我国节约型无锡不锈钢制备技术创新与研发

中国不锈钢的消费和生产与整个钢铁工业一样都发展得十分迅速，但无锡不锈钢昂贵的价格，使其在中国的应用受到了一定的限制。随着近几年国民经济的快速发展，无锡不锈钢除在航空、核能、舰船、石化等工业领域广泛应用外，已向交通运输(汽车、火车)、厨房用具、家用电器、建筑装饰等民用领域发展。自2001年中国已成为世界上无锡不锈钢第一消费大国，产量从1998年的20万t增加到2004年的236.4万t，6年间翻了近12倍，到2010年达到了1000万t左右。一直以来，中国不锈钢始终以含镍奥氏体不锈钢为主。然而，中国是一个镍资源贫乏的国家，这种无锡不锈钢产品结构造成了中国每年面临的镍资源短缺近8万t。
      到2007年，中国不锈钢粗钢年产量达到884万t，如按现有的产品结构，每年需要镍资源60万t。严重的镍资源紧缺将成为影响钢铁工业发展的重大问题，这不仅仅是一个经济问题，还有可能危及无锡不锈钢产业链的安全和完整。在世界不锈钢生产中，奥氏体不锈钢平均比例为75%，而在发达国家中，美国的奥氏体不锈钢使用比例小于60%，日本在60%左右。因此，为保证中国不锈钢产业持续、良性发展，中国不锈钢产品结构急需做出调整，要使不锈钢的成本达到能使用户接受的程度，须大力推广使用节镍型不锈钢。

　　1、高韧性铁素体无锡不锈钢中厚板研制开发

　　与奥氏体无锡不锈钢相比，铁素体不锈钢的韧脆转变温度(DBTT)高且室温韧性低、对缺口敏感。而且后者具有非常明显的厚度效应，即成品板的规格越厚，DBTT越低，难以作为结构材料而被广泛应用。通过优化轧制工艺，控制成品板组织，铁素体不锈钢中厚板的韧性得到显著改善，有助于其在化工、交通运输及建筑等行业代替价格高昂的304奥氏体不锈钢中厚板，从而降低成本近万元。

　　研究结果表明，采用适用于铁素体无锡不锈钢的控制轧制与控制冷却技术后，成品板组织明显细化。如图1为传统工艺及细晶工艺条件下成品板的组织观察。与传统工艺相比，采用细晶工艺后铁素体不锈钢的DBTT降低高达40℃。

 　　图1：传统工艺(a)及细晶工艺(b)条件下成品板的组织观察

　　2、消除表面吕德斯带

　　超纯铁素体无锡不锈钢在拉伸过程中仍能观察到较为明显的吕德斯应变，导致冲压成形件表面容易形成吕德斯带，恶化表面质量。通过研究超纯铁素体不锈钢的屈服行为、沉淀析出相及加工工艺间的关系，提出一种以超快冷为核心技术的柔性化退火工艺(专利号ZL 200910011743.8)，可消除吕德斯应变，从而改善冲压件的表面质量，降低工业生产中较大的平整压下率，减小精整工序负荷。

　　图2是采用传统工艺及柔性化退火工艺生产的冷轧退火板的应力-应变曲线。结果表明，采用传统工艺生产，成品板在拉伸过程中存在大约2%的吕德斯应变。相反，采用柔性化退火工艺后，成品板具有连续屈服行为，且可以降低成品板的屈强比而改善成形性能。进一步的研究发现，铁素体不锈钢中形成的Laves相会导致细小NbC周围出现Nb的贫化，从而导致NbC的溶解、间隙碳原子的释放及柯氏气团的形成。

　图2：传统工艺及柔性化退火工艺的冷轧退火板的应力-应变曲线

　　3、提高铁素体无锡不锈钢成形性能的轧制技术开发

　　目前，铁素体不锈钢面临冷成形过程中发生严重的表面起皱及成形性能与奥氏体不锈钢仍有一定差距等主要问题。针对这些问题，开展了新工艺条件下铁素体不锈钢组织、织构和性能演变规律的研究，为热轧工艺的进一步优化提供了理论依据。最终提出了一种采用“高温粗轧+中间坯快速冷却+低温精轧”工艺思想(专利号：ZL 200910220459.1)。

