铁素体不锈钢铸轧薄带凝固组织对冷轧退火带晶粒簇的影响

第21卷第1期

2009年1月

钢铁研究学报 Journal of Iron and Steel Research

Vol.21,No.1J anuary 2009

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50734002、50574018);973国家重点基础研究发展计划资助项目(2004CB619108)作者简介:刘海涛(19812),男,博士生; E 2m ail :liuhaitao81214@ ; 修订日期:2008208222

铁素体不锈钢铸轧薄带凝固组织对冷轧退火带晶粒簇的影响

刘海涛,　刘振宇,　邱以清,　王国栋

(东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110004)

摘　要:研究了Cr17铁素体不锈钢铸轧薄带凝固组织对其冷轧退火带晶粒簇、成形性和皱折特性的影响。利用电子背散射衍射技术对Cr17铁素体不锈钢铸轧薄带及相应的冷轧退火带进行了显微织构分析。结果表明:①

Cr17铁素体不锈钢铸轧薄带冷轧退火带的晶粒簇依赖于初始铸轧薄带的凝固组织类型;②柱状晶组织的铸轧薄

带具有显著的{001}∥N D 晶体取向特征,而等轴晶组织的铸轧薄带晶体取向随机、分散;③等轴晶组织铸轧薄带比柱状晶组织铸轧薄带的冷轧退火带具有更少的{001}<110>晶粒簇和更多的{111}<112>、{111}<110>晶粒簇;④铸轧薄带的等轴晶组织比柱状晶组织有利于提高冷轧退火带的成形和抗皱性能。关键词:铁素体不锈钢;凝固组织;晶粒簇;成形性;抗皱性能

中图分类号:T G 11311 文献标识码:A 文章编号:100120963(2009)0120042205

E ffect of Solidif ication Structure in Strip C ast Ferritic Stainless

Steel on G rain Colonies of Cold 2R olled and Annealed B and

L IU Hai 2tao ,　L IU Zhen 2yu ,　Q IU Y i 2qing ,　WAN G Guo 2do ng

(State Key Laboratory of Rolling and Automation ,Northeastern University ,Shenyang 110004,Liaoning ,China )Abstract :The effects of different structures in strip cast Cr17ferritic stainless steel on the grain colonies ,ridging and formability of cold 2rolled and annealed band were studied.The cast strip s and cold 2rolled and annealed band were investigated by using electron backscattering diffraction (EBSD )analysis.The experimental results were as follows :first ,the grain colonies of Cr17ferritic stainless steel cast strip after cold rolling and annealing depended on the initial structure of cast strip.Second ,the columnar cast strip showed a strong {001}∥N D texture ,while the equiaxed strip showed a weak and random texture.Third ,equiaxed cast strip had less {001}<110>grain colony but much more {111}<112>and {111}<110>grain colony than columnar strip after cold rolling and annealing.Finally ,equiaxed structure of cast strip was in favor of formability and ridging resistance.

K ey w ords :ferritic stainless steel ;solidification structure ;grain colony ;formability ;ridging resistance

铁素体不锈钢薄板大量应用于电器、装饰和厨

具等领域,其典型的生产工艺流程是板坯连铸、热轧、热带退火、酸洗,随后冷轧、连续退火、酸洗、平整。铁素体不锈钢在板坯连铸过程中容易产生发达的柱状晶,柱状晶比例有时甚至高达70%～80%。柱状晶组织将恶化成品板的成形性,加剧表面皱折程度[1]。因此,细化连铸坯组织,扩大等轴晶率成为改善铁素体不锈钢成形性和表面质量的主要手段[2～4]。目前,部分不锈钢厂已经采用多种手段,如添加铌、钛等微合金元素,连铸过程中采用电磁搅拌,适当控制连铸二冷段冷却水流量等,但效果并不理想。双辊薄带铸轧技术是将熔化后的钢水直接浇注到2支旋转轧辊的辊缝内,待钢水迅速凝固后直接形成薄带的短流程生产技术。完整的铸轧工艺流程主要包括:铸轧成带,二次热压下,卷曲,冷轧,再结晶退火。利用双辊铸轧技术生产铁素体不锈钢,不仅可省略热轧工序,缩短生产周期,降低成本,而且可利用铸轧过程中钢水迅速凝固这一特点,得到

