中厚板軋制中對組織性能的控制
信息來源：求和不銹鋼 時間：2018-11-13 12:30:02 瀏覽次數(shù):-
超級不銹鋼、鎳基合金是一種特種的不銹鋼，磷在鋼鐵中，尤其在不銹鋼中是危害性最大的元素之一，它不但加劇了不銹鋼的成分偏析，而且對不銹鋼的抗點腐蝕、抗應力腐蝕以及焊接性能等均產(chǎn)生十分不利的影響。降低不銹鋼中的含磷量一直是冶金工作者關心的問題。直到現(xiàn)在，這個問題并沒有很好的解決，仍然是精煉技術上最大的研究課題。目前，不銹鋼冶煉主要采用電弧爐返回吹氧法和爐外精煉法。鋼料一次又一次循環(huán)使用，使鋼中的磷越來越富集。再加上鉻鐵等的加入帶進部分磷，鋼液很容易出現(xiàn)磷含量超過標準的現(xiàn)象。因此，不銹鋼的脫磷問題越來越顯得很突出。
研究開發(fā)中的不銹鋼脫磷技術大體可分為2類，即氧化脫磷和還原脫磷。氧化脫磷過程需要BaO基或CaO基的堿性渣，而還原脫磷需要Ca或鈣合金。無論是哪條路線，其核心問題是在保鉻的條件下最大限度地去除鋼中的磷。但由于現(xiàn)代工業(yè)所需的合金鋼含有很高的合金成分，如鉻、錳等，若對這樣的高合金鋼采用氧化法脫磷，就會在去磷的同時將大量的合金元素氧化掉；另一方面，鐵合金中磷一向很難去除，特別是那些在還原條件下生產(chǎn)的鐵合金，而近年來低磷鋼和超低磷鋼的生產(chǎn)對鐵合金中的磷含量要求越來越嚴格。因此，人們希望研究出一種在還原條件下有效的脫磷方法，達到保鉻去磷的目的。煉鋼過程中，鋼水中磷進入爐渣有兩種方式，即氧化脫磷和還原脫磷。當體系氧勢低于臨界值，磷元素將主要以P3-形式進入爐渣(還原脫磷)，并且體系氧勢越低該過程越易進行。人們最常用來做還原脫磷劑的是金屬鈣和鈣合金(包括碳化鈣、硅鈣合金)，另外還有鋁－鎂、鈣－鋁合金。
實驗表明，用鈣基渣系在還原性氣氛下脫磷可以達到這一目的。而且還原脫磷法可以使鋼鐵企業(yè)采用含磷較高、價格低廉的軟鐵和返回料作原料，而且大大提高合金的收得率，從而降低煉鋼成本。因此，還原脫磷法更具有研究意義和經(jīng)濟價值。
各種因素對脫磷率的影響
脫磷率與鋼液的碳含量有密切的關系。例如，用Ca脫磷時，碳高會促進反應，從而快速消耗金屬鈣，導致脫磷率的降低，用CaC2作脫磷劑時，若碳高，CaC2則分解不充分，減少了分解的金屬鈣，影響了脫磷的效果，所以，鋼液中的碳含量低能加快脫磷反應的進行。還原脫磷時也必須考慮鋼中氧含量對脫磷的影響，因為鋼中氧直接影響(Ca)的利用率。而獲得>50%的條件是：aC<0.92和aO<4×10-4。從理論上說，還原脫磷中的鉻不與金屬鈣化合，不參加反應，所以鋼液中的鉻應該沒有損耗。但實際上，鉻含量會影響脫磷率。研究表明，鉻含量影響脫磷率的原因在于它對碳活度的影響。用金屬鈣脫磷時，溫度越低，脫磷率越高。用CaC2脫磷時，高溫脫磷速度快、低溫時則相反。但是，從總的結果來看，溫度對脫磷率影響不大。因此在實際生產(chǎn)中考慮到總的經(jīng)濟效益，一般對溫度可不做特殊要求(純鈣脫磷除外)。用不同材質的坩堝進行還原脫磷實驗時發(fā)現(xiàn)，實驗條件相同的情況下用石墨增碳幾乎不能脫磷；用Al2O3坩鍋，脫磷率較低；在MgO和CaO及白云石坩堝中脫磷率較高。作為助熔劑的CaF2不僅價格便宜，而且熔點較低，易與其它成分形成低熔點化合物，便于造渣；能溶解脫磷劑Ca，CaC2，降低鈣的蒸氣壓，減少其揮發(fā)損失；降低磷化鈣的活度，促使脫磷反應順利進行，因此應用較廣泛。但是在噴粉脫磷時，由于動力學條件好，反應面增大，所以渣中CaF2的作用就不明顯了。
