不锈钢光亮退火 不锈钢管退火

1　不锈钢光亮退火的工艺目的及对炉子的要求

1.1　消除加工硬化获取满意的金相组织
　　光亮退火炉主要用来进行不锈钢在保护气氛下的成品热处理。当使用性能要求不同时，对光亮退火后金相组织的要求就不同，光亮热处理的工艺也不同。
　　300系列奥氏体不锈钢典型的热处理工艺是固溶处理。

在升温过程中使碳化物溶入奥氏体，加热到1050～1150℃，适当保温一段短时间，使碳化物全部溶解于奥氏体，然后迅速冷却到350℃以下，得到过饱和固溶体即均匀的单向奥氏体组织。这一热处理工艺的关键是快速冷却，要求冷却速度达到55℃/s，快速通过碳化物固溶后的再析出温度区(550～850℃)。保温时间要尽量短，否则晶粒粗大，影响表面光洁度(见图1)。

图1　奥氏体不锈钢板光亮退火工艺示意(连续炉)
材料AISI304，钢带截面　600mm×0.5mm

400系列铁素体不锈钢加热温度比较低(900℃左右)，并较多采用缓冷获得退火软化组织。马氏体不锈钢采用退火方式，还可采用分段淬火再回火的方式处理。
　　从上述可知300系列与400系列不锈钢在热处理制度上差异很大，要想获得合格的金相组织，就要求光亮退火炉的冷却段设备有很大的调节余地。所以，现代先进的光亮退火炉，在其冷却段往往采用强对流冷却，设三个冷却段，可单独调节风量。沿带钢的宽度方向又分三个区段，通过风量导流调节带钢宽度方向的冷却速度，控制板型。
　　不锈钢冷轧带钢热处理的另一关键问题是要求整根带钢在宽度、长度上组织都很均匀。马弗式光亮退火炉采用大尺寸马弗管，从马弗管外部均匀地组织加热气流螺旋式环绕而过，使带钢均匀加热。而要确保带钢沿长度方向的组织均匀，就要保持带钢在加热炉中的线速度不变。所以，在现代立式光亮热处理炉前后都装有可精密调整的辊式张力调整装置。它不但要使带钢进出口速度满足热处理速度的要求，不受活套量空套或满套的影响，而且要根据带钢的板型情况建立并精密调整带钢小张力，满足板型的要求。
1.2　获得无氧化光亮的表面
　　光亮退火，是在H₂保护气氛下对带钢进行热处理。要达到BA板的要求，必须非常严格地控制炉内保护气氛，尽量避免氧化。
　　H₂保护气氛下氧化是怎样发生的呢?
　　不锈钢带的主要合金成分有Fe、Cr、Ni、Mn、Ti、Si等。图2表示在退火温度范围内，保护气体H₂露点的变化与各类元素氧化的关系。由图可以看出，在氢保护气氛中，Fe、Ni的氧化不是主要问题。但Cr、Mn、Si、Ti的氧化区间恰好在加热温度范围内。正是这些合金元素的氧化影响了带钢的表面光亮度。特别是铬的氧化使带钢表面脱铬，会降低不锈钢的耐蚀性。但由图2可以看出，当Cr含量在17％～18％、Ti含量在0.5%时，H₂露点必须低于－60℃，才能避免Cr、Ti在800C～1150℃加热区间内的氧化。

图2　氢保护气氛的露点和温度对
合金元素氧化的影响

　　所以，光亮退火炉对保护气体H₂及充填气体N₂提出了严格的纯净度、残余氧及露点要求。见表1。

表1　光亮退火对氢气和氮气的要求

此外，在炉内如何保持保护气体的纯净度也是关键问题。就这一点来说，马弗罩密封性好，又不会发生如电加热炉体材料对保护气氛的污染，提供了较纯净的环境空间。加之，立式炉的带钢出入口都位于炉子的最下部，炉压稳定，因而与卧式炉相比，空气进入的危险小得多^［3］。但光亮退火炉的进出口密封箱、带钢运送段、张力调节辊及炉顶导向辊箱都应确保达到百万分之几(ppM级)的密封要求，使氧气、水汽不能进入，保护气体不能泄出。
1.3　获得良好的板型避免擦伤
　　为了获得良好的板型，避免擦伤，除了要使加热、冷却过程均匀合理之外，还要建立带钢精密可调的小张力。
　　对于这一要求，立式光亮退火炉明显优于卧式光亮退火炉。
　　由图3示意，取带钢在加热段两辊支点间距离L＝15m，则两种炉内带钢承受的单位张力T为

