不锈钢热处理技术

第三节不锈钢机组连续热处理炉一、不锈钢带的热处理工艺在大气中能抵抗腐蚀的钢称为不锈钢。

不锈钢按其金相组织构造可以分成三大类，即奥氏体不锈钢，铁素体不锈钢及马氏体不锈钢。

1.奥氏体不锈钢的热处理工艺奥氏体不锈钢是一种铬镍合金钢，其主要合金元素的含量，镍大于6%，铬16~26%，为了使钢获得特别性能某些加有钼、钛、铌等其它元素。

这类钢的热处理工艺是退火处理，其目的一方面使加工以后的金属组织再结晶，以使其充分软化，便于再加工，另一方面是将碳化物固熔在奥氏体组织中，以增加抗腐蚀性。

奥氏体不锈钢的退火温度范围一般为1000~11500C，然后在此温度急速冷却，依靠快冷，能把碳呈固熔状态的奥氏体保持到常温〔假设冷却速度慢，则析出碳化物〕。

冷却方式视带钢材质及厚度而异，可以水冷、喷雾冷却、保护气体喷吹冷却及空冷等。

2.铁素体不锈钢的热处理工艺铁素体不锈钢是以铬元素为主〔含铬占11~28%〕的合金钢，大都是低碳的，镍含量很少。

这类钢的热处理也只是进展退火，其目的是消退应力，软化，增加延展性。

这类钢的退火温度范围为650~8500C，在空气、水或保护气体中冷却。

对于高铬钢要留意在400~5000C 范围内徐冷时会产生脆化，因此应当尽量避开在这一范围中停留。

3.马氏体不锈钢的热处理工艺此类不锈钢亦以铬为主要合金元素〔含铬10~18%〕，碳在0.08~1.2%范围内，大多数不含镍，个别含少量镍〔2. 5%〕。

马氏体不锈钢的热处理一般有以下几种工艺：退火——热轧以后由于冷却较快而发生硬化，为了软化处理，增加延展性，需要进展退火。

退火温度为850~9200C，炉冷到6000C，然后空冷的称为完全退火，一般在罩式炉中进展。

退火温度为620~7800C，然后空冷的称为过程退火，一般在连续式炉内进展。

淬火——马氏体不锈钢经过高温急冷可以得到很高的硬度，其淬火温度为925~10650C，油淬或空冷。

为了消退淬火以后的内部应力，一般还需要进展消退应力退火和回火。

但是这种处理一般都是用于棒材和机械零件，带钢和钢板很少进展这样的处理。

4.按确定比例把握奥氏体和铁素体的比例的双相不锈钢是为改善耐蚀性和获得较高的强度而进展的。

双相不锈钢的镍含量为5%左右，同时含有较高的铬〔25%左右〕。

双相不锈钢具有较高的机械性能，良好的韧性和焊接性。

但冷热加工性能较差。

双相不锈钢由于含铬较高，如在600~8000C 温度范围内长时间保温，易消灭σ相，使钢的韧性和耐蚀性下降。

二、不锈钢带连续处理炉直到五十年月中期，各国生产的不锈钢带绝大局部都是在退火酸洗作业线上进展热处理的。

在不锈钢带连续处理炉中，钢带在直通式火焰炉中加热，然后通过机械方法或化学方法去除氧化铁皮。

用于这种作业线上的退火炉主要有两种类型，即辊底式牵引炉及悬索式炉。

前者与硅钢脱碳炉相类似，这种炉子的主要缺点是由于炉内托带的辊子在高温下与钢带接触而划伤钢带外表，特别是炉辊结瘤时，这种现象就更加严峻。

对此虽然实行了一些措施，例如承受石棉辊、石墨辊、陶瓷辊及严格把握机组同步等等，但均不抱负。

因此目前很少承受这种炉型处理不锈钢。

下面仅就悬索式炉做简洁阐述。

〔一〕悬索式炉的构造〔见图6-18〕炉子分成加热室和冷却室两局部。

钢带在加热室加热到规定温度并将这一温度保持一段时间，然后进入冷却室，用喷水、蒸汽、水雾、空气等冷却方式使钢带冷却，冷却介质依据钢材材质和厚度选择。

