1Cr17铁素体不锈钢带材焊接和冷轧工艺探讨

1Cr17铁素体不锈钢带材焊接和冷轧工艺探讨 1Cr17 铁素体不锈钢带材 焊接和冷轧工艺探讨 陈文忠 欧阳建明 罗辉如 四川川投长钢股份有限公司第四钢厂 摘 要 本文就 1Cr17 铁素体不锈钢带材在焊接 、酸洗 、冷轧 、热处理等方面进行了大量工艺试验 ,并根据其 特性进行了深入的研究 ,并找出最为合理的工艺参数 ,为 1Cr17 铁素体不锈钢的生产奠定了基础 。 关键词 熔池 焊接 冷轧 硬化 线能量 不锈钢的焊接过程是在移动的点热源加热1Cr17 坯料 ,规格 4 mm ×利用原积压坯的 。360 mm ,开 一 支 切 取 试 验 用 料 , 接 口 斜 切 45 下形成熔池并连续熔化 、连续结晶的过程 。熔 池在冷 却 过 程 中 , 由 于 结 晶 速 度 快 , 粒 状 晶 粒 角 ,焊接方式采用钨极氩弧焊 。两个试验 , 大 ,方向性鲜明 ,又不能通过焊后热处理加以细 分别进行了工艺摸索 。 化 ,因此焊缝金属的塑韧性较低 。对铁素体钢 1 . 2 . 1 钨极氩弧焊 而言 ,一 般 情 况 下 不 发 生 相 变 , 冷 动 中 也 不 硬 采用不填充金属焊 : 电流 120A 、速度 1 分 化 。但当焊接温度过高时 ,晶粒容易粗化 ,降低 钟完成 。 延展性 。因此 ,为防止过热 ,尤其当焊缝要通过 采用填充金属焊 : 电流 120A 、速度 115 分 冷轧时 ,焊接时选择合格的焊接材料 、焊接工艺 钟完成 。 及其参数以及焊接接头的非常重要 。 填充金属采用 Ø2 mm ,牌号 25 - 20 奥氏体 焊丝 。 1 焊接工艺试验 1 . 2 . 2 所有焊接方法均采用预热焊接 。预热 1 . 1 工艺技术及材料准备 的目的主要是减少焊缝的收缩应力 ,避免焊缝 首先查阅相关铁素体不锈钢的资料 ,制定 由于收缩产生微裂纹 ,直接影响焊缝强度 。其 初步工艺试验方案 ,针对此钢焊接难度大等相 预热温度严格控制在小于 200 ?,实际操作中 , 关问 ,对有关厂家进行工艺考查 ,了解拼卷焊 一般为 150 ?,200 ?之间 ,其工艺特点均采用 缝过轧制线的情况和冷热带处理工装及工艺情 较小的线能量输入 ,昼减少热影响区 ,防止过热 况 ,制定具体的工艺试验方案 ,同时进行材料准 现象发生 。焊后焊缝均用砂轮修整 ,使其表面 备 ,利 用 原 积 压 坯 1Cr17 、规 格 4 mm ×360 mm 热带 卷 , 切 取 500 mm 长 20 块 , 部 分 接 头 斜 切 光滑 ,但 必 须 严 格 控 制 修 磨 速 度 , 防 止 局 部 过 。 。 (50 角 应切 45 角 ,但因下切式剪切机和氩弧 烧 。 ) 焊机宽 度 所 限。另 外 购 牌 号 25 - 20 、Ø2 mm 1 . 3 1Cr17 坯料的焊接 、酸洗及热处理试验情 不锈钢焊丝和牌号 A207 、Ø3 . 2 mm 焊条 。 况 1 . 2 焊接工艺试验方案 1 . 3 . 1 焊接试验情况 1 . 3 . 1 . 1 焊接试验过程中所遇到的问题 () () 0816联系人:欧阳建明 助理工程师 四川江油62170 1四川川投长城特殊钢股份有限公司第四钢厂冷带分厂: 电话364146 5 《特钢技术》2002 年第 1 期〃24 〃 。 原工艺方案中计划采用 45 角的斜断口 , 切为斜断口时 ,断口与带钢轧制方向角度最小 。 只能达到 60 角 。 但我分厂下切式剪切机宽度为 550 mm ,氩弧焊 。 填充金 属 钨 极 氩 弧 焊 采 用 Ø2 mm ×20 , 机宽度为 465 mm ,按剪切机宽度切取 45 斜断 口 ,带钢宽度应小于 385 mm ; 按氩弧焊机宽度 25 焊丝 ,填充时焊丝直径过小 , 填充操作不好 。 