马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢.doc

马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢马氏体不锈钢加热性能马氏体2crl3不锈钢轧制生产工艺和基本理论资料介绍，它的加热温度在1230以下，温度过高会产生下列不良影响：a随着加热温度升高，奥氏体的晶粒过分长大，最终导致成品晶粒粗大，性能降低。b轧制加热温度提高，将导致2crl3不锈钢的高温组织中的铁索体相大量增加，从而导致钢的加工塑性恶化。但提高2Crl3轧制加热温度也存在可行性，其理由如下：1、2Crl3板轧制过程是用70 mm的坯料轧制成8mm或7 mm厚的成品，其锻压比为：1：8.75或l：10，变形比很大，而且终轧温度在850左右，这个变形过程可以充分细化晶粒，虽然提高加热温度会导致2Crl3奥氏体晶粒度的增大，但是钢材的性能不会恶化、变差。2、2crl3在高温下的铁素体受化学成分C、Cr、N、S等影响，钢的纯洁度也相应发生变化。3、2Crl3的Cr在13左右，Cr钢的氧化铁皮塑性很大，生成的氧化铁皮发粘，并且紧贴在金属机体上，轧制时不易脱落，所以对这种钢加热时应采取控制炉内气氛，使用还原性气氛加热以尽量减少氧化铁皮生成，确保成品的表面质量。4、钢液浇注速度的控制：因为钢液浇注时速度过快会形成气泡，从而产生钢锭内部的小缩孔。虽然精轧过程经过很大的变形比例，但由于内部存在间隙，在两次加热过程中形成二次氧化，在钢材内部形成黑斑状小点或夹杂，而在餐具抛光过程就出现麻点、黑斑、“流星雨”亮点等缺陷。因此，钢液浇注时钢模必须干燥，且浇注速度控制合理。奥氏体不锈钢加热性能奥氏体不锈钢Sus304钢高温下的变形抗力大，若加热不良，就不能保证轧制塑性。SUS304钢坯加热温度一般在1 260左右，且控制范围较窄；而碳钢加热温度为11501250，其控制范围较宽。因此sus304钢在加热区和均热区的加热温度不能超出目标温度的控制范围，反之会使其铁素体含量剧增，影响热加工性能，同时会使热轧带钢或冷轧带钢上出现大量的表面缺陷，而在不直接供热的预热区，其炉温一般不能超过900。SuS304钢的导热性差，如加热速度过快，容易产生裂纹。因此不锈钢加热与碳钢相比具有加热缓慢、加热曲线平缓、在炉时间长等特点，而在低温时，SuS304钢不仅导热系数低，而且热膨胀系数较大，因此板坯温度在600以下加热时要严格控制加热速度，升温速度不能过快，否则容易产生开裂。sus304不锈钢的加热时间约为普碳钢的1.5倍，驻炉时间较长，其物理性能限制了炉底强度低，其产量也较低。sus304钢在加热过程中，还应控制炉内气氛，炉气的残氧量应控制在3-5。对奥氏体不锈钢而言，残氧量控制过高会使烧损量增大，过低将导致氧化铁皮过于致密，难以去除。而碳钢加热炉在满足燃料完全燃烧的情况下，对其空气消耗系数的要求是越低越好。因此，suS304钢的有效炉底强度、加热速率、各加热段的空燃比的合理控制相当重要。炉温度均匀性控制SUS304钢在加热过程中对炉温控制精度要求较碳钢高，要求各加热段的温度场均匀。对于较宽的热轧加热炉，一般在设计上采用长火焰烧嘴侧向供热，使炉宽方向上温度均匀，但侧向烧嘴在燃烧负荷低于额定能力40时，火焰长度和刚性也明显变短变软。