不锈钢的滞后脆性裂纹是非常重要的;另一种办法是:把冷床的一半设计成链式,另一半为普通的齿条式冷床,辊道设保温罩,生产马氏体不锈钢时,飞剪把轧件切成倍尺或定尺,如为倍尺,经链式冷床快速拉入保温罩中,在罩中切成定尺再送入保温坑,定尺直接拉入保温坑中进行缓慢冷却。