冷軋不銹鋼的退火及酸洗工藝

冷軋不銹鋼的退火及酸洗工藝?yán)滠埐讳P鋼的退火及酸洗工藝不銹鋼熱軋帶鋼經(jīng)熱帶退火酸洗后，為了到達(dá)一定的性能及厚度要求，需進(jìn)行常溫軋制處理，即冷軋。不銹鋼冷軋時發(fā)生加工硬化，冷軋量越大，加工硬化的程度也越大，假設(shè)將加工硬化的材料加熱到200—400℃就可以消除變形應(yīng)力，進(jìn)一步提高溫度那么發(fā)生再結(jié)晶，使材料軟化。冷軋后的退火按退火方式分為連續(xù)臥式退火和立式光亮退火；按退火工序分為中間退火和最終退火。顧名思義，中間退火是指中間軋制后的退火，而最終退火是指最終軋制后的退火，兩者在工藝控制和退火目的上無根本區(qū)別，因此下文統(tǒng)稱為冷軋退火或者退火。一、連續(xù)臥式退火〔連退爐〕連退爐是目前廣為使用的退火設(shè)備，廣泛用于帶鋼的熱處理，其特點(diǎn)是帶鋼在爐內(nèi)呈水平狀態(tài)，邊加熱邊前進(jìn)。爐子的結(jié)構(gòu)一般主要由預(yù)熱段、加熱段和冷卻段組成。臥式退火爐通常與開卷機(jī)、焊機(jī)、酸洗線等組成一條連續(xù)退火酸洗機(jī)組。冷軋退火對不銹鋼成品材料的機(jī)械性能有很大影響，如晶粒度、抗拉強(qiáng)度、硬度、延伸率和粗糙度等。其中退火溫度和退火時間對冷軋材料再結(jié)晶后的晶粒度具有最直接的影響。10晶粒度5$丁乂〕502468退火時間〔分〕圖1.SUS304帶鋼1100℃時退火時間與晶粒度關(guān)系示意圖如前所述，連退爐一般由預(yù)熱、加熱、冷卻三大局部組成。預(yù)熱段沒有燒嘴燃燒，而是利用后面加熱段的輻射熱來加熱帶鋼，這樣可以有效的利用熱能，節(jié)約能源本錢。加熱段利用燃料燃燒直接對帶鋼進(jìn)行加熱，該段一般分為假設(shè)干各區(qū)，每個區(qū)都有高溫計(jì)來控制和顯示溫度。燃燒后高達(dá)700多度的廢氣被廢氣風(fēng)機(jī)抽出加熱室后進(jìn)入換熱器，在換熱器內(nèi)將冷的燃燒空氣進(jìn)行加熱〔可加熱到400多度〕，加熱后的燃燒空氣直接被送到各個燒嘴。換熱器的目的在于有效回收廢氣熱量。l爐內(nèi)燃燒條件的管理。燃料〔液化石油氣或天然氣〕在爐內(nèi)的燃燒狀況對質(zhì)量、本錢、熱效率等都有很大影響?？杖急仁侨紵芾淼囊粋€重要指標(biāo)?？杖急仍礁?，燃燒越充分，但是排廢量也相應(yīng)增加，爐內(nèi)氧含量提高，增加了帶鋼的氧化程度。反之，空燃比偏低，那么燃燒不充分，增加了燃料本錢，而且容易引起煤氣斑點(diǎn)等缺陷。l爐內(nèi)張力。張力的控制對于防止焊縫在爐內(nèi)斷帶以及防止帶鋼擦劃傷等很重要。通常以單位張力表示〔kg/mm2〕。張力一般控制在0.4-0.6kg/mm2。薄帶通常稍大于厚帶，以糾正帶鋼在爐內(nèi)的跑偏現(xiàn)象。l爐內(nèi)壓力。壓力低于外界壓力時，冷空氣會進(jìn)入爐內(nèi)，增大熱損失；而壓力過高，會因高溫氣體排出爐外而造成熱量浪費(fèi)，并且損傷爐體設(shè)備。較理想的爐壓為微正壓〔8-25Pa〕。帶鋼到達(dá)目標(biāo)溫度后，隨即進(jìn)入冷卻段進(jìn)行冷卻。冷卻方式分為傳統(tǒng)冷卻和氣墊冷卻兩種。傳統(tǒng)冷卻一般由空冷、霧冷和水冷組成。氣墊冷卻是近年剛剛在國內(nèi)興起的一種冷卻方式。它的主要優(yōu)點(diǎn)在于高溫加熱后的帶鋼不與輥?zhàn)咏佑|，帶鋼由高壓氣體支撐懸浮在冷卻室內(nèi)。