一种长程辊底式固溶退火炉及利用其提高奥氏体不锈钢产品硅含量的方法
【专利摘要】本发明涉及一种退火炉及不锈钢制备方法，特别涉及一种长程辊底式固溶退火炉及利用其提高奥氏体不锈钢产品硅含量的方法。该方法包括以下步骤：（1）配料；（2）变速热穿孔：将不锈钢圆钢先进行剥皮，单边剥皮2-10mm，然后将棒料放入到加热炉中预热到930-980℃，待温度加热到1050℃～1100℃时，保温15～20min后出炉进行热穿孔；（3）冷成型：采用以轧为主，轧拔联合的加工工艺，将冷变形比控制在2.4-2.8，冷拔变形比控制在1.1-1.5；（4）无缝管固溶热处理：采用天然气氛的长程辊底式固溶退火炉，采用悬空式固溶，最终制得硅含量在3.5-4.5wt%。本发明可有效增强透热、使钢管充分固溶并能减少过热度，特别适合制备硝酸工业用强耐蚀高硅奥氏体不锈钢无缝管。
【专利说明】一种长程辊底式固溶退火炉及利用其提高奥氏体不锈钢产品硅含量的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种退火炉及不锈钢制备方法，特别涉及一种长程辊底式固溶退火炉及利用其提高奥氏体不锈钢产品硅含量的方法。
【背景技术】
[0002]硝酸是一种氧化性介质。奥氏体不锈钢在硝酸介质中极易形成Cr2O3纯化膜，发挥其优良的耐蚀性能。奥氏体不锈钢在硝酸介质中的破坏，主要是速度很低的均匀腐蚀和危险的晶间腐蚀两种形式。
[0003]在稀硝酸中(浓度低于68% )，处于完全固溶热处理状态的奥氏体不锈钢，耐蚀性尚好，一旦处于敏化状态(固溶热处理后的钢材遭受650°C左右温度的热影响)，极易发生危险性的晶间腐蚀破坏。公认的不锈钢晶间腐蚀经典理论认为，敏化状态时，晶粒间析出了富铬的碳化物，使晶界邻近区形成因铬含量降低至耐蚀性界限之下的贫铬区。
[0004]众所周知，普通Cr - Ni系奥氏体不锈钢具有良好的综合性能，例如0C18Ni9 (相当于AISI 304)，这些特性包括冷、热成型特性以及焊接特性等等，由于其较好的加工特性，因此，常规奥氏体不锈钢无缝钢管产品生产技术已经相对成熟。但是对于高硅奥氏体不锈钢来说，随着Si元素含量的提高，为了保证耐浓硝酸的强氧化性腐蚀，Si的含量已经在4~5%的范畴，正是由于Si的大量合金化，给高硅不锈钢的加工特性带来了根本的变化，尤其体现在冷、热成型特性方面。
[0005]Si元素的加入，一方面可有效增加奥氏体不锈钢在强氧化性酸中的钝化能力，减缓腐蚀的进一步进行，尤其是当奥氏体不锈钢中的Si含量超过4%时，还可以完全消除非敏化态晶间腐蚀；但另一方面，由于Si元素的大量加入，不可避免的会降低C在奥氏体晶格中的固溶度，造成碳化物析出，另外还会生成大量的硅化物、δ铁素体相等，这些有害脆性相在增加选择性腐蚀倾向的同时还会影响材料的冷、热加工特性。尤其是热加工特性，如:热穿孔环节，一旦工艺控制不当，会造成大量的裂纹而影响质量和成材率。由此可见，过高的Si含量，严重降低了高硅奥氏体不锈钢的加工性能，使材料的可控加工参数范围变得异常狭窄，因此，研究有效解决高硅奥氏体不锈钢材料冷、热成形问题非常重要。
[0006]发明人发现，在工艺成型中退火炉的结构对高硅奥氏体不锈钢的成型有重要影响。CN203346443 (2013-12-18)公开了一种用于双相不锈钢连续热处理实现快速冷却的装置，然而该装置不适于制备高硅奥氏体不锈钢，不能满足增强透热、使钢管充分固溶的要求。
【发明内容】