切取 45 斜断口 , 带钢宽度 应 ?325 mm ; 切 取 控制 ,正式焊接时应采用直径较大焊丝 。 试样时只能按氩弧焊机宽度切取 ,即带钢宽度 1 . 3 . 1 . 2 焊接试验结果 焊接试验首先进行了 。 应 ?325 mm ,才能切出 45 角斜断口 。 钨极氩弧焊 ,其结果 焊接时采用的坯料规格为 4 mm ×360 mm , 如表 1 。 表 1 钨极氩弧焊的试验结果 拉 力 试 验 弯 曲 试 验 δ延 伸 / % 5 强度 / M Pa 试 验 名 称 标距 80 标距 50 正 斜 正 斜 正 斜 正 斜 。 。 。 。 0 . 9,4 . 6 0 . 75 1 . 3 1 # 不填充钨极氩弧焊 未退火 378,419455,477 ,4 . 3 0 . 633 ,36 裂 30 ,31 裂 。 。 。 。 2 # 不填充钨极氩弧焊75 0 ?保温1 0h 372 383,497 1 . 3,6 . 3 2 . 4,12 . 4 9 ,20 裂 54 ,60 裂 0 . 1 12 . 4 3 # 填充钨极氩弧焊 未退火 451,498465,529 1 . 6,3 . 4 。 。 。 。 0 . 9 1 1 . 8,2 . 7 ,35 裂 28 ,36 裂 32 填 充 钨 极 氩 弧 焊 750 ?保 温 4 # 。 。 。 。 2 . 5 13 ,18 裂 67 ,90 裂 372 456 0 . 4 1 . 4 4 10 h 。 180 未裂 5 # 母材 未退火 18 . 6 20 . 5 488,512 20 25 酸洗 2 h ,464 448。 6 # 母材 750 ?保温1 0h 未裂 180 ,25 32,33 24酸洗 15 min 457,466 1 . 3 . 1 . 3 焊接试验结果分析,退斜焊缝延伸高于对应的正焊缝的延伸 () 1强度方面 火后焊缝的延伸高于对应试样未退火焊缝的延 伸 ,但它们均远低于母材的延伸 。相对而言 ,采 未退火时 ,3 # 填充 20,25 焊丝的正 、斜焊 用退火的斜焊缝较其它形式延伸要好一些 。 缝强度均高于对应的 1 # 未填充金属正 、斜焊 缝强度 。3 # 填充斜焊缝强度高于母材未退火 母材延伸 :退火后较退火前有所提高 ,且酸 强度 。1 # 不填充正 、斜焊缝强度和 3 # 填充正 洗 15 min 的明显高于酸洗 2 h 的 。 () 3弯曲方面 焊缝强度低于母材强度 。1 # 不填充的斜焊缝 。 退火后斜焊缝弯曲角度最高 ,可达 67 , 强度高于 1 # 正焊缝强度 ,3 # 填充的斜焊缝强 。 度高于 3 # 正焊缝强度 。 90 才开裂 ,其次为退火前的斜焊缝和正焊缝 。 。 角度基本相当 ,均为 30 ,35 开裂 ,退火后的 退火后 ,各试样正 、斜焊缝强度均较相对应 。 。 的未退火试样对应的正 、斜焊缝降低 。退火后 正焊缝角度最低 ,仅 9 , 20 就开裂 ,虽然它 。 斜焊缝强度同样高于对应试样的正焊缝强度 。 们均大 大 低 于 母 材 180 弯 曲 角 度 , 但 相 比 较 而言 ,退火后斜焊缝情况较好 。 退火后所有斜焊缝强度与退火后母材相当 ,母 材退火后强度较退火前有所降低 ,但幅度不大 。 1 . 3 . 2 1Cr17 酸洗试验情况 酸洗情况 由此看来 ,退火后的斜焊缝强度性能与母材退 火后最为接近 。 焊接 1 # 试样放于 2 # 酸槽中 14 min ,除部 () 2延伸方面 分氧化皮未掉外 ,其余全部洗干净 ,洗后表面呈 2002 年第 1 期《特钢技术》〃25 〃 表 2 酸液配比 ( )铁离子 Fe 总酸度 硫 酸 盐 酸 硝 酸 温度 水 序号 / ? / g/ 100 ml / g/ 100 ml / g/ 100 ml / g/ 100 ml / g/ 100 ml / g/ 100 ml 1 # 31 . 