冷轧工艺对不锈钢性能影响的探讨

李恩思

冷轧工艺主要运用于板材生产过程，通过控制加热的温度以及冷却条件来合理的控制轧制过程，通过改变一系列工艺参数来提高钢材的强度，使得钢材的焊接性能得到优化，并且增强韧性。在相关行业冷轧工艺可以进行更深层次的实践运用，这对于降低企业的成本支出，提高生产效率至关重要。通过对冷轧工艺深层次研究发现，该工艺可以使得不锈钢的显微组织和力学性能都得到相应的改变，对于冷轧机以及相应的工艺手段进行研究至关重要。

1 不锈钢行业的发展历程以及存在的发展问题

德国的克虏伯公司在1912年便开始了不锈钢的工业化生产，不锈钢具有优良的品质和特征，推广范围越来越大，其市场需求在逐渐的扩大化。50年代起美国的不锈钢产业迅速发展，70年代日本的不锈钢产量超过了美国位居世界第一。80年代以来东亚地区的不锈钢生产规模迅速发展。技术创新层出不穷，中国成为了不锈钢生产和使用大国位居世界第一。自2000年以来，中国的不锈钢的消费量在迅速的增长，年增长率达18%。生产规模增长率达35%，中国的不锈钢自给率逐渐提高。中国的不锈钢产能常年盘踞世界第一，先进产能占比超过80%。中国不锈钢产业的发展蓬勃迅速，现在已是世界最大的不锈钢进出口国。

国内的钢铁企业引进先进的生产工艺，并且进行消化和吸收，提高工艺创新水平。但是现阶段部分企业存在生产工艺落后，产品质量较差，同时生产成本较高等一系列问题。对于较为先进的冶炼——连铸——连轧机或炉卷轧机热轧——多辊冷轧工艺普及和推广工作仍然需要一定的时间，不锈钢生产存在着炉容量小，精轧比例低的问题，仍然采取单张热轧冷轧的方式，含镍不锈钢的生产比例需要进一步提高。产能不足的问题在近年来得到了解决，受国际大环境以及国内发展环境的影响，钢铁产能得到了控制。去库存，淘汰落后产能的工作还需要进一步加强。冷轧薄板、低碳和超低碳不锈钢的推广和普及工作需要进一步加强。完全取代奥氏体TI稳定化不锈钢仍需时日，在品种优化方面需要大力发展性价比更高的高氮低镍不锈钢。对于先进的生产工艺的使用和创新方面仍然需要提高。以冷轧工艺为例，需要在轧制生产、退火生产过程中加强质量控制，需要着重突出冷轧工艺对不锈钢性能影响的探索活动。

2 深入开展控压冷压工艺，对不锈钢性能影响试验探究活动

2.1 确定合理的实验方法

在开展冷轧工艺对不锈钢性能影响探索的过程中可以选择0.99mm厚的301不锈钢薄板，含碳量为0.09%，含硅量为0.51%，含锰量为1.05%，含磷量为%0.032，含硫量为0.003%，含铬量为16.15%，含镍量为6.1%含氮量0.06%，其余含量为含铁量。在轧机上对于该模板进行多道次的冷轧活动，所得出的钢板的厚度会发生变化，然后再截取试样，采用平行截取的方式来开展取样活动。运用HV-1000显微硬度仪测量硬度，还能够用显微镜来观察具体的组织。为了验证冷轧工艺对不锈钢力学性能的影响，可以考虑开展一些拉伸实验，在室温下进行。用DNS200微机控制的电子万能试验机来进行相关操作。拉伸活动可以将速度设置为一毫米每分钟。将301不锈钢薄板连需要压制的方向线进行切割，用维氏硬度计测量硬度，还可以开展一些衍射实验，利用射线衍射仪进行鉴定。在鉴定完毕之后回收数据进行分析。与实验研究相关的其他实验设备还有游标卡尺、千分尺、砂轮机、抛光机、锉刀。