假設(shè)干個大功率的風(fēng)機(jī)負(fù)責(zé)從帶鋼的上下方輸送空氣。氣墊冷卻的關(guān)鍵在于合理的調(diào)節(jié)和控制氣體的壓力，以防止壓力波動造成帶鋼擦劃傷。由于氣墊冷卻室內(nèi)沒有輥?zhàn)?，防止了許多可能產(chǎn)生的缺陷，因此，它非常適合生產(chǎn)以薄帶為主的機(jī)組。冷卻段是帶鋼產(chǎn)生缺陷較為密集的地點(diǎn)。在控制上除了合理設(shè)定壓力和帶鋼張力以防止擦劃傷外，還應(yīng)控制好帶鋼的冷卻速率。對于奧氏體帶鋼來說〔如SUS304〕，在850-500℃之間大冷卻速率一般不得小于20℃/s,否那么會發(fā)生碳化物析出，影響材料性能。但冷卻速率也不宜過大，否那么容易引起冷卻皺紋等缺陷。二、立式光亮退火〔光亮爐〕光亮退火機(jī)組一般由開卷機(jī)、焊機(jī)、脫脂段、出入口活套、光亮退火爐和卷取機(jī)等組成。帶鋼在光亮爐內(nèi)呈垂直狀態(tài)，邊加熱邊垂直運(yùn)行。爐內(nèi)以復(fù)原性氣體H2作為保護(hù)氣體，帶鋼在爐內(nèi)幾乎不產(chǎn)生氧化。光亮產(chǎn)品的“光亮〞性并不是由于光亮退火本身產(chǎn)生的，退火爐本身只能盡量保證帶鋼在高溫下不發(fā)生氧化，維持帶鋼的光亮特征。比擬理想的退火效果在于退火爐出口帶鋼的光亮度與進(jìn)口帶鋼大體相當(dāng)。其實(shí)，對于奧氏體帶鋼〔SUS304〕來說，它的光亮度由軋機(jī)決定，而鐵素體〔SUS430〕的光亮度由平整機(jī)獲得。光亮處理的最重要部位在于爐子的冷卻段。因?yàn)閹т摾鋮s到950℃以下時極易發(fā)生氧化。溫度1100℃C950℃BDAE時間〔秒〕圖2.帶鋼光亮退火的時間-溫度曲線如圖2所示，帶鋼在冷卻過程的CD段〔大于950℃〕發(fā)生復(fù)原反響：Cr2O3—Cr；而在冷卻過程的DE段〔小于950℃〕發(fā)生氧化反響：Cr―Cr2O3。由此可知，在DE段應(yīng)該快速強(qiáng)制冷卻，盡量減少氧化反響時間，這是防止帶鋼被氧化而發(fā)生著色現(xiàn)象的主要手段。一般來說，要獲得良好質(zhì)量的光亮產(chǎn)品，在工藝控制和設(shè)備管理方面應(yīng)從以下幾方面著手：1、嚴(yán)格管理和控制退火溫度、速度。以SUS304和SUS430兩個鋼種為例，SUS304的溫度大約控制在1060-1110℃，SUS430的退火溫度控制在860-900℃，退火速度為TV值/板厚。嚴(yán)格控制溫度和速度，才是獲得合格產(chǎn)品的根本前提。2、良好的脫脂效果。脫脂后帶鋼的油含量一般小于5mg/m2。假設(shè)脫脂效果不佳，帶鋼外表的油膜在爐內(nèi)高溫氣化后在冷卻段凝結(jié)成粉末并吊落在帶鋼上，極易形成點(diǎn)狀缺陷。3、良好的爐內(nèi)氣氛。復(fù)原性氣體H2的純度應(yīng)大于99.99%，露點(diǎn)應(yīng)小于負(fù)55℃，氧含量必須小于10PPM。只有這樣，才能使帶鋼在爐內(nèi)不被氧化。爐內(nèi)的氣體壓力保持微正壓，氣體密封良好。4、嚴(yán)格控制來料質(zhì)量，如含油量、板形等。帶鋼從連退爐退火、冷卻出來后，要進(jìn)入酸洗段進(jìn)行酸洗處理，酸洗處理的目的在于：1〕去除外表的氧化物，這些氧化物包括鐵氧化物、鉻氧化物、鎳氧化物等2〕去除貧鉻層，并在帶鋼基體外表形成鈍化膜。