中華不銹鋼網(wǎng)刊登:隨著廢鋼的循環(huán)使用，鋼中的磷因無法利用氧化法有效地脫除而愈聚愈多，從而造成市場上有些不銹鋼返回料的磷含量高達0.047～0.087%。因此，深入研究、改進和發(fā)展不銹鋼脫磷的方法成了日益緊迫的問題。
隨著合金中Mn，Cr等合金元素的增加，磷的活度降低，合金的熔點升高，致使氧化脫磷幾乎不能進行，尤其是在真空感應爐里中性或還原性氣氛下，冶煉不銹鋼、高溫合金等特殊合金只能采用還原脫磷法。SiCa－CaF2法是唯一在工業(yè)規(guī)模上有少量應用的還原脫磷法，而且氧化脫除增加的硅比較容易。Ca－Al,、A1－Mg還原脫磷法相對來說操作工藝簡單，脫磷率略有提高，可以應用在A1、Mg作為有益元素而存在的鋼種的冶煉中。
還原脫磷法雖然存在脫磷產(chǎn)物難以處理、易污染環(huán)境、前后工序復雜和對設備要求高等缺陷，但是由于還原脫磷法不損失昂貴的合金元素(如Cr,Mn等),脫磷率高，所以還原脫磷法可以使鋼鐵企業(yè)采用含磷較高、價格低廉的軟鐵和返回料作原料，而且大大提高合金的收得率，從而降低煉鋼成本。因此，還原脫磷法更具有研究意義和經(jīng)濟價值。首先在化學成分上與普通不銹鋼304不同，是指含高鎳，高鉻，高鉬的一種高合金不銹鋼。其次在耐高溫或者耐腐蝕的性能上，與304相比，具有更加優(yōu)秀的耐高溫或者耐腐蝕性能，是304不可取代的。另外，從不銹鋼的分類上，特殊不銹鋼的金相組織是一種穩(wěn)定的奧氏體金相組織。
由于這種特種不銹鋼是一種高合金的材料，所以在制造工藝上相當復雜，一般人們只能依靠傳統(tǒng)工藝來制造這種特種不銹鋼，如灌注，鍛造，壓延等等。
在許多的領域中，比如
1，海洋：海域環(huán)境的海洋構造物，海水淡化，海水養(yǎng)殖，海水熱交換等。
2，環(huán)保領域：火力發(fā)電的煙氣脫硫裝置，廢水處理等。
3，能源領域：原子能發(fā)電，煤炭的綜合利用，海潮發(fā)電等。
4，石油化工領域：煉油，化學化工設備等。
5，食品領域：制鹽，醬油釀造等
在以上的眾多領域中，普通不銹鋼304是無法勝任的，在這些特殊的領域中，特種不銹鋼是不可缺少的，也是不可被替代的。近幾年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)達，隨著工業(yè)領域的層次的不斷提高，越來越多的項目需要檔次更高的不銹鋼。。。。。特種不銹鋼（超級不銹鋼、鎳基合金）。
一些代表性的特種不銹鋼有：
1，超級不銹鋼，也就是說是一種含有約6%鉬的特種不銹鋼，世界上有十來種鋼種。大家也叫6鉬不銹鋼。比如他的主要成分為；25Ni-23Cr-5.5Mo-0.2N
2，英苛萊合金，比如說英苛萊800，他的主要成分為；32Ni-21Cr-Ti,Al
3，英苛鎳合金，比如說英苛鎳600，他的主要成分位；73Ni-15Cr-Ti,Al