[0007]本发明的目的之一是提供一种可有效增强透热、使钢管充分固溶并能减少过热度的长程辊底式固溶退火炉。
[0008]本发明的目的之二是利用长程辊底式固溶退火炉提高奥氏体不锈钢产品硅含量的方法。
[0009]本发明的第一技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
一种长程辊底式固溶退火炉，采用辊底式结构，其所述退火炉包括依次相通的上料区、第一升温区、保温区、第二升温区、等温区、缓冲区和出料区；
所述上料区、升温区、保温区、升降区、等温区、缓冲区和出料区的底部均设置有炉辊，所述各区内的炉辊运行速度均独立调节；
所述炉辊的上方设置有保护气体通道，所述保护气体通道上设置有喷气孔；所述炉辊的下方设置有炉底加热丝；
所述上料区包括送料台和用于固定送料台且与所述送料台垂直的支撑架，所述送料台前端设置有与所述送料台相垂直的滑道，所述送料台的前部固定有挡料板，所述支撑架上还固定有用于将物料推送到所述升温区内的 推进气缸，所述送料台的两侧设置有挡板。
[0010]采用长程辊底式固溶退火炉，可控制各区的温控和炉辊运行，尤其是第一升温区的炉辊的保护气体通道和喷气孔的设置，能有效增强透热、使钢管充分固溶并能减少钢管的过热度。使用高压水提高冷却效果，迫使钢管在极短的时间内冷却，减少高温停留时间，以尽量减少有害相特别是硅化物的析出。
[0011]作为优选，所述第一升温区和保温区之间设置有第一气氛隔离区；所述第二升温区和等温区之间设置有第二气氛隔离区；所述第一气氛隔离区和第二气氛隔离区内均设置有保护气体冷却装置。
[0012]采用该方案可有效减少炉子整体的温度场梯度，减少过热度，使应力充分释放。中间热处理过程以及成品管的热处理过程都非常的重要，中间热处理过程和成品管的热处理都要避免出现局部温度过高或者是过低，在中间热处理过程中，合适的固溶温度和保温时间有利于减少应力水平，减少冷成形过程中亚缺陷的产生，产品管的热处理过程更加的关键，既要保证消除了材料内部的残余应力，还要保证合适的两相比例以及管子的表面质量。
[0013]作为优选，所述缓冲区和出料区之间设置有保护气氛冷却区。
[0014]采用该方案可进一步有效减少炉子整体的温度场梯度，减少过热度，使应力充分释放。
[0015]作为优选，所述升温区内设置有温控装置，所述温控装置包括热电偶丝、补偿导线、PLC控制面板和测温节点。
[0016]可更精确地控制升温区的温度控制。
[0017]作为优选，所述上料区与第一升温区之间设置有余热交换室以及余热交换室顶部上方的风机。
[0018]可进一步减少炉子整体的温度场梯度，减少过热度，使应力充分释放。
[0019]作为优选，所述送料台为梯子形状。
[0020]采用悬空式固溶，钢管静置于料架上，相对静止在热处理温度场中，减少钢管在高温下与炉辊的摩擦，提高钢管的表面质量。
[0021]本发明的第二技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
利用长程辊底式固溶退火炉提高奥氏体不锈钢产品硅含量的方法，包括以下步骤:
(1)配料:控制钢水中的硅含量为2.5-5wt%,出钢冶炼成不锈钢圆钢；
(2)变速热穿孔:将不锈钢圆钢先进行剥皮，单边剥皮2-10mm，然后将棒料放入到加热炉中预热到930-980°C，待温度加热到1050°C~1100°C时，保温15~20min后出炉进行热
穿孔；
(3)冷成型:采用以轧为主，轧拔联合的加工工艺，将冷变形比控制在冷轧2.4-2.8，冷拔变形比控制在1.1-1.5 ；