图3　立式和卧式炉中的张力示意

　　立式炉T_立＝g×L＝7.9×15
　　得　T_立＝1.2N/mm²
　　卧式炉
　　T_卧＝3.7N/mm²
　　即　
　　式中：g为带钢重度，取g＝7.9t/m³
s为带钢下垂量，取s＝0.6m
　　为了减小带钢的张力，在卧式炉中不得不增加一对耐热石墨辊，但石墨辊价格比较贵，且带钢在张力较大的情况下与石墨辊接触，擦伤增加。而在立式炉中，带钢处于带小张力的悬垂状态，板型好，擦伤小。

2　建设立式光亮退火炉需注意的相关问题

2.1　马弗罩的蠕变与处理
　　马弗罩在长期高温状态下会蠕变延伸。结构上把马弗罩吊在炉顶上，处于悬挂状态，罩下部用水圈密封，不固定，允许一定的蠕变量。蠕变累积到一定量，移去水封，用专用的等离子切割机把马弗罩下沿割去一段。约半年切割一次。切割操作要求比较高。对其专用设备、操作空间及结构、操作可靠性要充分重视。
2.2　立式炉的安全维护
　　炉子以氢气为保护气体。密封要求达到10^－6次方级。微量的空气漏入也会破坏保护气氛，造成带钢氧化。一旦氢气泄漏，上升堆积在塔式建筑结构内会十分危险。所以要采取万无一失的措施，确保安全。为此，炉子必须具备下述手段：在钢带进、出口的密封装置旁配备火焰探测器；炉况监视(温度、压力)系统；氮气清扫装置及自动应急措施；氢气压力监控设备及自动应急措施；设备的消防灭火装置及自动应急措施；建筑物的消防灭火、强制排风措施；消防报警中心。
　　立式光亮热处理炉本体约45m高。对立式炉的设备运行监控，要提供足够的仪表通讯手段。立式结构也带来某些维护难度，如清灰问题，解决不好掉在钢板表面就是废品。
2.3　马弗罩的更换
　　炉子本体高约45m，马弗罩长约16m，使用寿命约4年。马弗罩更换时，需从炉顶抽出，提升高度估计在65m左右。需要相应的塔吊和操作运转空间。对此，在厂房设计、平面布置时都要充分考虑。
2.4　厂房配套
　　为立式炉配套的厂房呈局部高塔状。为了保证带钢的张力均匀、板型好、运行顺利，设备安装精度要求很高。因而基础不均匀沉降量要严格控制。厂房日常维护检修所需的大高度起吊吊车、电梯、消防、强制通风等措施都要配套到位。
2.5　设备的维修与配件
　　立式光亮退火炉的技术要求高，设备制造商对设备维修和备件供应要求很严，其中一部分设备维修及备件供应只提供服务和供货，不提供图纸，价格不菲。所以，在合同谈判时就要同时落实备件及设备维护的有关条件。

3. 结束语

(1)带马弗罩的立式光亮退火炉，是生产BA板的关键设备。对其要求是：
　　1)带钢加热、冷却温度要均匀，使带钢宽度方向金相组织一致。

　　2)炉子的加热、冷却段具备大范围的温度调节余地，以适应各品种不锈钢带金相组织的要求。
　　3)炉子应配备精密可调的辊式张力调整装置，以保证带钢在炉内速度不变，沿长度方向组织均匀，板型好。
　　4)对炉内保护气体露点、纯净度的要求及对炉子密封性能的要求是确保BA板表面光亮度的关键。
　　(2)建造马弗罩立式光亮退火炉必须考虑：马弗罩的蠕变、维护与更换；采用氢保护气体的安全应急措施；立式炉结构带来的厂房基础，设备维护等相关问题。

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