4，哈氏合金，比如說C-276，他的主要成分位；56Ni-16Cr-16Mo-4W
5，蒙乃爾合金，比如說蒙乃爾400，他的主要成分位；65Ni-34Cu
綜合以上事例中，如果是選用普通不銹鋼（304），而不是選用特種不銹鋼的情況下，普通不銹鋼（304）并不適合這樣的高溫或者高腐蝕的環(huán)境，材料會馬上發(fā)生腐蝕，或者發(fā)生高溫氧化。所以在眾多的需要耐高溫，耐腐蝕的環(huán)境下，特種不銹鋼是最好的選擇。特種不銹鋼超越了從來的不銹鋼范疇，具有卓越不凡的性能，無論是今天還是將來，特殊不銹鋼材料都有著源源不絕的需求。
中厚板主要用于船艦、橋梁、鍋爐、容器、石油化工、工程機械及國防建設等方面，其品種繁多，使用溫度區(qū)域較廣(-200～600℃)，使用環(huán)境復雜(耐侯性、耐蝕性等)，使用要求高(強韌性、焊接性等)。因此，中厚鋼板是國民經(jīng)濟中具有戰(zhàn)略意義的鋼材品種。中厚板軋制中對組織性能的控制是提高鋼板成材率的關鍵之一，在這方面，近年來國內外正在研發(fā)的新技術主要有以下一些。
一.中間冷卻技術。從目前國內控制軋制工藝應用情況看，最廣泛采用的控制軋制是兩階段軋制，即再結晶區(qū)軋制和未再結晶區(qū)軋制。在此兩階段中需要避開部分再結晶區(qū)，粗軋完的中間坯空冷待溫就是為適應這個要求而采取的措施。中間冷卻裝置是在雙機架生產(chǎn)線的粗軋機和精軋機之間或單機架軋機的機前或機后增加冷卻裝置，以減少中間坯在輥道上的待溫時間，提高軋機的生產(chǎn)能力。采用這種裝置后，中間坯的待溫時間可以縮短35%～80%。該裝置結合中間冷卻的控制軋制和軋后控冷，還可以用于生產(chǎn)表面超細晶粒鋼，或者叫三明治鋼，這種鋼因為有一定厚度(4mm)的超細晶粒層，因此具有很高的止裂性能。我國唐鋼、南鋼加設了中間坯冷卻設備，不但提高了軋機生產(chǎn)能力，而且強化了對鋼組織性能的控制能力，擴大了鋼材品種范圍。
二.預矯直技術。預矯直機可以安裝在精軋機和鋼板冷卻裝置之間，其用途是減輕鋼板頭或尾翹曲，并修正鋼板中間段的平直度缺陷。矯直作業(yè)可以避免在鋼板上蓄積有害的水并改善冷卻均勻性，從而獲得最終板形良好的產(chǎn)品。預矯直機要與輥道同步，并且具有與冷卻技術完美結合的速度精度。
三.超高密層流冷卻技術。北京科技大學最近開發(fā)了超高密層流冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)不僅可以大幅提高鋼板冷卻速度，改善鋼材性能，同時可以在不增加運行成本的基礎上，降低合金成本。其冷速比日本JFE開發(fā)的超級冷卻系統(tǒng)提高50%，對20mm厚度的鋼板其冷速可達到45℃/s。目前，利用該設備系統(tǒng)，已經(jīng)成功開發(fā)了高強度鋼Q550-Q800和高強容器板N610E。
四.在線熱處理技術。正在研發(fā)的直接淬火-在線回火工藝與直接淬火-回火工藝相比工藝流程和生產(chǎn)周期短，節(jié)能幅度也更大。在線淬火的終冷溫度并非室溫，而是低溫相變的溫度區(qū)間，因此，在線回火可以充分利用余熱。據(jù)介紹，在線加熱速率在10～20℃/s，保溫時間少于5分鐘，較離線回火時間大大縮短。
