1、世 界 钢 铁 2014 年第 4 期冷连轧 430 不锈钢抗皱性能研究祝方 义 ， 李 步明 ， 杜 伟( 宝钢不锈钢有限公司 ， 上海 200431)摘要 : 针对 宝钢不锈钢公司冷连轧 SUS430 不锈钢在深拉伸后表面存在严重的起皱问题 ， 详细分析了影响 430 铁素体不锈钢表面起皱的因素 。通过化学成分优化 、浇注过程采用电磁搅拌和热轧 、热处理及冷轧工艺改进 ， 使 430 不锈钢制品在冲压后的起皱缺陷得到改善 ， 提高了材料的机械性能 ，并开发出含低 Ti 与 Nb 的低起皱铁素体新产品 ， 使抛光成本下降 。关键词 : 连轧 ; 起皱 ; 成分优化 ; 电磁搅拌doi: 10
2、3969/j issn1672 9587201404008esearch on the anti-ridgging of 430 cold productby tandem rollingZHU Fangyi， LI Buming， DU Wei( Baosteel Stainless Steel Co ， Ltd ， Shanghai 200431， China)Abstract: For the serious ridgging problem of 430 cold product after deep drawing by tandem rollingin Baosteel Stain
3、less Steel Co ， Ltd ， the factors influencing surface ridging of 430 ferritic stainlesssteel are analysised in detail Through optimizing component， electromagnetic stiring of casting，improving hot rolling， hot annealing and cold rolling technology， the ridgging defect of 430 coldproduct by tandem ro
4、lling is improved after deep drawing， and the mechanism performance isincreased The low-ridgging ferritic stainless steel is developed， which can make the polishing costdecreaseKey words: tandem rolling; ridging; component optimizing; electromagnetic stirring0 引言随着 镍 价的剧烈波动 ， 铁素体不锈钢产量在中国得到迅速提升 ， 铁素体
5、不锈钢产品的比例已 经 达 到 50% 以 上 ， 而 在 宝 钢 ， 甚 至 接 近60%。宝钢不锈钢公司铁素体不锈钢代表钢种是 430 不锈钢 ， 该钢种的塑性应变比小 ， 导致其具有较差的成型性能 ， 在深冲后表面存在严重的起皱问题 ， 限制了 430 产品的应用 。这种起皱缺陷难以被抛光处理掉 。如果要获得较好的抛光表面 ， 往往需要增加抛光道次 ， 影响抛光效率 。为了降低人工成本及改善抛光环境 ， 研究开发了一种低起皱甚至无起皱的新材料以适应自动抛光产线生产需要 。1 宝钢 430 不锈钢冷连轧生产工艺宝钢 不 锈钢公司 430 不锈钢冷轧钢板是通过冷连轧生产的 ， 年产量达 10
6、 万 t， 冷连轧生产具有如下特点 : 五道次连续轧制 、大辊径轧辊轧制 、生产效率高 。主要生产工艺流程见图 1。2 影响表面起皱的因素及改进措施起皱是铁素体不锈钢在成型过程中应变量较大时 产 生的一种表面缺陷 ， 这种缺陷发生在平行于板的轧制方向 ， 表现为狭窄的凸起条纹 ， 见图2。目前 ， 有观点 1 4认为在 热 、冷加工过程中某些织构沿轧向分布 ， 在应变过程中 ， 由于塑性变形的各向异性 ， 在板材厚度方向产生应变差 ， 从而引83世 界 钢 铁起起皱 。为 了 控制起皱 ， 需要切断这种带状组织 ， 并且抑制其在冷轧退火板上聚集 。图 1 全工序工艺流程图图 2 材料拉伸后出现