一般情况下SUS304钢的额定产量仅为碳钢的70，而试生产期间的产量更低，因此其实际供热负荷低于额定能力，在加热不锈钢时应通过关闭预热段供热或直接采用“间拔”控制方式对预热段、加一段的烧嘴进行调节，并在产量较低的情况下，通过对加二段的供热负荷进行验算和采取调整措施，使单烧嘴火焰长度和刚度达到正常，以保证炉宽方向的温度均匀性，同时不造成火焰偏软下垂在板坯上表面。板坯装炉与布料SUS304钢与其它钢种的过渡作一定间距的空炉是十分必要的，这有利于加热曲线的替换和供热制度的调整，有利于保证换装部位相邻坯料的加热质量，同时空炉可避免头炉钢温偏低而造成回炉现象。一般情况下，不同钢种之间前后接续换装时空炉间距的大小与各钢种之间的板坯入炉温度、出炉温度、坯厚的接续差异等因素有关。换装所引起的短时待轧，可与轧机换辊时间同步进行，这样适当的空炉所影响产量损失可忽略不计。SUS304钢与其它钢种的换装也可不作空炉的操作模式，但必须对过渡区的加热制度作互补性质的调整，因此这种操作模式是在损失前后接续的碳钢表面质量的前提下获得产量的小幅提高，同时生产的连续稳定性可靠性也得到保证。SuS304钢板坯布料方式在宽炉情况下一般应采用交叉对称布置，这种布料方式可减少下部炉气上浮及烟气偏流，但这种布料方式使板坯长度方向的平均温差较单侧布料低，能源利用率较高。对于板坯中心布料方式，由于炉底管间距因素，对个别板坯长度有限制，这将对连铸坯的定尺要求有所提高。Sus304钢在加热过程中，各加热段的炉温设定和控制方法不同于常规碳钢的加热，应在满足轧线对板坯加热工艺要求的前提下，综合以上各种条件，制定与sus304钢相适应的加热制度，并通过试生产过程中的各种数据分析，不断对加热曲线进行优化，此外，必须合理制订合理的加热制度，正确制定供热量分配、在炉时间、加热速率等参数。3 SUS304钢加热工艺制度设计32加热能力确定奥氏体不锈钢加热速率应控制在0.93 min/mm左右，基本接近日本协会标准O.9 min/mm水平。33 驻炉时间分配与加热控制在确保燃料完全燃烧的前提下，加热段应尽可能减少空气过剩系数，以保证炉内呈弱氧化性气氛，均热段空气过剩系数应略高，以保证所产生的氧化铁皮的可除性，整个炉子的残氧量应控制在3-5左右。在连续生产情况下，炉压控制在5-7 Pa；在休炉的情况下，炉压应控制在710 Pa，以避免从出炉端处吸冷风。炉温设定的高低与板坯目标加热温度、轧制节奏及轧制规格有关。SUS304钢坯与前后接续碳钢板坯之间应置空炉68 m；板坯布料方式采用两侧交叉对称布置，这种布料方式的前后间的板坯头部温度的趋向性相对较差，但板坯头尾的绝对温差较小，可保证炉宽方向的炉温均匀性，尤其是当被加热板坯的坯长小于标准坯时。3.4 加热曲线设计钢坯目标加热温度为1240,板坯加热时间为212min，加热速率为1.05min/mm；在炉底水管包扎完好情况下，炉子的计算热耗为1290 kJ/kg。3.5 待轧降温与升温待轧是由于轧线临时出现故障，短时间能恢复生产时，加热炉需要进行降温及保温的操作。一般待轧时间在O.5 h以内，均热段炉温可控制在目标温度以下；如果待轧时间在1h左右，炉温应控制在1180以下；如果轧线3h以上不能恢复生产，尽管采取了降温措施，但坯料停在炉内较长时间的的停留会造成其表面质量变差，氧化烧损量增加，在这种情况下，应尽可能完成高温段的空炉操作(或逆步进行回退操作)，出空炉内或倒空高温段的不锈钢板坯，加热炉同时进行大幅度降温。在降温后的保温过程中，如停轧时间较长，可对加热段停止供热。当轧线清除故障后，应提前0.5 h通知加热炉准备送钢。不锈钢的待轧降温、升温操作与碳钢之间的最大区别在于板坯不能在炉内高温停留或快速加温，升温过程应缓慢。