五.?；乩浼夹g。常化是提高鋼板組織均勻性和韌性的重要工藝手段。?；笸ㄟ^控制冷卻速度和終冷溫度來控制鋼板的相變溫度，并抑制微合金元素碳氮化物的長大，細化晶粒和析出物，提高鋼板強度，而保持韌性和塑性基本不變。
研究開發(fā)中的不銹鋼脫磷技術大體可分為2類，即氧化脫磷和還原脫磷。氧化脫磷過程需要BaO基或CaO基的堿性渣，而還原脫磷需要Ca或鈣合金。無論是哪條路線，其核心問題是在保鉻的條件下最大限度地去除鋼中的磷。但由于現(xiàn)代工業(yè)所需的合金鋼含有很高的合金成分，如鉻、錳等，若對這樣的高合金鋼采用氧化法脫磷，就會在去磷的同時將大量的合金元素氧化掉；另一方面，鐵合金中磷一向很難去除，特別是那些在還原條件下生產(chǎn)的鐵合金，而近年來低磷鋼和超低磷鋼的生產(chǎn)對鐵合金中的磷含量要求越來越嚴格。因此，人們希望研究出一種在還原條件下有效的脫磷方法，達到保鉻去磷的目的。煉鋼過程中，鋼水中磷進入爐渣有兩種方式，即氧化脫磷和還原脫磷。當體系氧勢低于臨界值，磷元素將主要以P3-形式進入爐渣(還原脫磷)，并且體系氧勢越低該過程越易進行。人們最常用來做還原脫磷劑的是金屬鈣和鈣合金(包括碳化鈣、硅鈣合金)，另外還有鋁－鎂、鈣－鋁合金。
實驗表明，用鈣基渣系在還原性氣氛下脫磷可以達到這一目的。而且還原脫磷法可以使鋼鐵企業(yè)采用含磷較高、價格低廉的軟鐵和返回料作原料，而且大大提高合金的收得率，從而降低煉鋼成本。因此，還原脫磷法更具有研究意義和經(jīng)濟價值。
各種因素對脫磷率的影響
脫磷率與鋼液的碳含量有密切的關系。例如，用Ca脫磷時，碳高會促進反應，從而快速消耗金屬鈣，導致脫磷率的降低，用CaC2作脫磷劑時，若碳高，CaC2則分解不充分，減少了分解的金屬鈣，影響了脫磷的效果，所以，鋼液中的碳含量低能加快脫磷反應的進行。還原脫磷時也必須考慮鋼中氧含量對脫磷的影響，因為鋼中氧直接影響(Ca)的利用率。而獲得>50%的條件是：aC<0.92和aO<4×10-4。從理論上說，還原脫磷中的鉻不與金屬鈣化合，不參加反應，所以鋼液中的鉻應該沒有損耗。但實際上，鉻含量會影響脫磷率。研究表明，鉻含量影響脫磷率的原因在于它對碳活度的影響。用金屬鈣脫磷時，溫度越低，脫磷率越高。用CaC2脫磷時，高溫脫磷速度快、低溫時則相反。但是，從總的結果來看，溫度對脫磷率影響不大。因此在實際生產(chǎn)中考慮到總的經(jīng)濟效益，一般對溫度可不做特殊要求(純鈣脫磷除外)。用不同材質的坩堝進行還原脫磷實驗時發(fā)現(xiàn)，實驗條件相同的情況下用石墨增碳幾乎不能脫磷；用Al2O3坩鍋，脫磷率較低；在MgO和CaO及白云石坩堝中脫磷率較高。作為助熔劑的CaF2不僅價格便宜，而且熔點較低，易與其它成分形成低熔點化合物，便于造渣；能溶解脫磷劑Ca，CaC2，降低鈣的蒸氣壓，減少其揮發(fā)損失；降低磷化鈣的活度，促使脫磷反應順利進行，因此應用較廣泛。但是在噴粉脫磷時，由于動力學條件好，反應面增大，所以渣中CaF2的作用就不明顯了。