2.2 讨论与结果

2.2.1 针对显微组织进行观察与讨论

在进行冷轧实验以后会收集样品，利用光学显微镜进行观察，可以得到具体的图片，看出诱导马氏体相变后的状况，对于数量形态、奥氏体相进行观察和比对分析，发现受到了较大的剪切应力和轧应力。冷轧后的样品出现了较大的α'-马氏体，主要成分为互相平行板条所组成的板条马氏体，含碳量相对较低。伴随着冷轧过程的持续，马氏体的核也会逐渐的变大，变形量增长，马氏体含量也在增长，原核会逐渐的消失。同时变形的量不相同马氏体的含量也就不相同。奥氏体的含量在不断的减小，衍射强度也和冷轧的变形量密切相关，当冷轧变形量超过30%时，会随着变形量的增加，使得衍射峰明显增强。如果相反，则会逐渐的减弱。拉伸效果和变形量不及冷轧。这些实验现象和分析活动可以为不锈钢板材加工硬化处理提供相应的支撑，为其机理研究提供理论依据。

2.2.2 针对力学性能进行观察与分析

经过分析和比较可以得知301不锈钢硬度在冷轧时和变形量之间的关系，经过拟合之后会形成相应的曲线，表达式为y=A2+（A1+A）/［1+e（x-xo）/dx］。此处的y为钼含量，X则为相应的读数，其他出现的4个量均为常数，表示不锈钢的材料组合。伴随着冷轧活动的进行，硬度随压下率的变大，而增大速度较快，当超过了35%的冷轧压下率后硬度增大的速度将会逐渐的缓慢，并趋近于极限饱和值。当超过35%以后，会使得金属组织中产生一些马氏体增加了相变的难度，使得相变速率进一步降低，错位密度增大，硬度会趋于饱和。301奥氏体不锈钢的硬化机理和304奥氏体不锈钢的硬化机理较为接近，都是在加工前期出现的，伴随着变形量的增大引发的速率也增大，后期则共同趋于平缓。形变诱导马氏体相变造成了加工组织的硬化现象。在塑性方面304要优于301，在初始阶段和冷压加工阶段则完全相反，经过一系列测试可知取冷轧时的变形量为50%，通过曲线图像可获得301不锈钢硬度数值为520HV，实际读取的304不锈钢的硬度值为477HV。奥氏体不锈钢母材拉伸工程应力-应变拟合曲线显示形变诱导马氏体相变为301不锈钢在挑选不同的加工工艺时硬度和强度不断增大的原因。进行进一步分析得知在开展冷轧活动时大部分奥氏体是在形变量为75%时完成的，转变再一次进行变形时会产生相变和变形，不断的生成马氏体。位错密度会增加导致变形，抗力增大，硬度强度增大，变化拉伸的工程应力应变曲线发现两者的加工效果相对较为接近。冷轧对于材料屈服强度的提高效果显而易见。经过冷压之后材料的塑性会降低。

3 加强冷轧不锈钢生产过程质量监督提高冷轧工艺对不锈钢性能的影响

在进行不锈钢生产过程中发现一般而言中间厚度的板材表面质量更加容易得到控制（此处厚度指1mm～2mm），但是厚板材和薄板材更加困难。厚板在压制的过程中压下率偏低，薄板的表面很容易产生压制错误，将异常物质压入其中。两种压制都有可能产生表面质量较差的问题。企业要不断提高生产效率，保障不锈钢性能。对于原料筛选、冷轧、退火、产品分割等各个工序有可能出现的缺陷要有相应的研究。在原料、轧制、退火、平整、产品化5个环节发生缺陷的比例分别为5%，45%，35%，10%，5%.轧制和退火是最重要的两道工序，也是最容易产生缺陷的两大行业，需要在这两个阶段进行质量管理。