炉子加热可以承受气体燃料或液体燃料，烧嘴布置在两侧墙上。

烧嘴的形式和布置力求能使炉宽方向温度均匀。

炉长方向可分段把握温度。

为了快速加热，在进料段供热力气应较强，一般在钢带上下都布置有烧嘴，以后各段供热力气依次递减。

一般在加热段前设置预热段，利用加热段的高温烟气，预热带钢。

一方面是节约燃料，另一方面由于不锈钢低温时，导热系数小，快速加热简洁断裂，特别是内应力大的冷轧不锈钢带。

加热不锈钢要求准确把握燃烧产物中的氧含量，依据品种和处理工艺不同，氧含量一般为2~6%。

这样可以保证带钢生成高价、相对疏松的氧化物，有利于氧化物的去除和酸洗。

因而，燃料的成分和发热值要稳定，这是确保准确把握含氧量的前提。

由于混合煤气的成分和热值极易波动，不锈钢带连续处理炉应尽量避开承受，最好使用自然气等热值稳定的燃料。

图6-18 不锈钢连续退火炉酸洗机组退火炉图6-19 圆盘辊〔Carousel roll〕悬索式炉的主要特点是炉辊之间距离大，钢带在炉内呈悬索状态通过。

炉内的辊子一般设在炉子把握段的分割处，例如预热段与加热段之间，加热段与均热段之间等。

在同一处设两个炉辊交替使用。

有两种辊子方式，一是并列设置两个辊子，靠手动卷扬升降交替使用辊子，还有一种方式是用圆盘辊〔Carousel rool 〕 (图 6-19)。

在一个大圆盘辊上带有两个炉底辊，上方的炉辊在运行中使用，下方的一个炉辊可实现在线不停炉更换。

圆盘辊的上部有一局部在炉内承受高温，圆盘辊与炉底和炉墙交接处承受机械密封或机械密封加喷气密封。

辊面材料有石棉和青铜喷涂两种。

石棉辊较软，不划伤钢带，钢带外表质量好，但是辊寿命太短， 一般为一个月左右。

青铜辊寿命长，可使用一年以上，辊面结瘤和辊面线速度与钢带不同步时，都会损害钢带外表，影响钢带外表质量。

炉子发生断带时，钢带需要从炉子两端拉出，重穿带。

在炉子两侧内墙上的砖槽内放置的是特地用于穿带的一根厚 2 毫米，宽 50 毫米的耐热窄带钢。

断带时，将窄带从砖槽内拉入炉内，然后将已经拉至炉外的断带同导带相连，再拉过炉子。

炉子顶部还设有辊子，以便在钢带不需要通过炉子而仅要求酸洗时从顶部通过。

还有另一种操作方法，仅需要酸洗时，钢带通过炉子，但炉子不供热，或仅保持炉温在 7000C 以下。

转变品种，钢带需要退火时，炉子升温时间短，又不需要重穿带，从而提高了作业率。

〔二〕 炉内钢带悬垂度的计算和把握钢带在炉内的悬垂度与钢带在炉内的张力及两支点〔即两支撑辊〕间的距离有关。

钢带在炉内张力确实定与钢带的材质及工作温度有关。

下式为两支点间钢带的最大张力与钢带的极限抗拉强度的关系P max =σ b F/A 公斤力〔6-3〕式中 P max ——钢带的最大张力，公斤力；σ b ——钢带的极限抗拉强度，公斤力/毫米 2；F ——钢带的断面积，毫米 2；A ——安全系数。

图 6-20~22 为低碳钢、硅钢及不锈钢抗拉强度与工作温度的关系。

安全系数要考虑启动时和变速时的不正常应力，一般选用 A =10~15。

对于不锈钢钢带推举承受张力为 35 公斤力/厘米 2，即 0.35 公斤力/毫米 2。

钢带的最大张力与悬垂度的关系为：P max =其中 0.16S 2 与 l 2 比相对甚小时可略去不计，上式变为：S=wl 2/8P max(6-4)式中 S ——钢带悬垂度，米； l ——两支点间的距离，米； w ——每米钢带的重量，公斤/米。

