冷轧工艺对不锈钢性能的影响

冷轧工艺对不锈钢性能的影响

陶晓文   彭洲

广东广青金属科技有限公司   邮编: 529500

摘要：不锈钢是一种在各类工业应用中不可或缺的材料，尤其在抵抗腐蚀方面展现出独特价值。在不锈钢生产过程中，冷轧技术是常用的方法，可以有效调整不锈钢的物理及机械特性。本文主要分析了冷轧工艺对不锈钢性能的影响，并提出了提升不锈钢性能的措施。

关键词：冷轧工艺；不锈钢；性能；影响

冷轧技术主要应用于钢板生产，通过精确控制加热温度和冷却速率，能有效地调节轧制操作，不仅提升钢材强度，还可以优化焊接特性并增强其韧性。在多种行业中，深入应用冷轧技术对于减少生产成本并提升生产效率极为关键。对此，应通过试验分析冷轧工艺对不锈钢性能的影响，从而为不锈钢生产提供有力支持。

一、冷轧工艺对不锈钢性能影响的试验方法

在分析冷轧工艺对301型不锈钢薄板性能的影响时，选用0.99mm厚样板，其化学成分包括0.09%的碳、0.51%的硅、1.05%的锰、0.032%的磷、0.003%的硫、16.15%的铬、6.1%的镍和0.06%的氮，其他成分为铁。实验中，不锈钢薄板在轧机上进行多次冷轧，使厚度有所减小。完成轧制后，采用平行切割法从轧制板材中截取试样，以便进行后续的性能测试。硬度测量是评估冷轧影响的重要方法，可使用HV-1000显微硬度仪进行硬度测试，精确地确定材料硬度变化。此外，采用显微镜对材料的微观组织进行观察，以揭示冷轧过程中晶粒结构的变化及其对材料性能的具体影响。

为了全面评估冷轧对301型不锈钢的力学性能的影响，在室温条件下进行拉伸测试，，使用DNS200微机控制的电子万能试验机，设定拉伸速度为每分钟一毫米，确保试样的轧制方向与拉伸方向一致。硬度测试通过维氏硬度计进行，以补充显微硬度仪的结果，提供更全面的硬度数据[1]。进一步的材料表征可通过射线衍射仪进行，以分析材料的晶体结构，从而提供冷轧工艺对材料晶体结构的影响信息。实验结束后，对收集到的所有数据进行详细分析，以定量评估冷轧工艺对不锈钢性能的具体影响。

二、试验结果

1、显微组织分析

在对冷轧301不锈钢样品进行显微组织观察时，通过光学显微镜的细致分析，揭示其内部结构的显著变化。实验中，显微观察主要集中于马氏体的相变以及其数量和形态变化。冷轧过程引起的剪切应力和轧应力对奥氏体相造成显著影响，导致马氏体相增多。具体观察到α'-马氏体显著增加，主要表现为互相平行的板条结构，其碳含量相对较低。此种结构出现指示冷轧过程中材料的硬化现象。随着冷轧程度加深，马氏体的核心逐渐增大，变形量也随之增加，马氏体的总量相应上升[2]。原先的核心结构会逐步消失，新的马氏体结构形成，其变形程度与马氏体含量之间显示出明显的相关性。奥氏体相的含量在持续冷轧过程中逐渐减少，此变化在X射线衍射分析中也得到了证实。当冷轧变形量达到或超过30%时，衍射峰的变化明显，随着变形量进一步增加，衍射峰强度增强；相反，如果变形量减少，则衍射峰相应减弱，不仅显示了组织结构变化，还反映出物质内部晶体结构的应变情况。

2、力学性能分析

通过实验分析，得出与变形量相关的硬度变化规律。硬度与变形量之间的关系可以通过拟合函数 y = A2 + (A1 + A) / [1 + e(x - xo)/dx] 描述，其中x代表变形量，y代表硬度值，A1、A2、A、xo和dx为常数，分别表示材料的特性参数。