3.1 在轧制生产过程中进行质量控制和管理

轧制活动具有操作难度高，现场调控难等诸多特点。速度道次、压下率、乳化液选择和施加、轧辊材质与表面精度都十分重要，都会对于不锈钢的性能产生重要的影响。首先是轧制速度，如果轧制的速度较高，那么经过轧制以后产生表面粗糙的概率就越大。速度如果过高，则退火之后材料表面可能会出现一些油斑，因此需要进行合理的控制。轧制的次数应当做到够量，轧制的道次越多则不锈钢表面的粗糙程度会越小，同时表面越光滑整洁，压下率越大，则冷压以后产品的表面粗糙程度就会越小。在控制压下率的过程中应当考虑到钢材材料以及设备的情况，压下率可以控制在40%～70%左右。压下率也并不是越大越好，如果偏大则会使得产品性能异向性，对于深度拉伸和加工操作十分不利。因此，需要开展多次轧制活动和退火操作，一般而言可以进行两次压制和退火，每次的压下率大概为40%～60%即可。乳化液的挑选也十分重要，这会对钢材的表面产生最直接的影响，稍有不慎可能会影响质量。乳化液的黏度如果越大，那么相对应的钢材的表面粗糙程度也就会越大，对于乳化液的粘稠程度应当进行及时的抽查，定期更换，确保乳化液的质量，不会对钢材的表面质量产生不良影响。工作辊的选择也较为重要，一般而言在冷轧活动中会选择合金钢辊和高速钢辊。高速钢压辊的粗糙程度要小于合金钢工作压辊，表面的粗糙程度越小越光滑，则压制之后的钢材的粗糙程度会越小，需要定期对于冷轧工艺中所用到的工作辊组进行保养和维修，确保运行正常，工作稳定。

在开展冷轧活动时，要对于其他的一些细节问题进行检查，加入优质垫子。当轧制速度下降以后要防止出现油斑。对于滚轮要进行多次维修，定期维护，对于二辊和三辊应当定期擦拭，加强张力控制，避免出现摩擦痕迹。对于较厚的不锈钢材料应防止出现垫子痕，在冷轧时的最后一道次不应当添加垫纸，在进行薄材轧制时需要在头部和尾部增加垫纸。对于工作辊应当做到定期更换，确定适宜的更换周期，根据不锈钢生产的具体情况以及冷轧的基本信息来确定换辊周期，对于工作状态中的辊要进行仔细检查，避免出现问题。不锈钢在经过冷轧以后需要经过退火环节，此时需要留出一些滞留时间，很有可能使得异物附着上去产生污染，此时可以适当的缩短冷却到退火的滞留时间，减轻污染或者防止污染。

3.2 加强退火环节的质量控制，提高不锈钢性能

不锈钢属于高合金钢，在进行不锈钢制作的过程中，需要利用冷冲压进行弯曲、拉伸、冲裁，再通过缩口剪切等诸多工艺形成零部件。在进行加工的过程中，如果出现硬化或者可加工性变坏的现象，需要采用退火的方式来进行处理，使得组织更加的软化和均匀，硬度降低，可以提高加工的效率。

退火环节对于提高不锈钢的性能，保障正常的生产有重要的作用。以奥氏体不锈钢为例，可以在1050℃～1150℃之间来进行退火，使得碳化物析出后重新的固溶，然后再次快速冷却到室温。冷却的速度较快时固溶的碳来不及和其他金属元素进行结合析出。此时可以有效的降低碳含量。连续退火是最为重要的环节之一，这是冷轧工艺效果能否得到保障的重要前提。

304不锈钢属于18-8系的奥氏体不锈钢，模型板材经过冷加工以后其性状会发生改变，从微观角度来看滑移面及晶界上将会产生大量的位错，导致点阵产生畸变，变形量越大则位错密度越高，内应力及点阵畸变越严重，塑性降低，也就是通常所说的加工硬化现象。如果继续进行便有可能断裂。因此在进行冲压之时需要进行软化退火（中间退火），从而达到降低硬度，恢复塑性的目标，然后再开展下一阶段的加工活动。

针对退火的温度要进行合理的设置，根据不同材料来进行温度区间的界定。304钢材的温度设置可以在1100℃左右，430钢材设置可以在900℃左右。温度相对较高则有可能提高生产的效率，但是对于生产设备的要求以及运行的速度也会更高，需要更加精准的来进行相关的操作。退火的温度和退火的速度有密切关系，根据设备的情况以及钢材的情况需要确定退火速度。较高的退火温度需要有较快的退火线速度。氧气浓度的控制也十分重要，在退火时炉内剩余氧气的含量对于钢材的氧化会有直接影响，对于酸洗效果也会产生影响。对于304钢材应当将氧气的浓度控制在3.5%～4%之间，此时铁皮生成量最低，对于退火的温度，氧气的浓度以及退火时的运行速度都进行相应的控制，可以进一步提高不锈钢生产的效率，使得冷轧工艺的运用更加的深入和高效。

