摘 要：介绍了在生产奥氏体不锈钢线材时，通过调整C、N、Ni、Cu等元素含量，提高了奥氏体的稳定性，减少了形变马氏体α′相的形成。利用控冷辊道进行轧后控制冷却改善了线材的性能。选用HF+HNO2对线材进行酸洗白化后，线材表面良好，从而满足了用户对产品的要求。
关键词：不锈钢；线材轧制；成分调整；控制冷却；酸洗
l 前言
近年来，太原钢铁(集团)有限公司、宝钢集冈公司等一些特殊钢生产企业加大了不锈钢线材的开发力度和生产量，国内不锈钢线材自给率已超过80％。太钢从1997年开始生产大盘重不锈钢线材。通过10年摸索，形成了一套适应太钢装备条件的奥氏体不锈钢线材生产工艺，其产品行销国内外。
2太钢奥氏体不锈钢线材生产工艺研究
2．1 奥氏体不锈钢线材成分控制特点
奥氏体不锈钢线材与板、管、带材等的不同点在于要经过较大程度的冷加工，其用于拔丝时，要求线材加工硬化率低，中间退火少；用于生产紧固件时，要保证冷镦不开裂；用于焊条及其他制品时，也要求具有一定的冷加工性。总之，用户希望不锈钢线材加工硬化率低，塑性好，冷加工后磁性小。为满足用户需求，在研制OCrl8Ni9不锈钢线材的基础上开发了其他牌号奥氏体不锈钢线材，旨在提高不锈钢线材的冷加工性。
0Crl8Ni9等奥氏体不锈钢属于亚稳定型，其冷加工性主要取决于冷变形过程中产生的形变马氏体α′相(磁性)的形成量，而形变马氏体α′相的形成量与化学成分有关。因此奥氏体不锈钢线材成分设计的原则主要是在保证不锈钢线材强度低、塑性好的情况下，提高奥氏体的稳定性，减少形变马氏体α′相的形成。
亚稳定奥氏体不锈钢的化学成分主要通过影响奥氏体的稳定性来影响α′马氏体的形成量。一般的奥氏体形成元素如C、N、Ni、Cu等都能稳定奥氏体、提高奥氏体相堆垛层错能，对于α′马氏体的形成有抑制作用。在稳定奥氏体方面，Ni的作用较大，而在提高奥氏体相堆垛层错能方面，Cu比Ni的作用更大。
化学成分对α′马，氏体转变的影响可用奥氏体稳定性系数△表示。
△=[Ni]一[([Cr]一20)2／12—0．5[Mn]一35[C]一[Cu]一27[N]+15] (1)
由式(1)可知，奥氏体稳定性系数△越大，α′马氏体转变越不易发生。
表1为304M、304HC不锈钢线材试样的化学成分。将试样在冷顶锻试验机上进行不同变形量的冷顶锻，然后用TSJ一1A铁素体测量仪测量不同变形量时钢中的形变马氏体量，得到了奥氏体稳定性系数△、变形量与形变马氏体量的关系，如图1所示。
由图1可知，在相同变形量下，△值较大的钢，其α′马氏体量较少，△值较小的钢，其α′马氏体量较多，而钢中含Cu的304HC线材的△值最大，α′马氏体量最少。因此如需经较复杂的冷加工时，要求有较好的冷镦性，一般用304HC等含Cu较高的钢种。
0Crl8Ni9等奥氏体不锈钢主要成分的变化会对其力学性能产生影响，由此也提出了奥氏体不锈钢线材的成分控制原则：增加C、N含量会强烈抑制α′形变马氏_体形成，使线材强度增加较快；增加Cu、Ni含量可抑制α′形变马氏体形成，使线材强度降低，塑性提高；增加Mn含量可减少α′形变马氏体形成，使强度有所增加。
2．2奥氏体不锈钢线材在线控冷工艺研究
奥氏体不锈钢线材的热处理方式主要有离线固溶与在线固溶2种。离线固溶是线材轧后成卷装入热处理炉进行固溶处理，线材性能可控范围较大，但线材需重新加热，能源损耗大；在线固溶是在不锈钢线材生产线上设有升温和保温装置，利用线材轧后余热对其进行控制冷却，在较短时间内完成固溶和再结晶过程。用这种方式生产的线材，性能均匀，但设备投资较大。
在生产现场和实验室分别研究了304M不锈钢线材的抗拉强度与加热温度及保温时间的关系，试验材料为Φ8mm 304M线材，其化学成分如表2所示。
2．2．1工业试验及结果
对中8mm304M线材进行了在线控冷试验，线材吐丝后采取了3种热处理方式：一是线材吐丝后直接水冷；二是吐丝后利用控冷辊道慢冷至600℃左右集卷空冷；三是在吐丝机旁放置一台小型热处理炉，线材吐丝后马上在高温下取样，快速放入热处理炉中，在1000～1100℃按不同保温时间处理；将这3种方式处理后的线材取样检测抗拉强度和晶粒度。其结果如表3所示。
2．2．2实验室试验及结果
将经过轧制、吐丝、空冷生产的同批Φ8mm304M线材切成长300mm的试样，在实验室热处理炉中，从室温升至固溶处理温度后，分别经1、5、10min保温，然后进行空冷，检测试样的抗拉强度和晶粒度其结果见表4。
2．2．3试验结果分析和讨论
对奥氏体不锈钢进行固溶处理，其目的一是使钢中碳元素在高温下固溶于奥氏体中，然后通过快速冷却，使碳化物来不及在晶界析出，从而保证奥氏体不锈钢不产生晶间腐蚀；二是在升温和保温过程中，钢的组织将经历晶粒回复、再结晶、再结晶晶粒长大过程，可消除变形过程中位错滑移形成的畸变能，降低抗拉强度，使钢材得到软化。