细小、均质的铸轧薄带,经轧制、退火后,获得具有良好成形性和抗表面皱折性能的成品板[5,6]。

国外学者已开展了双辊铸轧Cr17铁素体不锈钢薄带技术的研究,主要对铸轧薄带初始织构特征进行了分析[7,8]。但到目前为止,尚未见有关铸轧薄带初始凝固组织类型对最终冷轧退火带微观织构、表面皱折及成形性影响的论述和报道。因此,必需开展系统详细的研究工作,以对短流程Cr17铁素体不锈钢双辊铸轧工艺加以完善和补充。

笔者将Cr17铁素体不锈钢作为研究对象,以大量的实验室实验为基础,针对具有不同初始凝固组织的铸轧薄带进行轧制、退火对比实验。利用电子背散射衍射(EBSD)技术检测了冷轧退火试样中与皱折、成形性密切相关的五种晶粒簇,重点研究了铸轧薄带凝固组织对冷轧退火带晶粒簇、表面皱折特性以及成形性的影响。

1　实验

111　铸轧及后续轧制、退火工艺

实验用Cr17铁素体不锈钢的化学成分(质量分数,%)为:C0103,Si0124,Mn0180,S01004,P 01016,Cr1619,Ni01114。原料在30kg中频感应电炉内加热熔化,1600～1700℃时浇入中间包,流经喷嘴在2支旋转的轧辊间形成熔池,最后从辊缝拉出大约1～2mm厚的铸轧薄带,空冷至室温。实验中,熔池的侧封板、中间包、喷嘴需提前预热至1100℃以上。为防止钢水氧化,中频感应炉和中间包内通氩气保护。铸轧实验用铸轧机为竖直式双辊铸轧机,轧辊为水冷钢辊,辊身长252mm,铸轧速度v=012～014m/s,铸轧力F=110～510kN。通过调整浇注温度分别获得完全柱状晶组织及完全等轴晶组织的铸轧薄带。

柱状晶组织及等轴晶组织铸轧薄带的后续处理工艺见表1。将2种铸轧薄带加热至1100℃后都进行10%左右的小变形量热轧,以模拟完整铸轧流程中的二次压下工序,目的是平整板形,防止在冷轧过程中因变形不均而开裂。随后保温,以模拟铸轧流程中的卷曲工序,经80%压下量冷轧后再进行退火。112　组织、织构及成形性能、表面皱折检测

从铸轧薄带及冷轧退火后的成品带上分别截取铸态、冷轧退火(CRA)态试样,腐蚀后观察其金相组织,腐蚀液成分为20mL HCL+10mL HNO3+ 30mL C3H8O3,并制取试样进行EBSD微观织构检测,试样依次在100、200、600和1000号砂纸上机械磨平,然后进行电解抛光以去掉表面变形层,电解液成分为50mL HC LO4+750mLC2H5OH+140mL H2O,电解电压20V,电流015～210A。使用安装在FEI Quanta600扫描电子显微镜上的OIM4000E BSD系统对电解试样的纵截面(N D2RD面)进行花样采集,所用自动采集软件为TSL OIM DAT A COLL EC2 TION416,数据分析软件为TSL OIM ANAL YSIS 416。笔者关注的晶粒簇是与皱折特性、成形性密切相关的{001}<010>、{001}<110>、{112}<110>、{111}<110>、{111}<112>五种晶粒簇,计算各种晶粒簇的体积分数时偏差角设为20°。分别用平均塑性应变比(r)和平均粗糙度(R a)考察成品板的成形性和表面皱折程度。沿与平板轧向呈0°、45°和90°方向上制取标准拉伸试样,测得各方向的塑性应变比(r),而r=(r0°+2×r45°+r90°)÷4。将沿平板轧向呈0°的标准拉伸试样经15%拉伸变形后,用TR300便携式粗糙度形状测量仪沿板宽方向测量其板面即得到R a值。

表1　轧制和退火工艺

T able1　R olling and annealing conditions

铸轧薄带初始厚度/mm热轧后厚度/mm保　温冷轧后厚度/mm模拟连续退火等轴晶210118850℃×3h0135860℃×3min 柱状晶1151125850℃×3h0125860℃×3min

2　结果及分析

211　铸轧薄带的组织及织构

图1为铸轧Cr17铁素体不锈钢薄带的外观形貌。可见,铸轧薄带具有良好的板形和宽度控制。在实验室条件下,经大量实验,特别是通过调整浇注温度,在1700℃和1600℃的浇注温度下分别获得了完全柱状晶组织及完全等轴晶组织的两种典型铸轧薄带(图2)。完全柱状晶组织的铸带由发达的柱状晶组成,上下两层柱状晶从表层向内生长直至交

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第1期 刘海涛等:铁素体不锈钢铸轧薄带凝固组织对冷轧退火带晶粒簇的影响