中華不銹鋼網(wǎng)刊登:隨著廢鋼的循環(huán)使用，鋼中的磷因無法利用氧化法有效地脫除而愈聚愈多，從而造成市場上有些不銹鋼返回料的磷含量高達0.047～0.087%。因此，深入研究、改進和發(fā)展不銹鋼脫磷的方法成了日益緊迫的問題。
隨著合金中Mn，Cr等合金元素的增加，磷的活度降低，合金的熔點升高，致使氧化脫磷幾乎不能進行，尤其是在真空感應爐里中性或還原性氣氛下，冶煉不銹鋼、高溫合金等特殊合金只能采用還原脫磷法。SiCa－CaF2法是唯一在工業(yè)規(guī)模上有少量應用的還原脫磷法，而且氧化脫除增加的硅比較容易。Ca－Al,、A1－Mg還原脫磷法相對來說操作工藝簡單，脫磷率略有提高，可以應用在A1、Mg作為有益元素而存在的鋼種的冶煉中。
還原脫磷法雖然存在脫磷產(chǎn)物難以處理、易污染環(huán)境、前后工序復雜和對設備要求高等缺陷，但是由于還原脫磷法不損失昂貴的合金元素(如Cr,Mn等),脫磷率高，所以還原脫磷法可以使鋼鐵企業(yè)采用含磷較高、價格低廉的軟鐵和返回料作原料，而且大大提高合金的收得率，從而降低煉鋼成本。因此，還原脫磷法更具有研究意義和經(jīng)濟價值。首先在化學成分上與普通不銹鋼304不同，是指含高鎳，高鉻，高鉬的一種高合金不銹鋼。其次在耐高溫或者耐腐蝕的性能上，與304相比，具有更加優(yōu)秀的耐高溫或者耐腐蝕性能，是304不可取代的。另外，從不銹鋼的分類上，特殊不銹鋼的金相組織是一種穩(wěn)定的奧氏體金相組織。
由于這種特種不銹鋼是一種高合金的材料，所以在制造工藝上相當復雜，一般人們只能依靠傳統(tǒng)工藝來制造這種特種不銹鋼，如灌注，鍛造，壓延等等。
在許多的領域中，比如
1，海洋：海域環(huán)境的海洋構造物，海水淡化，海水養(yǎng)殖，海水熱交換等。
2，環(huán)保領域：火力發(fā)電的煙氣脫硫裝置，廢水處理等。
3，能源領域：原子能發(fā)電，煤炭的綜合利用，海潮發(fā)電等。
4，石油化工領域：煉油，化學化工設備等。
5，食品領域：制鹽，醬油釀造等
在以上的眾多領域中，普通不銹鋼304是無法勝任的，在這些特殊的領域中，特種不銹鋼是不可缺少的，也是不可被替代的。近幾年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)達，隨著工業(yè)領域的層次的不斷提高，越來越多的項目需要檔次更高的不銹鋼。。。。。特種不銹鋼（超級不銹鋼、鎳基合金）。
一些代表性的特種不銹鋼有：
1，超級不銹鋼，也就是說是一種含有約6%鉬的特種不銹鋼，世界上有十來種鋼種。大家也叫6鉬不銹鋼。比如他的主要成分為；25Ni-23Cr-5.5Mo-0.2N
2，英苛萊合金，比如說英苛萊800，他的主要成分為；32Ni-21Cr-Ti,Al
3，英苛鎳合金，比如說英苛鎳600，他的主要成分位；73Ni-15Cr-Ti,Al
4，哈氏合金，比如說C-276，他的主要成分位；56Ni-16Cr-16Mo-4W
5，蒙乃爾合金，比如說蒙乃爾400，他的主要成分位；65Ni-34Cu
綜合以上事例中，如果是選用普通不銹鋼（304），而不是選用特種不銹鋼的情況下，普通不銹鋼（304）并不適合這樣的高溫或者高腐蝕的環(huán)境，材料會馬上發(fā)生腐蝕，或者發(fā)生高溫氧化。所以在眾多的需要耐高溫，耐腐蝕的環(huán)境下，特種不銹鋼是最好的選擇。特種不銹鋼超越了從來的不銹鋼范疇，具有卓越不凡的性能，無論是今天還是將來，特殊不銹鋼材料都有著源源不絕的需求。