实际生产中出现多例与加热有关的质量缺陷，如氧咬、边裂，往往与加热温度过高、驻炉时间过长有关。302和304不锈钢的轧制特点（1）不锈钢的导热性差，低温时导热系数相当于低碳钢的27%，加热速度较慢，一般为330/h。（2）不锈钢在900-1250时有良好的塑性，但热变形抗力很大，随着加工温度的下降，变形抗力急剧增高，因而，要严格控制终轧温度和变形程度。通常轧制时为使终轧温度在950以上，最大相对压下量不应大于20%，最大的平均延伸系数不超过 1.18。（3）不锈钢在轧制过程中宽展系数是碳钢的1.35-1.5倍。2、奥氏体不锈钢锭、坯的加热制度加热150mmX150mm-200mmX200mm的方坯时，入炉温度可不加限制，加热的最高温度1240，加热时间最短不少于1.5-2.5h，总加热时间在3.5-4.5h，要保持30-40min 出炉之前的均温。1、不锈钢加热炉具有以下特点(1)不锈钢的加热曲线与碳钢明显不同。不锈钢要求在600升温缓慢，加热曲线较为平缓；(2)不锈钢加热需精确控制钢坯的出炉温度，并保证钢坯表面和中心的温度均匀。因此对加热炉出炉目标温度的控制要求更高；(3)由于不锈钢在加热过程中易产生粘结性氧化铁皮，因此严格控制炉内气氛，是保证轧制产品表面质量的重要环节；(4)考虑到不锈钢在炉时间较长，为防止钢坯在炉内的下弯，加热炉的设计应充分考虑炉内水梁和立柱的合理布置。4 加热炉炉型的确定根据不锈钢加热的特点，采取了保证加热质量的措施：(1)不锈钢在炉时间长，要求在低温缓慢加热；(2)加热炉在供热能力配置考虑有较大的调节范围，可适应不同钢种在不同产量下的不同加热制度；(3)由于部分不锈钢在高温下强度低，在加热炉水梁布置、垫块大小等方面均采取了优化设计，保证板坯悬臂小，垫块压痕小；(4)步进框架动作轻缓，对钢坯实现轻抬、轻放，防止不锈钢表面产生划痕；(5)由于不锈钢对温度准确性和稳定性要求严格，同时为了减少氧化烧损，采用先进的自动化控制系统。为适应连铸连轧工艺的要求，加热炉装料采用最大行程约10m的长行程装机，碳钢直接热装生产时可将钢坯直接装入炉内约8m的位置，在连铸板坯直接热装时能提供适当的缓冲时间以满足轧机解决短时故障或换辊的需要，尽量减少热坯下线的出现。为尽可能提高热装比，采用了先进的L2热装支持功能。加热制度对316L铸坯微观组织和力学性能的影响奥氏体不锈钢316L中的铁素体含量对其表面质量、热加工性能和力学性能方面有着明显的影响。研究了连铸坯加热过程中不同温度和保温时间对316L中铁素体含量、形貌和力学性能的影响，研究表明，316L连铸坯热轧前加热温度在奥氏体单相区以下时，铁素体含量随着加热时间的延长而减少，且温度越高，同样的加热时间其铁素体含量越少；当加热温度处于铁素体+奥氏体双相区，随着时间的延长，铁素体含量也在逐渐减少，但没有单相区加热时降低的明显，适量铁素体的存在有利于提高材料的力学性能。奥氏体不锈钢316L为含镍钼奥氏体不锈钢，该合金微观组织由奥氏体和微量铁素体组成，其中铁素体含量小于5。铁素体含量虽然为微量，但在316L合金中起着重要作用，其含量的多少直接决定了奥氏体不锈钢316L的热加工性能和表面质量，且会影响其力学性能。若铁素体含量控制不佳，会直接造成热加工过程中的边裂和表面线缺陷。铁素体含量的控制一方面由合金中的镍铬当量比来决定，另一方面也受轧制前的热加工参数影响。目前铁素体含量的影响有很多研究。但热加工过程对铁素体含量的影响以及铁素体含量对力学性能的影响却很少有研究。