表3所示的第3种方式利用了轧后余热，有升温和保温过程，这种单根试样的升温和保温可较好地模拟散卷升温和保温的在线固溶。表4所示的试样从室温升至固溶温度，基本可模拟离线固溶情况。由表3、表4可知，经过在线固溶后，奥氏体不锈钢得到软化，晶粒度可达6～7级。由于轧制过程中钢温在900℃以上，吐丝后直接升温、保温，在此期间碳化物基本不会析出，所以在线固溶主要是晶粒回复、再结晶过程。经过在线固溶处理的奥氏体不锈钢比离线固溶的抗拉强度要高，晶粒要细，这是因为奥氏体不锈钢离线固溶时，在升温过程中，晶粒已开始回复，而且在固溶温度的保温时间较长，所以再结晶晶粒长得较大。
表3所示的第1种方式吐丝后直接水冷，奥氏体不锈钢线材基本没有晶粒再结晶过程，线材的抗拉强度较高，晶粒较细，不利于进一步深加工。第2种方式是吐丝后利用控冷辊道慢冷至600℃左右集卷空冷，晶粒得到一定程度的再结晶，达到了降低抗拉强度、改善性能的目的，可满足用户深加工的要求。经检验，经第2种方式处理后，没有发现碳化物在晶界析出，对耐晶问腐蚀性没有不良影响。据此，太钢采用延迟型控冷辊道对奥氏体不锈钢线材进行控冷处理来代替在线固溶，所得的线材性能较好。
2．3 奥氏体不锈钢线材酸洗工艺研究
2．3．1不锈钢氧化皮结构
不锈钢氧化铁皮难于酸洗主要与其结构及致密度有关。不锈钢氧化铁皮一般分为3层，最外层为Fe2O3，中间层为Fe3O4，内层为Cr2O3和尖晶石型FeO·Cr2O3，镍钢内层还有NiO，均很难溶于单一酸。氧化皮层与基体结合的牢固程度与Cr含量有关，Cr含量越高，氧化皮与基体结合越牢固，并且Cr2O3与尖晶石型氧化物的厚度越厚。一般钢材的氧化皮较疏松，甚至有裂纹及孔隙，而Cr2O3及FeO·Cr2O3是很致密的氧化物。
2．3．2不锈钢酸洗机理
对不锈钢氧化铁皮的酸洗，一种方法是将不溶于酸的低价铬氧化物转化成溶于酸的高价铬化物，低价铬化物被氧化成高价铬化物的氧化剂可以是HNO3、KmnO4、NaOH等；另一种方法是对氧化皮进行机械处理，如采用矫直、抛丸等方法使氧化皮疏松，再在酸中利用铁与酸反应生成的H 2将氧化皮剥离。
2．3．3 奥氏体不锈钢线材酸洗试验
由于太钢不锈钢线材酸洗工序不具备氧化皮预处理手段，因此决定采用直接酸洗方法。为此，在试验室进行了试验，表5为HF、HNO3、H2SO4、HCl、NaCl、KmnO4酸洗酸液的不同组合配比试验结果。
由表5可见，奥氏体不锈钢线材直接酸洗采用HF+HNO3效果最好，将不锈钢线材在室温下在该种酸液中直接浸泡，酸洗白化一起完成，表面生成钝化膜。但是HF及HNO3有挥发性，生成物NO2气体有刺激性气味，对环境污染较大，并且价格较高。
用H2SO4及HCl的单酸不能去除奥氏体钢的氧化皮，用混酸酸洗易过酸。
用KmnO4+NaOH对铬不锈钢进行处理，可使氧化皮易溶于酸，但其酸洗温度需在80℃以上，且在高温下KmnO4不稳定，不论是否与钢材接触均分解，放出O2，且析出MnO2沉淀，渣量大，生产中不易操作。另外，KmnO4工业来源少，因此不适宜钢铁企业应用。
所以太钢选用HF+HNO2进行奥氏体不锈钢线材的直接酸洗白化，酸洗后线材表面良好。
3太钢不锈钢线材生产情况
太钢是目前国内专业的不锈钢线材生产厂，经过10年的研制、摸索，产量由1997年的50t／a，发展到2006年的5万t／a；钢种由奥氏体类的二三个牌号，发展到目前的马氏体、铁素体和奥氏体系列近40个牌号；并可按国标、美标、日标等多种标准生产。
太钢不锈钢线材以铁水为原料，利用国际先进的三步法冶炼不锈钢，钢质优良，钢中的有害元素及氧、氢气体含量低，采用90t转炉加VOD冶炼，冶炼和检测装备技术先进，化学成分准确稳定。利用大钢锭和大方坯轧制，不锈钢线材内部组织致密，塑性良好，性能均匀，很好地满足了不同用户对产品的要求。
太钢不锈钢线材(盘条)生产系统通过了ISO9002—2003质量体系认证，产品荣获2004年国家实物质量金杯奖、山西省标志性名牌产品称号，产品已销往国内外。
4 结语
(1)太钢生产的奥氏体不锈钢线材，通过合理调整C、N、Ni、Mn、Cu等元素含量，提高了奥氏体的稳定性，改善了线材的冷加工性。
(2)用延迟型控冷辊道对奥氏体不锈钢线材进行在线控冷处理以代替固溶，使奥氏体不锈钢线材的性能达到满意效果。
(3)采用HF+HNO3对奥氏体不锈钢线材进行酸洗白化，酸洗后线材表面良好。
(4)太钢在不锈钢线材生产中，充分发挥了设备功能，形成了具有太钢特色的合理的工艺路线和稳定的批量生产能力。
客服电话0311-80927349 
客服传真0311-80927348 
客服邮箱gtjiacom@126.com