7、的起皱21 化学成 分图 3 5 给出了 430 系铁素体不锈钢中 C、N含量 ( Cr 当量 ) 与成型性 、抗皱性之间的关系 。从图中可以看出 ， 随着 C、N 含量的升高 ， 抗皱性能得到改善 。图 3 SUS430 系铁素体不锈钢 C、N 含量 ( Cr 当 量 )与抗皱性之间的关系图 4 碳氮含量对铁素体不锈钢皱褶影响图 5 碳氮含量对铁素体不锈钢 r 值影响从图 5 可以 看 出 ， C 和 N 含量的降低会提高 r值 ， 然而 ， 这将会导致起皱性能恶化 。图 6 所示为wTi/w( C + N)或 wNb/w( C + N)对 16% Cr 铁素体 不 锈钢皱褶的影响 ， 要想
8、获得高的深冲性能和较低的皱褶高度 ， 主要是尽量降低钢中固溶碳的含量 。为了获得较好的深拉伸性能与低起皱性能 ， 需要尽可能降低 ( C + N) 含量 ， 同时也可以在钢中加入部分 Ti 以形成 TiC 而降低钢中的固溶 C。932014 年第 4 期图 6 wTi/w( C + N)或 wNb/w( C + N)对 16%Cr铁素体不锈钢皱褶影响Ti 和 Nb 是铁素 体 形成元素 ， 在 Fe Cr 相图中可使 “ # 相界向低铬方向移动 。因此 ， 含钛 、铌的铁素体不锈钢一般均具有单一的铁素体组织 ; 向钢中加入 Ti、Nb 可使钢中铬的碳 、氮化物形成 Ti、Nb 的碳 、氮化物
9、， 并细化铁素体不锈钢晶粒 。与铁素体不锈钢中的 C、N 结合生成 Ti、Nb 的碳 、氮化物而抑制钢中铬的碳 、氮化物的形成 ， 从而提高铁素体不锈钢的耐晶间腐蚀性能以及深冲性能 ，随着 wTi/w( C +N)比例的 升 高 ， 将可以极大提升成品的起皱性能 ， 为此进行成分设计 ， 见表 1。经实验室冶炼并浇铸成钢锭 ， 钢锭经过反复锻打 、经不同的加工工艺后 ， 获得的组织见图 7，材料起皱性能见表 2。表 1 合金成 分 设计 %No wCwNwSwPwMnwSiwCrwNbwTi1 0007 0008 0005 0009 037 046 1684 001 00102 0006 00
10、07 0006 0011 035 020 1667 002 01503 0005 0006 0007 0010 034 046 1692 019 00264 0008 0007 0007 0010 043 051 1679 019 01205 0010 0008 0005 0008 040 051 1697 029 0090图 7 微观组 织表 2 起 皱性能 m表 面粗 糙 度 起皱高度无稳定化 154 3431单 Ti 213 1724单 Nb 117 2183低 Ti 和 Nb 双 稳 定 化 134 1848高 Ti 和 Nb 双稳定化 129 2162从表中 可 以看出 ， 低 Ti
11、 和 Nb( 0 19% Nb +012%Ti) 双稳定具有较好的成型与起皱性能 ， 且Nb 含量低并未恶化材料的起皱性能 。取上述低Ti/Nb 双稳定热轧板且根据生产工艺要求 ， 按照不退火直接冷轧 、罩退后冷轧 、连退后冷轧工艺 ，然后在 950 下保温 2 min 进行冷退试验 ， 获得的组织见图 8、9， 三种工艺的起皱性能见表 3。04世 界 钢 铁图 8 微观组织对 比图 9 微观织构对比表 3 冲压和起皱性能工艺r0r45r90rmr3 起皱高度/m不 退火直接冷 轧 115 194 162 166 055 393罩 退后冷轧 134 162 175 158 021 214连退后