　　图3示出的是超纯铁素体无锡不锈钢热轧工艺改进示意图。在此基础上，开发出综合改善中、高铬铁素体不锈钢成形性能和表面质量的工艺制度，为高品质铁素体不锈钢生产探索出了新的技术路线。图4和图5分别示出的是不同工艺下的冷轧退火板r值及实验钢拉伸变形15%后的表面形貌。结果表明，新的工艺对提高成形性能和抗表面起皱性能均具有明显的促进作用。

　图3：超纯21%Cr铁素体不锈钢热轧工艺改进示意图

　　图4：不同热轧工艺下冷轧退火板的r值

 图5：实验钢拉伸15%后的表面形貌

　　4、铁素体无锡不锈钢热轧粘辊机理研究及消除技术

　　铁素体无锡不锈钢在热轧过程中容易发生热轧粘辊，严重影响带钢表面质量。针对现有热轧粘辊实验手段存在的缺陷，开发了新的模拟铁素体不锈钢热轧粘辊的实验方法(专利号200910011680.6)。阐明了铁素体不锈钢热轧粘辊的形成机理，揭示了工艺参数对超纯铁素体不锈钢热轧粘辊的影响规律，为后续开发改善表面质量的热轧工艺找到解决方向

　　研究发现，随着超纯化和高铬量，铁素体不锈钢的高温抗氧化能力提高。明确了轧辊表面循环疲劳微裂纹是热轧粘辊的形核源。铁素体不锈钢由于高温流变应力小，容易发生局部塑性失稳，造成部分带钢表面撕裂并粘附在带有裂纹的轧辊表面，形成热轧粘辊。图6示出的是铁素体不锈钢热轧过程中发生热轧粘辊的机理图。减弱超纯铁素体不锈钢热轧粘辊的手段有：促进带钢表面氧化、降低热轧温度、降低轧辊表面粗糙度、增加变形速率和采用高温耐磨性能优异的高速钢辊代替高铬轧辊，其中前两种方法最为有效。

　图6：铁素体不锈钢热轧过程中发生热轧粘辊的示意图

　　5、双相不锈钢的TMCP生产技术开发

　　双相不锈钢抵抗氯化物诱发的应力腐蚀断裂(SCC)和穿晶腐蚀的能力很强，可以使产品厚度减薄，降低下游客户的使用成本。此外，由于其优异的耐点腐蚀和应力腐蚀性能，双相不锈钢的使用寿命明显高于奥氏体不锈钢。因此，双相不锈钢中厚板已经在船舶工业、航天航空、电力及冶炼工业和海洋工程等诸多领域正逐步替代成本较高的奥氏体不锈钢中厚板，而且可以预见双相不锈钢中厚板更广泛的应用前景。但是，由于钢中易产生脆性相，因此双相不锈钢热轧后卷取过程中极易出现开裂现象，且通常需要进行轧后固溶处理以消除脆性相。为降低双相不锈钢生产难度及工艺成本，开发出了以超快冷为核心的新的轧后控制冷却工艺技术。图7示出的是以超快冷技术为核心的轧后冷却工艺示意图。采用这种新的TMCP生产工艺，热连轧2205双相不锈钢无边裂产生，强度和延伸率均超过常规热轧工艺生产的热轧态品种，与离线热处理状态相当，且零摄氏度条件下的平均冲击功可达到260J。

　　6、结语

　　在自主研究的基础上，开发出生产高品质节镍型不锈钢的新工艺，并从根本上解决了其在生产和使用中主要面临的五大问题：铁素体不锈钢中厚板韧脆转变温度高、室温韧性差;薄板冲压成形件表面易形成吕德斯带及严重皱折;薄板成形性能有待进一步提高;铁素体不锈钢热轧过程中发生粘辊现象;双相不锈钢热轧后卷取过程中极易出现开裂现象。