中厚板主要用于船艦、橋梁、鍋爐、容器、石油化工、工程機械及國防建設等方面，其品種繁多，使用溫度區(qū)域較廣(-200～600℃)，使用環(huán)境復雜(耐侯性、耐蝕性等)，使用要求高(強韌性、焊接性等)。因此，中厚鋼板是國民經(jīng)濟中具有戰(zhàn)略意義的鋼材品種。中厚板軋制中對組織性能的控制是提高鋼板成材率的關鍵之一，在這方面，近年來國內外正在研發(fā)的新技術主要有以下一些。
一.中間冷卻技術。從目前國內控制軋制工藝應用情況看，最廣泛采用的控制軋制是兩階段軋制，即再結晶區(qū)軋制和未再結晶區(qū)軋制。在此兩階段中需要避開部分再結晶區(qū)，粗軋完的中間坯空冷待溫就是為適應這個要求而采取的措施。中間冷卻裝置是在雙機架生產(chǎn)線的粗軋機和精軋機之間或單機架軋機的機前或機后增加冷卻裝置，以減少中間坯在輥道上的待溫時間，提高軋機的生產(chǎn)能力。采用這種裝置后，中間坯的待溫時間可以縮短35%～80%。該裝置結合中間冷卻的控制軋制和軋后控冷，還可以用于生產(chǎn)表面超細晶粒鋼，或者叫三明治鋼，這種鋼因為有一定厚度(4mm)的超細晶粒層，因此具有很高的止裂性能。我國唐鋼、南鋼加設了中間坯冷卻設備，不但提高了軋機生產(chǎn)能力，而且強化了對鋼組織性能的控制能力，擴大了鋼材品種范圍。
二.預矯直技術。預矯直機可以安裝在精軋機和鋼板冷卻裝置之間，其用途是減輕鋼板頭或尾翹曲，并修正鋼板中間段的平直度缺陷。矯直作業(yè)可以避免在鋼板上蓄積有害的水并改善冷卻均勻性，從而獲得最終板形良好的產(chǎn)品。預矯直機要與輥道同步，并且具有與冷卻技術完美結合的速度精度。
三.超高密層流冷卻技術。北京科技大學最近開發(fā)了超高密層流冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)不僅可以大幅提高鋼板冷卻速度，改善鋼材性能，同時可以在不增加運行成本的基礎上，降低合金成本。其冷速比日本JFE開發(fā)的超級冷卻系統(tǒng)提高50%，對20mm厚度的鋼板其冷速可達到45℃/s。目前，利用該設備系統(tǒng)，已經(jīng)成功開發(fā)了高強度鋼Q550-Q800和高強容器板N610E。
四.在線熱處理技術。正在研發(fā)的直接淬火-在線回火工藝與直接淬火-回火工藝相比工藝流程和生產(chǎn)周期短，節(jié)能幅度也更大。在線淬火的終冷溫度并非室溫，而是低溫相變的溫度區(qū)間，因此，在線回火可以充分利用余熱。據(jù)介紹，在線加熱速率在10～20℃/s，保溫時間少于5分鐘，較離線回火時間大大縮短。
五.?；乩浼夹g。常化是提高鋼板組織均勻性和韌性的重要工藝手段。?；笸ㄟ^控制冷卻速度和終冷溫度來控制鋼板的相變溫度，并抑制微合金元素碳氮化物的長大，細化晶粒和析出物，提高鋼板強度，而保持韌性和塑性基本不變。
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