12、冷轧 168 174 191 177 012 177对于含 Nb 铁素 体 不锈钢 ， 热轧钢卷应该采取连退处理工艺 。22 连铸组织从连铸板坯上取不同等轴晶比例的坯样 ( 图10) ， 经过冷轧加工后 ， 获得了不同的起皱高度 ，见表 4。图 10 板坯142014 年第 4 期表 4 不同比例等轴晶对应的起皱性能序号 起 皱 高度 /m 起皱性 能 评价 备注430 1 2018 差 100%柱状晶430 2 639 好 100%等轴晶430 3 1655 一般50%柱状晶 +50%等轴晶对 SUS430 不锈钢 而 言 ， 皱褶的产生与其铸坯结晶组织的位向有很大关系 ， 提高等轴晶比例
13、，可显著提高材料的抗皱性能 。增加等轴晶比例 ，一般采取电磁搅拌 、控制浇钢过热度等措施进行控制 5 8， 结合宝钢炼钢连铸生产状况 ， 对SUS430 产 品 ， 投用电流从初始的 1 200 A 上升到最大搅拌电流 1 600 A， 控制过热度 35 的方法 ，等轴晶比例从 10% 30% 提高到 40% 以上 ， 见图 11。图 11 板坯等轴晶比例提高23 热退处 理在 BAF( 罩式炉 ) 热处理工序 ( 图 12) ， 通过延 长 退 火 时 间 ， 获得了不同的微观组织( 图 13) 。通过增加罩退保温时间 ， 使得碳化物析出更弥散 ， 微观组织中存在条带状碳化物组织大大减少 。
14、 图 12 BAF( 罩式炉 ) 热 处 理工艺图 13 微观组 织 对比24 冷退工 艺通 过对冷退工艺进行优化调整 ( 表 5)， 提高材料退火温度 ， 获得不同的组织 。随着退火温度的升高 ， 可以获得大量均匀的再结晶组织 ， 见图 14。3 改进效 果31 含低 Ti 与 Nb 的低起皱铁素体新产品开发该低起皱新产品成分设计如表 6 所 示 ， 此产品的 001 晶粒族明显呈自由分布 ， 表面起皱高度大大降低 ， 可以在自动抛光产线上消除 ， 见图 15、16。表 5 温度调 整 试验常规 优化后退 火温度 / 875 88524世 界 钢 铁图 14 微观金相组织对比表 6 低起皱新
15、产品设计 %钢种wCwSiwMnwCrwNb和 wTiwN430 004 03 028 162 004低 起皱 铁 素体不锈钢 001 03 02 162 添加 001图 15 常规 430 与新产品微观织构对比图 16 常规 430 与新产品起皱对比32 机械性能 对比针对常规 430 不锈钢 ， 经工艺优化后 ， 材料的r 值有所增加 ， r 下降 ， 材料硬度下降 ( 表 7) ， 材料的织构梯度明显降低 ， 交替混合条状结晶织构减弱 ， 见图 17。表 7 机械性 能 对比屈 服 强 度 /MPa抗拉强度 /MPa延伸率 /%r均值r硬度( HV)优化后 283 468 31 125
16、02 138优化前 283 473 30 118 05 149342014 年第 4 期图 17 表面微观织构对比33 20%预拉伸后表面起皱形貌对比通过工 艺 调整 ， 在常规 430 产品上获得较好的起皱性能 ， 20%预拉伸后 ， 表面起皱高度明显降低 ， 材料经深拉伸后 ， 起皱高度从 15 m 下降到5 m， 表面起皱明显改善 ， 见图 18。图 18 产品实 物 对比4 结论( 1) 通过化 学 成分优化 ， 在铁素体不锈钢冶炼过程中添加少量的 Ti 和 Nb， 可以获得低起皱的冷轧钢板 。( 2) 板坯中等轴晶的存在有助于减轻起皱 ，需要提高连铸板坯中的等轴晶比例 。( 3) 适
17、当延长退火保温时间或提高退火温度 ， 对提高材料的起皱性能有利 。( 4) 冷退过程中产生充分的再结晶有助于提高材料的机械性能 ， 同时也提高起皱性能 。参考文献 1 Sinclair C W， Mithieux J D， Schmitt J H， et alecrystallization of stabilized ferritic stainless steelsheet J Metallurgical and Materials Transactions，2005， 36A( 11) : 3205 3215 2 Yazawa Y， Kato Y， Kobayashi M Develop
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