热加工过程中影响铁素体含量的重要参数为加热温度和加热时间，因此本文研究了加热温度和加热时间对316L中铁素体含量的影响，以及其对力学性能的影响。316L的奥氏体单相区位于1270以下温度范围，而在此温度以上为两相区，即奥氏体相加少量铁素体相。316L在凝固的过程中首先析出铁素体，即为先铁素体凝固模式。相图计算的结果为平衡状态下的凝固模式，而考虑到非平衡因素影响，其凝固模式按照以下次序来进行：初生相为高Cr低Ni的骨架状铁素体，这部分高Cr低Ni的初晶相构成了枝晶主轴及二、三次晶的核心部分。其周围稍后凝固的枝晶或最后凝固的包晶一共晶组织，则相对是低Cr高Ni成分。在随后的冷却过程中，由于固态成分扩散均匀化程度低，相对低Cr高Ni的部分逐步都转变成奥氏体。而原来高Cr低Ni的主轴等部分则反应不能充分完成，仍然有少量高温6相保留到室温。因为它原为枝晶主轴或二、三次轴中心部位，保留下来的6相就呈条状或不连续骨架形式分布。通过金相显微镜观察了连铸坯的金相组织，可以看出铁素体组织呈现骨架分布，与凝固分析结果完全相同。2.2 加热制度对微观组织的影响图3列出了加热温度和加热时间对316L铸坯铁素体含量的影响，其中铁素体含量采用铁素体仪测量。从中可以看出，在相同的加热温度条件下，随着加热时间的延长，铁素体含量相应减少，对于不同加热温度，1260保温时铁素体含量最少，而1230和1290加热情况下铁素体含量相对较高。由于高温残余铁素体转变为奥氏体是通过合金元素的扩散来完成的，温度越高，扩散越容易，残余铁素体向奥氏体的转变速度就越快。因此对于奥氏体单相以下温度区间，同样的保温时间，温度越高，残余铁素体含量越少。即对于316L来说，在1270以下保温，时问越长，残余铁素体含量会不断减少，温度越高，铁素体含量减少越快。这主要是由于在奥氏体单相区保温，组织中存在的残余铁素体为非稳定相，即由于在凝固过程液体中的温度波动和成分波动造成的。而随着保温时间的延长，由于非平衡凝固结晶导致的合会元素偏析会随着其扩散而逐步消失，因此从组织中可以看到非平衡状态凝固下形成的铁素体将随着保温时间的延长而逐步消失，且温度越高，越有利于合金元素的扩散，宏观组织就表现为在单相区加热，随着加热时间的延长，铁索体含量越来越少，且温度越高，其减少量越明显。而当加热温度超过此温度时，316L在稳态下为双相区，即奥氏体组织和少量的铁素体组织，因此当加热温度高于此温度时，残余铁素体也会由于合金元素的扩散而转变为奥氏体组织，残余铁素体在转变为奥氏体的同时，又会通过合金元素扩散而产生新的铁素体相，这主要是此加热温度处于铁素体+奥氏体双相区，即其平衡状态下凝固组织中也会存在部分铁素体。因此当加热温度过高时，即处于双相区时，随着保温时间的延长，铁素体含量并没有像在单相区保温时减少的明显，如1290。(保温60 min后的铁素体含量为1.10，而在1260保温60min后的铁素体含量仅为0.39。图4给出了在1260保温不同时间的铁素体形貌。从中可以看出，随着保温时间的延长，铸态连铸坯中的铁素体含量不断减少，且随着加热时间的延长，在元素扩散的作用下，铸坯中的部分骨架形貌首先开始熔化(见图4(a)；随着保温时间的延长，部分转变为针状和球状(见图4(b)；而当保温时间延长到60 min时，铁素体形貌基本都球化，转变为球状铁素体(图4(13)。此形貌的转变主要是由于在不同形貌的组织中，球状的界面能最小，针状次之，而骨骼架组织界面能最高，在加热保温的过程中，铁素体组织会向界面能最小的形态转变，从而最后形成了球状铁素体组织。通过扫描电镜测试了图4(13)中的铁素体的形貌和成分，见图5，其形貌为近似球形。