4 加强机械设备研究，提高冷压工艺运用水平

在进行冷轧工艺对不锈钢性能影响探究的过程中，需要充分的认识到相关机械设备研究的重要性。在本文中以20辊可逆式冷轧机为例。该冷轧机的型号众多，在基本型号的基础上会衍生出诸多子型号。

4.1 20辊森基米尔冷轧机主要简介

森吉米尔冷轧机大多为单机架可逆式布置，灵活度较高，产品门类较为齐全，但是也有连续布置的该种机器。比如日本的森基米尔公司就在1969年设计了1270mm的4机架全连续式20辊森基米尔压机。森吉米尔冷轧机和其他类型压机的根本区别在于压制力的传递方向不同。森基米尔冷压机会从工作辊通过中辊传递到支撑辊装置，并且最终传到整体机架上。这种方式保证了机器整体的稳定性，辊的变形相对较小，可以保证较高的精确度。森基米尔轧机的结构性能较为全面，机架的钢度较大压制力会呈放射状作用在机架的各个断面之上，工作辊的直径相对较小，道次轧下率较大，有些材料不需要经过中间退火就可以压成较薄的带材。该系机器具有轴向径向滚型调整、轧制线调整等机构。产品的版型较好，精度较高，同时设备整体的质量较轻，外形尺寸小，所需要的投资量相对较小。

4.2 合理调整轧制线

在使用冷轧工艺以及相关的技术设备开展生产活动时需要调整轧制线。在压辊直径改变以后也应当进行调整调整装置，通常会设置在冷轧机靠上部位，悬挂在上横梁上，阶梯块的厚度可以设计为5mm或者10mm，根据滚轮直径的大小来调整阶梯快的位置。这可以可以达到微调的效果，提高控制精度，确保冷轧工作顺利进行。与此同时20辊森基米尔冷轧机的轧制速度相对较快。美国的ZR21—44型轧机轧制低碳钢的最大速度达到了1067米每分钟。通过合理的调整轧制线，可以进一步提高轧制的速度和精度，确保轧制活动顺利进行。

4.3 主传动机构控制

20辊可逆式冷轧机的主传动机构是其核心，由主马达来驱动齿轮分配箱，将相应的动力输出给主轴，传递给中间轴。20辊可逆式冷轧机下辊系的行程可以到20cm以上，主传动机构控制较为便捷，机构较为简单，在实际操作的过程中操作效率较高。工作辊的设计情况有很大的不同，因而主传动机构控制的方式略有不同。还可以在齿轮分配箱的输出端安装液力安全联轴器，从而防止过载，确保运行正常，使得机器的运转和维护更加的便捷与高效。

4.4 依托冷轧机主要特征开展维护与使用工作

20辊可逆式冷轧机具有可操作性强，便于维护等诸多特征。机架传统的闭口式牌坊，应力线长，开口度大，可以快速的打开处理相应的故障排除问题。在厚度控制方面相对较为便捷，动作响应度高，控制精度强，采取直接压下的方式。辊隙的调整较为简单，更换滚轮时速度较快，倾斜凸度加弯辊对于版型的控制能力相对较强，对于边缘部的调整更加的高效，灵敏度更高，在使用起来时操作会更加的便捷。部分冷轧机传动轴的强度不高，如果运行不当则很有可能产生安全隐患，如发生火灾。机架内油缸较多，运动的部件多，在协调起来时较为不易，操作维护方面有一定的困难。应根据冷轧机的主要特征来开展维护工作，保障冷轧活动顺利进行，对于不锈钢性能改进工作产生积极影响。

5 结语

总之，根据材料的成分、性能特征来选择合适的加工工艺，开展更加多样化的实践研究活动才能进一步提高冷轧工艺的发展速度，为实践应用活动注入源源不断的动力。为了进一步提高企业不锈钢产能，以及生产效率，应当通过引进更加先进的冷轧工艺，加强技术攻关，以及基础设施建设，运用更加多样化的方式来开展相关的探索活动。