(4)无缝管固溶热处理:采用天然气氛的长程辊底式固溶退火炉，采用悬空式固溶，最终制得硅含量在3.5-4.5wt%。
[0022]不锈钢中的Si含量高达4~5%，正如上面分析的那样，较高的Si含量，必然降低C在面心立方奥氏体中的溶解度，造成碳化物偏析在晶粒边界，除了碳化物以外，还有大量的硅化物以及铁素体相等，这些脆性相的产生都会对材料的高温塑性指标造成影响，当材料发生大量变形时，这些脆性相成为了裂纹发生源；另外，这些脆性相的产生对温度特别敏感，例如材料在800°C附近停留，会有大量的碳化物以及硅化物析出，因此，严格的穿孔工艺参数控制显得尤为关键
在高温区保温时间不宜过长，一般控制在15~20分钟为宜，否则晶粒将会长大，钢的塑性降低，也将出现大量的裂纹，从而对材料的各种性能和之后进行的各种加工带来负面的影响，严重时将导致材料报废，进而增加生产成本。同时，在加热圆钢时，要做到四不出炉:即温度不到不出炉、温度偏高不出炉、温度不均不出炉、前支管坯未穿出不出炉，在热穿孔过程，做到勤翻 料，以保证棒料受热均匀，避免在圆钢的横截面上出现较大的温度梯度，除此之外，热穿孔容易发生Mo顶头粘滞现象。
[0023]采用以轧为主，轧一拔联合的冷成形加工工艺技术，工艺以冷轧变形为主，冷拔工艺为辅，增加钢管在冷加工工艺过程在厚度方向和长度方向上的交替、协同变形，达到了控制晶粒形状和晶粒度的目的。将冷变形比控制在冷轧2.6附近，冷拔变形比控制在1.3附近，可以获得理想综合性能指标。
[0024]为了保证奥氏体晶粒在临界温度以上动态回复的充分性，必须采用相对较慢的穿孔速度，但考虑到有害相的析出，又要保证终穿温度不低于930°C，可见这两者相互制约，正是这两个原因的共同作用导致了高硅系列材料加工的温度带变的相当狭窄，除此之外，在穿孔的过程中，还须要通过变速(减速)穿孔技术来控制钥顶头在穿孔过程中的温度升高，保证材料内表面不出现过热现象而导致开裂，一般来说，选取高硅系列的穿孔速率为普通奥氏体材料的4/5为宜。
[0025]同冷拔相比，冷轧工艺过程可获得较大的变形量，有利于细化穿孔后粗大的晶粒同时达到减少冷加工工序的目的，但是，仅采用冷轧变形是不科学的，在此基础上，还必须采用冷拔工艺加以辅助，增加钢管在冷加工工艺过程在厚度方向和长度方向上的交替、协同变形，以达到控制晶粒形状和晶粒度的目的。
[0026]综上所述，本发明具有以下有益效果:
1、可有效减少炉子整体的温度场梯度，减少过热度，使应力充分释放；
2、可有效增强透热，使钢管充分固溶，特别适合制备硝酸工业用强耐蚀高硅奥氏体不锈钢无缝管。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本发明长程辊底式固溶退火炉的示意图；图2是本发明长程辊底式固溶退火炉上料区的示意图；
图3是本发明升温区示意图；
图4是通过本发明长程辊底式固溶退火炉制备的高硅奥氏体不锈钢的晶粒度以及组织形貌图像；
图5是本发明热穿孔加热温度曲线图；
图6是本发明高硅奥氏体不锈钢的性能示意图；
图7是本发明含Si不锈钢耐腐蚀性能随Si含量提高有明显改善的结果示意图；
图8现有技术的奥氏体不锈钢晶界上铬析出的示意图。
