不锈钢热处理

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结构可以分成三大类，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%，为了使钢获得特殊性能某些加有钼、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，以增强抗腐蚀性。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（若冷却速度慢，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行退火，其目的是消除应力，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。对于高铬钢要注意在400~5000C范围内徐冷时会产生脆化，因此应该尽量避免在这一范围中停留。

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下列几种工艺：

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

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。为了消除淬火以后的内部应力，一般还需要进行消除应力退火和回火。但是这种处理一般都是用于棒材和机械零件，带钢和钢板很少进行这样的处理。

4.按一定比例控制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发展的。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，易出现σ相，使钢的韧性和耐蚀性下降。

二、不锈钢带连续处理炉

直到五十年代中期，各国生产的不锈钢带绝大部分都是在退火酸洗作业线上进行热处理的。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表面，特别是炉辊结瘤时，这种现象就更加严重。对此虽然采取了一些措施，例如采用石棉辊、石墨辊、陶瓷辊及严格控制机组同步等等，但均不理想。因此目前很少采用这种炉型处理不锈钢。下面仅就悬索式炉做简单阐述。

（一）悬索式炉的结构（见图6-18）

炉子分成加热室和冷却室两部分。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，冷却介质根据钢材材质和厚度选择。

炉子加热可以采用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。炉长方向可分段控制温度。为了快速加热，在进料段供热能力应较强，一般在钢带上下都布置有烧嘴，以后各段供热能力依次递减。

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，另一方面因为不锈钢低温时，导热系数小，快速加热容易断裂，特别是内应力大的冷轧不锈钢带。

加热不锈钢要求精确控制燃烧产物中的氧含量，根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，有利于氧化物的清除和酸洗。因而，燃料的成分和发热值要稳定，这是确保准确控制含氧量的前提。

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免采用，最好使用天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控制段的分割处，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。圆盘辊的上部有一部分在炉内承受高温，圆盘辊与炉底和炉墙交接处采用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，钢带表面质量好，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，都会伤害钢带表面，影响钢带表面质量。

炉子发生断带时，钢带需要从炉子两端拉出，重新穿带。在炉子两侧内墙上的砖槽内放置的是专门用于穿带的一根厚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。改变品种，钢带需要退火时，炉子升温时间短，又不需要重新穿带，从而提高了作业率。

（二）炉内钢带悬垂度的计算和控制

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。

钢带在炉内张力的确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=σb F/A公斤力（6-3）式中P max——钢带的最大张力，公斤力；

σb——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。对于不锈钢钢带推荐采用张力为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=