81 24 . 74 4 . 46 2 . 45 4 . 97 常温 其余 常温 其余 2 # 30 . 5 22 . 17 4 . 29 3 . 05 5 . 8 均匀的银白色 。,被 覆 盖 部 分 为 灰 白 色 , 考 虑 到 带 钢 成 卷黑色 焊接 2 # 试样放于 1 # 酸槽中 14 min ,氧化 状 ,除内 、外二圈未被覆盖外 ,其它部位全部被 皮全部洗掉 ,表面为均匀的银白色 。 覆盖 ,处理后带钢表面应基本全部为灰白色 ,满 母材 1 # 试样放于 1 # 酸槽中 2 h , 无过酸 足冷轧生产要求 。 迹象 ,表面为均匀的银白色 ,但厚度由 3 . 86 mm (2 轧制工艺试验 在未做斜切焊缝试验之前进 减为 3 . 6 mm 。 行的轧制工艺试验) 母材 2 # 试样放于 1 # 酸槽中 15 min ,氧化 皮全部洗掉 ,表面为均匀的银白色 。 1Cr17 铁素体不锈钢中其组织形式为铁素 体组 织 , 而 主 要 合 金 元 素 为 铬 , 当 铬 含 量 在 从以上的 结 果 来 看 , 1Cr17 的 酸 洗 效 果 是 很好的 。 25 %以下 ,随铬量增加 ,钢的抗拉强度下降 ,而 1 . 3 . 3 1Cr17 热处理试验情况见表 3 。 冷加工硬化倾向较低 ,因此 ,对 1Cr17 钢的轧制 并不困难 。 将酸洗后呈银白色的试样置入罩式炉中处 2 . 1 轧制工艺方案 理 10 h ,温度为 750 ?,处理后 ,未被覆盖部分为 ()热带坯原始性能测试 坯料未退火 表 3 σδ 面积 1 . 0 1 . 1 b5厚度 宽度 总拉力 序号 2/ mm / mm / N / mm / mm / mm / M Pa / % 1 3 . 97 20 . 30 80 . 6 41400 80 99 514 23 . 8 2 3 . 97 19 . 0 79 . 0 41000 80 98 520 22 . 5 3 4 . 00 20 . 03 80 . 1 41400 80 98 517 22 . 5 4 4 . 00 20 . 40 81 . 6 42400 80 98 520 22 . 5 坯料规格 :1 mm ×360 mm 成品规格 : 0 . 50 mm,未填充金坯料焊接方式采用的是氩弧焊 ×360 mm 交货状态为软态 。 因为此钢起始属 ,焊缝为正焊焊缝 。在轧制过程中 ,第一道次 ( 强度较低 ,而其冷加工硬化 达轧机 焊 缝 即 断 裂 。因 此 , 焊 缝 抬 轧 不 经 轧 ) 倾向也较低 。因此 ,将坯料轧制到成品安排为 制采用单支轧制的方法进行轧制试验 。在实 两个轧程轧制见表 4 、表 5 ,中间退火采用罩式 际操作中 ,坯料原始厚度为 3 . 75 mm ,有足够的 炉 N保护退火 。 乳化液冷却和润滑 。第一支料采用五个道次轧 2 ( ) 工艺流程为 : 焊接 氩弧焊?抛丸酸洗 ? 制 ,各道次轧制量分配为 3 . 75 mm ?3 . 10 mm ? ( ) 2 . 60 mm ?2 . 20 mm ?1 . 80 mm ?1 . 45 mm 。其 轧制 4 mm ?115 mm ?罩 式 炉 退 火 ?轧 制 () 115 mm ?0 . 50 mm?罩式炉退火 。 余轧制参数不变 。轧制中各道次轧制平稳 , 主 2 . 1 . 1 轧制工艺制度 机电 流 值 500A 左 右 , 板 形 、公 差 控 制 较 好 。 2 . 1 . 