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0029]如图1、图2和图3所示，长程辊底式固溶退火炉采用辊底式结构，退火炉包括依次相通的上料区1、第一升温区2、保温区3、第二升温区4、等温区5、缓冲区6和出料区7 ；上料区1、升温区2、保温区3、升降区4、等温区5、缓冲区6和出料区7的底部均设置有炉辊8，各区内的炉辊8运行速度均独立调节；为了进一步有效减少炉子整体的温度场梯度，减少过热度，使应力充分释放，上料区I与升温区2之间可设置余热交换室20以及余热交换室20顶部上方的风机201。 [0030]为有效增强透热、使钢管充分固溶并能减少钢管的过热度，在炉辊8的上方设置有保护气体通道9，保护气体通道9上设置有喷气孔91 ;炉辊8的下方设置有炉底加热丝
10;上料区I包括送料台11和用于固定送料台11且与送料台11垂直的支撑架12，送料台前端设置有与送料台11相垂直的滑道13，送料台11优选是梯子形状。送料台11的前部固定有挡料板14，支撑架12上还固定有用于将物料推送到第一升温区2内的推进气缸15，送料台11的两侧设置有挡板16。升温区2内设置有温控装置23，温控装置23包括热电偶丝、补偿导线、PLC控制面板和测温节点(未在图中示出)。缓冲区6和出料区7之间设置有保护气氛冷却区61。保护气氛优选是天然气。
[0031]为更精确地控制升温区的温度，第一升温区2和保温区3之间设置有第一气氛隔离区21 ;第二升温区4和等温区5之间设置有第二气氛隔离区22 ;第一气氛隔离区21和第二气氛隔离区22内均设置有保护气体冷却装置211。
[0032]图4是利用本实施例退火炉对钢管00Crl6Nil4Si4不锈钢、规格为Φ57Χ3πιπι的钢管处理后形成的高硅奥氏体不锈钢的晶粒度以及组织形貌图像。
[0033]实施例一
配料:控制钢水中的硅含量为2.5wt%,出钢冶炼成不锈钢圆钢；
变速热穿孔:将不锈钢圆钢先进行剥皮，单边剥皮不少于2mm，剥皮后的圆钢表面应光滑、无表面裂纹，然后将棒料放入到加热炉中快速预热到930°C，待温度加热到1050°C时，保温15min后出炉进行热穿孔；热穿孔加热温度曲线图见图5 ；
冷成型:采用以轧为主，轧拔联合的加工工艺，将冷变形比控制在2.4，冷拔变形比控制在1.1 ;
无缝管固溶热处理:采用天然气氛的长程辊底式固溶退火炉，采用悬空式固溶，最终制得硅含量在3.5wt%0高硅奥氏体不锈钢25X2的钢管经过上述一系列工艺措施严格控制以后的主要技术性能特点见图6.含Si不锈钢耐腐蚀性能随Si含量提高有明显改善的结果。见图7，生产挂片试验结果表明，含Si3.9~4.48%的钢(试验条件:温度85°C，硝酸浓度98%)，经2712h试验，腐蚀率和试验室结果无明显区别。
[0034] 实施例二
配料:控制钢水中的硅含量为5wt%，出钢冶炼成不锈钢圆钢；
变速热穿孔:将不锈钢圆钢先进行剥皮，单边剥皮10mm，剥皮后的圆钢表面应光滑、无表面裂纹，然后将棒料放入到加热炉中快速预热到980°C，待温度加热到110(TC时，保温20min后出炉进行热穿孔；
冷成型:采用以轧为主，轧拔联合的加工工艺，将冷变形比控制在2.8，冷拔变形比控制在1.5 ；
无缝管固溶热处理:采用天然气氛的长程辊底式固溶退火炉，采用悬空式固溶，最终制得硅含量在4.5wt%。
[0035]实施例三
配料:控制钢水中的硅含量为2.5-5wt%,出钢冶炼成不锈钢圆钢；
变速热穿孔:将不锈钢圆钢先进行剥皮，单边剥皮不少于2mm，剥皮后的圆钢表面应光滑、无表面裂纹，然后将棒料放入到加热炉中快速预热到950°C，待温度加热到1080°C时，保温ISmin后出炉进行热穿孔；
冷成型:采用以轧为主，轧拔联合的加工工艺，将冷变形比控制在2.6，冷拔变形比控制在1.4 ；