实验结果表明，随着冷轧压下率增加，301不锈钢的硬度迅速增加。尤其是当压下率超过35%后，硬度增长速度开始减缓，最终趋近于一个极限饱和值。这一现象与金属内部马氏体相变的难度增加有关，相变速率降低，错位密度增加，导致硬度增长趋于饱和。通过对比，发现301和304型奥氏体不锈钢在加工初期的硬化机理类似，都是随着变形量增加而硬度增大，但在后期则趋于平稳。在塑性方面，尽管304不锈钢在初始阶段和冷压加工阶段的表现优于301不锈钢，但当变形量达到50%时，通过实验得出301不锈钢的硬度为520HV，而304不锈钢则为477HV。由此表明冷轧工艺对301不锈钢硬度提升的显著效果。奥氏体不锈钢母材的拉伸工程应力、应变拟合曲线进一步验证了形变诱导马氏体相变是301不锈钢硬度和强度增加的主要原因。在大部分奥氏体转变为马氏体的形变量为75%的情况下，再次进行变形会产生新的相变和错位增加，从而引起硬度和强度提升。此外，冷轧过程显著提高了材料的屈服强度，但同时也降低了材料塑性，由此表明在设计冷轧工艺时，需要仔细考虑材料的硬度、强度和塑性之间的平衡，以达到最优的材料性能。

三、提高冷轧不锈钢性能的措施

1、轧制生产过程质量控制

在冷轧不锈钢生产过程中，精确的质量控制是提升产品性能的关键。首先应控制轧制速度，保持在优化的范围内以保证表面质量，降低产品表面粗糙度，避免油斑产生[3]。推荐的压下率应在40%至70%之间，避免过高的压下率导致产品性能的异向性影响深度拉伸和加工操作效率。合适的乳化液可以有效减少钢材表面的粗糙度，对此，需要定期检查乳化液的粘稠度并及时更换以维持其性能。采用高质量的工作辊，尤其是选择高速钢辊相较于合金钢辊，以减少产品的表面粗糙度。冷轧过程中还需要注意增强张力控制，避免因轧制速度下降而出现油斑，定期对轧机辊进行清洁保养，防止摩擦痕迹和垫子痕出现。

2、加强退火环节质量控制

在退火操作中，确保适当的温度和速度至关重要。对于奥氏体不锈钢如304型，退火通常在1050°C至1150°C之间进行，目的是通过快速冷却避免碳与其他金属元素的结合，从而有效降低材料碳含量[4]。而且，合适的退火温度还有助于消除内应力，减少位错密度，改善材料塑性，减轻加工硬化现象。对于不同类型的不锈钢如430型，退火温度通常设定在900°C左右，高退火温度要求快速的线速度以避免材料过度氧化。同时，也要对炉内氧气浓度优化控制，尤其是对于304型钢材，推荐将氧气浓度维持在3.5%至4%之间，以确保最小的铁皮生成，从而优化酸洗效果。

3、科学调整轧制线

在提高冷轧不锈钢性能的过程中，对轧制线合理调整非常关键[5]。轧机在进行轧制作业时，压辊直径变化后，必须相应调整悬挂系统和阶梯块的位置，这些块一般设置厚度为5mm或10mm。通过微调以精确控制压辊的位置，从而确保轧制精度及产品均匀性。轧制线速度优化也是提升轧制效率的重要方面，例如美国ZR21-44型轧机在轧制低碳钢时的最大速度可达1067米每分钟，展示出高速轧制的潜力。在国内生产中，也可引入类似的高效轧机技术，显著提升生产线速度，同时保持或提高冷轧不锈钢质量。

结语

    综上可知，不锈钢性能的提升对于工业生产有着重要意义。因此，在未来发展中，相关企业应明确冷轧工艺对不锈钢性能的影响，并积极探究提升冷轧不锈钢性能的措施，为不锈钢生产品质提升提供坚实基础。

参考文献

[1]李恩思. 冷轧工艺对不锈钢性能影响的探讨[J]. 中国金属通报, 2022, (05): 159-161.

[2]陈安忠, 王长波, 王珂, 任娟红, 高仁强. 冷轧工艺对443铁素体不锈钢抗皱性能影响[J]. 中国冶金, 2021, 31 (02): 84-89.

[3]刘后龙, 刘玲玲, 李兴, 陈礼清. 冷轧工艺对铁素体不锈钢成形性能的影响[J]. 东北大学学报(自然科学版), 2019, 40 (08): 1099-1104.

[4]刘玲玲. 轧制和退火工艺对铁素体不锈钢组织和性能的影响[D]. 东北大学, 2019.

[5]李京筱. 冷轧工艺对301L不锈钢组织及性能的影响[D]. 西华大学, 2018.