酸洗工藝主要分為預(yù)酸洗和酸洗兩個局部，不同于熱軋帶鋼的退火酸洗，冷軋帶鋼退火酸洗線上一般不用機(jī)械方式〔拉矯破鱗機(jī)、拋丸機(jī)〕進(jìn)行酸洗前的破鱗處理，原因在于冷軋帶鋼經(jīng)退火后外表的氧化物較薄，而且使用機(jī)械方式破鱗會影響產(chǎn)品外表的質(zhì)量〔如粗糙度、光潔度等〕。預(yù)酸洗主要是指用Na2SO4或H2SO4作為介質(zhì)的電解處理段，對于冷帶退火酸洗線而言，通常使用中性鹽Na2SO4為電解介質(zhì)，以H2SO4作為介質(zhì)的酸洗段一般只在熱帶退火酸洗線上使用，見圖3。氧化物溶解〔g/dm2〕H2SO4BNa2SO4A0100400C/dm2〔C二電流*時間〕圖3,中性鹽Na2SO4電解過程中的氧化物溶解趨勢在中性鹽電解過程中，Na2SO4只起到一個媒介作用，它負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)移溶液中的電荷離子，本身并不參與反響，只是隨著氧化物沉淀以及淤泥被排廢處理而產(chǎn)生消耗。帶鋼在通直流電源的中性鹽溶液中發(fā)生的電化學(xué)/化學(xué)反響如下：Fe2O3-6e-=2Fe3++3/2O2Cr2O3-6e-=2Cr3++3/2O2NiO-2e-=Ni2++1/202Fe3++3H2O=Fe〔OH〕3+3H+Cr3++3H2O=Cr〔OH〕3+3H+Ni2++2H2O=Ni〔OH〕2+2H+帶鋼經(jīng)中性鹽電解處理后，外表的局部氧化物特別是極難除去的鉻氧化層已根本被疏松甚至被溶解，這就使得后面的電化學(xué)處理和混酸處理變得為容易。電化學(xué)處理段一般是用HNO3作為酸洗介質(zhì)，由于HNO3本身對帶鋼外表堅(jiān)硬的氧化層并不具有強(qiáng)烈的“攻擊〃作用，因此一般向HNO3溶液中通直流電源，以到達(dá)除“鱗〞的目的。帶鋼從電化段出來后，外表的氧化層依然不能完全出去，特別對于奧氏體鋼種，其復(fù)雜而致密的氧化層需要用具有很強(qiáng)侵蝕能力的混酸來處理。混酸一般是由HNO3和HF按一定比例混合而成。HF酸的侵蝕能力極強(qiáng)，它能深入穿透到氧化層甚至基體內(nèi)部，因此混酸的濃度不宜過高，否那么F-會侵入到基體內(nèi)部產(chǎn)生腐蝕作用。在中性鹽電解段和混酸段的出口一般都由刷洗處理設(shè)備，用于去除殘留在帶鋼外表的介質(zhì)溶液。在帶鋼離開酸洗段之前還要經(jīng)枯燥器枯燥處理。氧化物溶解〔g/dm2〕混酸處理鐵素體材料〔SUS430〕混酸處理奧氏體材料〔SUS304〕時間〔秒〕圖4.混酸酸洗〔HNO3+HF〕過程中的氧化物溶解趨勢不同鋼種的化學(xué)成分和材料性能不同，因此它們對于酸洗工藝的選擇也不盡相同。例如，對于奧氏體鋼種〔例如SUS304〕，由于其外表的氧化層組成較為復(fù)雜，一般使用電解段+混酸段或者電解段+電化段+混酸段。而對于鐵素體鋼種〔例如SUS430〕而言，一般只使用電解段和電化段，較少使用或者不用混酸段，原因在于鐵素體鋼種對于混酸尤其是HF的強(qiáng)侵蝕作用非常敏感，F(xiàn)-很容易對不銹鋼基體產(chǎn)生腐蝕作用，如圖4所示。由此可以看出，對于鐵素體鋼種而言，中性鹽電解處理段顯得至關(guān)重要。而對于奧氏體鋼種來說，除了中性鹽段以外，混酸段也很重要。目前世界上的設(shè)備設(shè)計(jì)廠家對于酸洗段的布置各有側(cè)重，在本著盡量縮短處理線長度、節(jié)約設(shè)備本錢的前提下，有的側(cè)重設(shè)計(jì)較長的