无缝管固溶热处理:采用天然气氛的长程辊底式固溶退火炉，采用悬空式固溶，最终制得硅含量在3.9wt%。
[0036]本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
【权利要求】
1.一种长程辊底式固溶退火炉，采用辊底式结构，其特征在于:所述退火炉包括依次相通的上料区(I)、第一升温区(2)、保温区(3)、第二升温区(4)、等温区(5)、缓冲区(6)和出料区(7)； 所述上料区(I)、升温区(2)、保温区(3)、升降区(4)、等温区(5)、缓冲区(6)和出料区(7)的底部均设置有炉辊(8)，所述各区内的炉辊(8)运行速度均独立调节； 所述炉辊(8)的上方设置有保护气体通道(9)，所述保护气体通道(9)上设置有喷气孔(91);所述炉辊(8)的下方设置有炉底加热丝(10)； 所述上料区(I)包括送料平台(11)和用于固定送料平台(11)且与所述送料平台(11)垂直的支撑架(12)，所述送料平台前端设置有与所述送料平台(11)相垂直的滑道(13)，所述送料平台(11)的前部固定有挡料板(14)，所述支撑架(12)上还固定有用于将物料推送到所述第一升温区(2)内的推进气缸(15)，所述送料平台(11)的两侧设置有挡板(16)。
2.根据权利要求1所述的一种长程辊底式固溶退火炉，其特征在于:所述第一升温区(2)和保温区(3)之间设置有第一气氛隔离区(21);所述第二升温区(4)和等温区(5)之间设置有第二气氛隔离区(22);所述第一气氛隔离区(21)和第二气氛隔离区(22)内均设置有保护气体冷却装置(211)。
3.根据权利要求2所述的一种长程辊底式固溶退火炉，其特征在于:所述缓冲区(6)和出料区(7 )之间设置有保护气氛冷却区(61)。
4.根据权利 要求3所述的一种长程辊底式固溶退火炉，其特征在于:所述第一升温区(2)内设置有温控装置(23)，所述温控装置(23)包括热电偶丝、补偿导线、PLC控制面板和测温节点。
5.根据权利要求4所述的一种长程辊底式固溶退火炉，其特征在于:所述上料区(I)与第一升温区(2)之间设置有余热交换室(20)以及余热交换室(20)顶部上方的风机(201)。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种长程辊底式固溶退火炉，其特征在于:所述送料台(11)为梯子形状。
7.一种利用权利要求1-6任一项长程辊底式固溶退火炉提高奥氏体不锈钢产品硅含量的方法，其特征在于包括以下步骤: (1)配料:控制钢水中的硅含量为2.5-5wt%,出钢冶炼成不锈钢圆钢； (2)变速热穿孔:将不锈钢圆钢先进行剥皮，单边剥皮2-10mm，然后将棒料放入到加热炉中预热到930-980°C，待温度加热到1050°C~1100°C时，保温15~20min后出炉进行热穿孔； (3)冷成型:采用以轧为主，轧拔联合的加工工艺，将冷变形比控制在2.4-2.8，冷拔变形比控制在1.1-1.5 ； (4)无缝管固溶热处理:采用天然气氛的长程辊底式固溶退火炉，采用悬空式固溶，最终制得硅含量在3.5-4.5wt%。
【文档编号】C21D1/26GK103981338SQ201410187631
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月6日 优先权日:2014年5月6日
【发明者】沈继勇 申请人:湖州华恒不锈钢有限公司