对比图5中奥氏体相(Spect2)和铁素体相(Spectl)成分分析可以看出，相对于奥氏体成分，铁素体相中含有较少的Ni，较多的Mo和Cr。2.3 加热时间对力学性能的影响为了对比不同加热时间对316L力学性能的影响，实验室对40 mm厚铸坯在1260温度下保温不同时间，并进行相同工艺的热轧和退火，并同时测量了保温后板坯中的铁素体含量，保温1h后板坯内铁素体含量为1.2，保温3h后铁素体含量为0.5。表2给出了不同保温时间对316L不锈钢拉伸性能的影响，从中可以看出，保温时间比较短的316L具有较高的屈服强度和抗拉强度，但保温时间的变化对316L的室温拉伸塑性没有明显影响。保温时间较短，316L不锈钢中存在较多的铁素体含量，因此可以认为316L不锈钢中存在的铁素体可以提高316L的强度，316L中体素体含量越高，材料的强度就越高。但铁素体的含量对316L的拉伸塑性没有明显影响。这说明，适量铁素体含量有利于材料力学性能的改善，如果需要提高316L的强度，可以保留适当的铁素体含量。3 结论(1)由于奥氏体不锈钢316L为先铁素体凝固，因此在非平衡条件下凝固导致连铸坯中存在残留高温铁素体组织。(2)当加热温度小于1270时，随着加热时间的延长，316L中的铁素体含量会通过元素扩散而减少，温度越高，减少速度越快；当加热温度大于1270时，随着加热时间的延长，316L中的铁素体含量虽然随着加热时间的延长而减少，但没有低温加热时减少明显。(3)奥氏体不锈钢316L中的少量铁素体含量有助于其力学性能的提高，且没有影响其塑性指标。4633喷雾区的热传导方程及单值条件我们根据傅立叶(Fourier)定律能量守恒的原则，可以得出有对流情况下的热传导的方程： (4-3，式中T是固体，流体界面上固体表面的温度；瓦是流体的温度(在本文指流体强制流动时的温度)；h为对流系数；P表示等截面积A的周长。边界条件：初始条件：t=0,T=Tb温度()4634喷雾冷却区的换热平均热流密度喷雾冷却区的换热平均热流密度为： 式中Z为换热的热流密度(彬，m2)；地为流体的动力粘度(也，m2)；为流体汽化潜热(J，始)；g为重力加速度(ms2)；见、戽分别为流体和蒸汽密度(kglm3)；gc为比例常数(咖，骶2)；盯为流体表面张力(，m2)；c0为流体定压比热(_，妇)；c0为钢表面与流体组合系数(无量纲)，吃为液体的普朗特系数；t=L一丁埘，t为过余温度，L为壁面温度，了删为水在一个大气压下不沸腾的饱和温度。则整个当量平面上的热交换量为：=Z如量式中如量为热交换当量平面的面积。4635喷雾的换热系数的确定由于沸腾传热机理比较复杂，其传热的研究多从实验中获得关系式。而影响喷雾冷却传热特性的参数较多，如：水流密度、材料的表面温度、雾滴尺寸、冲击速度等。另外这些参数在实际的冷却过程中相互耦合，很难确定单个参数对喷雾传热过程的影响，本论文借鉴东北大学梅国晖，盂红记，武荣阳，次英，谢植等人对高温表面喷雾冷却传热系数的理论分析的研究结果(见图410)，取换热系数的大小为1000Wm-2。C，喷雾时间为lOs。通过上述四组图的对比分析，我们可以看出，喷雾可使整个吐丝管的温度降低，同时吐丝管的高温分布范围也得到了降低，高温区的温度值降低了10以上，在远离线材的一侧，吐丝管的温度的降低的幅度为30左右。由此可以看出，喷雾对吐丝管的温度的影响是比较明显的，在生产过程中，我们如果添加个环形的气雾冷却器，在每轧完一根线材后，立即对吐丝管进行喷雾冷却，这对延长吐丝管的使用寿命是有益的。