2 实际轧制情况及分析 第二支料采用四道次轧 。各道次轧制量分配为 《特钢技术》2002 年第 1 期〃26 〃 表 4 开坯轧程轧制工艺 轧前厚 轧后厚 压下量 道次压下率 前张力 后张力 轧制速度 道 次 / 米/ 秒 / mm / mm / mm / % / KN / KN 1 4 . 00 3 . 30 0 . 70 17 . 5 70 / 0 . 8 2 3 . 30 2 . 70 0 . 60 18 . 2 70 75 1 . 0 3 2 . 70 2 . 20 0 . 50 18 . 5 70 75 1 . 0 4 2 . 20 1 . 80 0 . 40 18 . 2 65 70 1 . 0 5 1 . 80 1 . 50 0 . 30 16 . 7 65 70 0 . 8 : Ø220 mm 。 工作辊直径 工作辊辊型凸度值 :0 . 14 mm 说 工艺润滑 :乳化液润滑冷却 。 公差控制在 1 . 42 mm,1 . 50 mm 之间 。 明 总变形率为 62 . 5 % 。 表 5 成品轧程轧制工艺 轧前厚 轧后厚 压下量 道次压下率 前张力 后张力 轧制速度 道 次 / 米/ 秒 / mm / mm / mm / % / KN / KN 1 1 . 50 1 . 10 0 . 40 26 . 7 60 / 0 . 60 2 1 . 10 0 . 85 0 . 25 22 . 7 50 55 1 . 0 3 0 . 85 0 . 65 0 . 20 23 . 5 50 55 1 . 2 4 0 . 65 0 . 55 0 . 10 15 . 4 40 45 1 . 0 5 0 . 55 0 . 50 0 . 05 9 . 1 40 45 0 . 6 : 120 mm 。 工作辊直径 Ø工作辊辊型凸度值 :0 . 12 mm 说 工艺润滑 :乳化液润滑冷却 。 成品厚度公差控制在 0 . 46 mm,0 . 50 mm 之间 。 明 总变形率为 66 . 7 % 。 3 . 70 mm ?3 . 0 mm ?2 . 30 mm ?1 . 30 mm ?,开卷机开卷张力不大于 50A , 后张力力过小 主要为辊式导板给定 。因此 , 轧制中带钢在轧1 . 40 mm 。轧制中主机电流 700A 左右 , 轧制 也较平稳 , 板形 、公差控制也较好 。第三支料 制中心线左右窜动压不住 。故此 , 第一道采用 采用 三 道 次 轧 制 , 各 道 次 轧 制 量 分 配 为 3 . 空拉 , 四个 道 次 轧 制 , 各 道 次 压 下 量 分 配 为 1 . 40 mm ?1 . 05 mm ?0 . 75 mm ?0 . 60 mm 70 mm ?2 . 30 mm ?2 . 0 mm ?1 . 40 mm 。轧 制中主机电流值超过 1000A , 板形飘曲 , 而带 ?0 . 50 mm 。轧制中主机电流 550A 左右 , 板 钢三点差也相应增大 , 三点差为 0 . 03 mm, 形及公差均控制较好 , 三点差测得 0 . 04 mm 0 . 09 mm 。采 用 五 道 次 轧 制 三 点 差 为 0 . ,0 . 045 mm 。采用第一道次空拉 , 五个道次 分配为空拉 1 . 45 mm ?1 . 05 mm ?0 . 84 mm 05 mm,0 . 06 mm 。因此 , 采用五道次轧制量 分配是最合理的轧制工艺 。另外采用七道次轧 ?0 . 65 mm ?0 . 55 mm ?0 . 50 mm , 可 获 得 制 , 厚度轧制到 0 . 96 mm , 总变形量为 74 % , 更 好 的 板 形 和 减 小 同 条 差 , 三 点 差 为 0 . 04 mm , 是更合理的轧制工艺 。 