依据上式可以求出钢带的悬垂度，同时也可以预先确定悬垂度再计算钢带张力是否在允许范围内。

两支点间钢带实际长度与垂度的关系为：L=l+8S 2/3l(6-5) 式中 L ——钢带实际长度〔近似值〕，米。

由于连续热处理炉通过钢带的比张力〔单位钢带截面的张力〕来把握垂度， 为此，将上述公式变换成：S=0.1ρ l 2/8P(6-6) S ——钢带的悬垂度，米；ρ ——钢带的重度，吨/米 3；l ——两支点间的距离，米； P ——钢带比张力，公斤/厘米 2。

例：一悬索式炉长 18 米，炉外两石棉辊间距 20 米，钢带尺寸为 4×1000 毫米， 低碳钢带处理温度为 7200C ，奥氏体不锈钢带处理温度为 11500C ，求钢带在炉内的悬垂度。

解：1. 低碳钢带从图 6-20 曲线中可查得 7200C 时碳钢的极限抗拉强度σb 7 公斤力/毫米 2， 取安全系数 A =15，代入公式〔6-3〕中P max =σ b F/A =7×4×1000/15=1870 公斤力代入公式〔6-4〕中求悬垂度S=Wl 2/8P max =7850×0.004×1.0×202/8×1870=0.84 米2. 奥氏体不锈钢带取张力为 0.35 公斤力/毫米 2，则 P max =0.35×4×1000=1400 公斤力代入公式〔6-4〕中求悬垂度=7900×0.004×1.0×202/8×1400=1.13 米S=Wρl2/8Pmax从计算看出，炉长18米时，处理不锈钢带的悬垂度为 1.13米是可行的，目前国内外都有18米长辊距的实践阅历。

分析垂度公式可知，当跨度确定后，钢带垂度仅是钢带重度和单位张力的函数，钢带垂度与重度成正比，与张力成反比。

图6-20 低碳钢抗拉强度与温度的关系图6-21 含3%Si 未处理冷轧硅钢的抗拉强度与温度的关系图6-22 不锈钢的抗拉强度极限与温度的关系1-1Cr18Ni9;2-Cr18Ni9Ti当两支撑辊之间的钢带均质时，垂度和张力有一个简洁的对应关系，传送钢带的电气设计，可以通过把握张力自动把握垂度，使垂度稳定不变。

当两支撑棍之间的钢带非均质时，有两种不同材质或者不同规格的钢带悬垂，即钢带焊缝在两支撑辊之间时，垂度与张力就不是简洁的对应关系，随着焊缝的移动，两辊之间钢带重量不断变化，垂度也随着不断演化。

这时如何把握垂度，就产生了垂度把握技术。

垂度把握技术有两大类：a.应用垂度仪。

在悬垂钢带的上方安装垂度仪，设定垂度值，通过把握张力维持垂度。

当垂度变大时，提高张力；垂度变小时，降低张力，从而维持设定的垂度值。

b.在操作制度上加以限制，允许垂度在确定范围内波动。

例如，某机组规定钢带焊接时，其截面比不允许大于20%，还规定两钢带中以小截面积的钢带张力进展把握。

这样就确定了垂度的最大变化范围。

〔三〕冷却室设计加热到规定温度的钢带在冷却室以确定速度冷却到800C 左右。

冷却室壳体一般是钢板焊接构造。

在钢带上下方各布置假设干冷却装置，将冷却介质喷向钢带外表，使钢带冷却。

通常承受的冷却介质有水、水雾〔用压缩空气雾化水〕、蒸汽、空气等，依据钢带材质和厚度选用。

钢带的冷却速度主要由其热处理工艺要求来确定。

为了满足同一材质钢带的冷却速度，厚度不同需要承受不同的冷却介质。

例如对于奥氏体不锈钢〔1Cr18Ni9Ti〕当厚度小于2 毫米时，在空气中自然冷却就能满足要求，而当厚度较大时，则需要喷水冷却。

对于2Cr18Ni9 即使是厚度小于2 毫米也需要喷水冷却，才能满足要求。

不同介质的冷却速度由高到低大体上挨次如下：空冷〔自然冷却〕、喷蒸汽冷却、喷空气冷却、喷雾冷却和喷水冷却。

固然，冷却速度还与喷嘴形式及布置、喷吹速度、喷吹介质温度及耗量有关。