带钢边部没有碎边现象 , 保持完好 。因此 , 轧 程变形量可达 75 %以上 。对成品轧程的轧制 , 2 . 1 . 3 性能测试及加工硬化曲线见表 6 和 实际轧制中 , 因第一道次压下量过大 , 而后张 图 1 。 2002 年第 1 期《特钢技术》〃27 〃 表 6 七道次轧制后的带材性能测试 σδL L 面 积 01b5厚 度 宽 度 总拉力 变形率 序 号 2/ mm / mm / mm / N / % / mm / M Pa / % / mm 1 3 . 70 20 . 10 74 . 37 38600 80 98 519 22 . 5 坯 16 . 2 2 3 . 10 20 . 06 62 . 19 40400 80 87 650 8 . 75 30 . 3 3 2 . 58 19 . 96 51 . 50 38500 80 84 748 5100 3 . 75 41 . 6 4 2 . 16 19 . 90 42 . 98 34000 80 83 791 5 1 . 80 20 . 43 36 . 77 30500 70 72 . 6 829 3 . 70 51 . 4 6 1 . 45 20 . 20 29 . 29 25400 60 62 367 3 . 30 60 . 8 分马氏体分解 ,强度下降 。而未提高延伸率则 表明因单块试样处理而保温时间过长 ,晶粒有 变粗大的迹象 。因此 ,保温时间不宜过长 。 3 . 2 冷轧后的退火 由加工硬化曲线可知 ,不锈钢冷轧时发生 硬化 。冷 轧 量 越 大 , 加 工 硬 化 的 程 度 也 越 大 。 为消除变形应力 ,冷轧后需进行退火 ,冷轧后的 退火包括中间退火 ,其目的都是为了将硬化的 材料通过再结晶而软化 ,得到要求的性能 。铁 素体不锈钢的再结晶从 600 ?, 650 ?左右开 始大体在 900 ?附近完成 。但是加热到 900 ? 附近时 ,也能有相变发生 。所以炉温设定应低 图 1加工硬化曲线 于 900 ?,通常不超过 850 ?退火后自然充分软 3 热处理工艺试验及分析化 ,再结晶完全 ,退火温度及保温时间的设定非 常重要 。 3 . 1 坯料退火 中间退火工艺为 830 ? ?10 ?, 保 温 6 小 对铁素体钢而言 ,坯料退火的目的主要是 时 ,其后停电随炉冷却 ,600 ?吊内外罩 ,规格为 使其被拉长的晶粒变为等轴晶粒 。另一方面使 1 . 45 mm ×360 mm , 冷 轧 变 形 率 为 60 . 8 % 。机 马氏体分解为铁素体和颗粒或球状碳化物 ,以 械性 能 测 试 为 抗 拉 强 度 536M Pa 、510M Pa 、 达到软化的目的 。因为钢中含有一定量的碳 、 535M Pa 、538M Pa 。延 伸 率 百 分 比 分 别 为 氮等奥氏体形成元素 ,在热轧后冷却过程中也 26 % 、25 % 、26 % 、26 % 。成 品 退 火 工 艺 为 会发生马氏体转变 ,使钢硬化 。坯料经热处理 680 ??10 ?,保温 12 小时 ,停电炉冷 :650 ?吊 后其 机 械 性 能 测 试 为 抗 拉 强 度 492M Pa 、 外罩 。规格为 0 . 49 mm ,冷轧变形率为 6612 % 。 ( ) δ491M Pa 、488M Pa 、490M Pa , 延 伸 率 %为 5 机 械 性 能 测 试 为 : 抗 拉 强 度 为 504M Pa 、 21 . 25 mm 、20 . 62 mm 、21 . 25 mm 、21 . 25 mm 。其 δ510M Pa 、500M Pa 、501M Pa ; 延 伸 率( %) 29 、 5 罩式炉 N保护热处理工艺为 750 ??10 ?,保 2 29 、30 、28 。从中间退火及成品退火工艺对比可 温 10 小时 。650 ?吊外罩 ,130 ?吊内罩 。试样 知 :中间退火温度高 ,保温时间短 ,冷却慢 ,其性 为单块试样与 65 mm 中间料同炉处理 。与未退 能强 度 高 30M Pa 左 右 , 延 伸 率 低 3 % , 4 % 。 火的坯料性能相比 , 强度下降约 30M Pa , 延伸 成品退火温度低 ,保温时间长 ,冷却快一些 ,其 变化不大且约有下降 ,分析表明 ,经热处理后部 《特钢技术》2002 年第 1 期〃28 〃 性能优于中间退火 ,但均满足要求 。热处足冷轧生产要求 。 4 . 2 下一步试生产方案 理后表面质量情况 ,外卷为黑灰色 ,开卷后 ,边 4 . 2 . 1 工艺流程 部有浸印 、发黑 、中间为灰白色 ,有花斑 。原因 ( 为乳化液油污重 ,轧制后下卷 ,钢卷有松动 。以 拼卷焊接 ?坯 料 退 火 罩 式 炉 N保 护 退 2 ) (及板形边部飘曲部位卷不紧与炉内气体接触造 火?抛丸酸洗 ?开坯轧制 ?软化退火 罩式炉 ) ( )N保护退火?成 品 轧 制 ?罩 式 炉 退 火 N 成 。若进行大生产 ,可在廿辊机组采用去油 ,重 2 2 卷的方式去除表面油污 ,这样热处理后 ,表面应 ( ) [ 或 :光亮退火 H] ?平整 ?检查 ?分条 ?包 2 为均匀的银白色 。 装 。 4 . 2 . 2 工艺要点 结论及下一步试生产方案4 焊接 :严格按照工艺要求操作 。卷取时采 4 . 1 结论 用大号割刀加热焊缝卷取 。及时送罩式炉退火 通过对 1Cr17 铁素体不锈钢的焊接 、轧制 、 并控制其升温速度 。 热处理生产试验 ,以及性能初步认为 ,该产 轧制 :严格按工艺调整各项参数 ,保证板形 品在适宜的工艺条件下 ,基本具备试生产的开 平直 。 发可能性 。其焊缝经过一定的手段可以卷取和 热处理 :严格按工艺要求执行 ,控制好升 、 过轧制生产线 。表面酸洗工艺可行 。冷轧工艺 降温速度 。 不成问题 。热 处 理 采 用 N保 护 罩 式 炉 , 卷 子 2 对薄带热处理采用 H光亮 炉 处 理 , 待 工 2 外部与 N气接触的 表 面 发 黑 , 对 乳 化 液 油 污 2 艺试验后再确定工艺制度 。 采用去油及重卷卷紧 ,处理后表面为灰白色 ,满 ()截稿日期 2001 年 12 月 参考文献 1 特殊钢丛书《. 不锈钢》 日本中山制钢公司开发研究出微细晶粒热轧钢板 [ 据《世界金属导报》报道 ]日本中山制钢公司通过钢晶粒细化 ,开发出材质特性飞跃提高的微 () 细晶粒热轧钢板 细晶粒钢,已开始正式生产 。在炼钢工序不进行成分调整 ,通过高压下量轧制和 μμ强冷制造结晶粒径 2m,5m 的细粒钢尚属首创 。由此 ,同一成分的热轧钢板可具有高的强度和 高的韧性 ,并具有高的焊接性和疲劳强度 。第 1 阶段进行抗拉强度 500M Pa,600M Pa 级的商品化 生产 。 通过钢结晶粒径微细化提高钢材的特性已获得金属研究者的确认 。一般通过成分和温度控制 进行材质改善 ,通过控制结晶粒实现材质改善则是大的技术革新 。 2000 年投入运转的新热轧设备 ,从设计阶段就考虑了可制造细晶粒钢的冶金技术 。从 2001 年开始 ,与东大和阪大共同进行细晶钢的开发 。具体作法是 ,6 架精轧机中 ,出口侧 3 架施加超过 50 %的压下量进行大压下轧制 ,同时轧机间设置水帘式冷却装置进行强制冷却 。微细晶粒热轧钢 板制造规格 ,板厚 1 . 6 mm,16 mm ×板宽 600 mm,914 mm 。用户可获得高强度化 、产品轻型化和 制造工序省略化 。当前仅向钢管 、产业机械零件制造厂等出售 ,月售量 1000t 左右 。