CN106140813A

CN106140813A - 一种汽车排气系统用中铬铁素体不锈钢的冷轧生产方法

Info

Publication number: CN106140813A
Application number: CN201510130817.5A
Authority: CN
Inventors: 张志霞; 毕洪运; 李鑫; 刘春粟; 沈继程
Original assignee: Baosteel Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Baosteel Desheng Stainless Steel Co., Ltd.
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2015-03-24
Publication date: 2016-11-23

Abstract

一种汽车排气系统用中铬铁素体不锈钢的冷轧生产方法，其中冷轧步骤采用五连轧机组进行五个道次的连续冷轧，第1道次压下率为19～21％，第2道次压下率为34～36％，第3、4、5道次压下率之比为6～7:4～5:3，总压下率≥70％；冷轧后板厚度介于0.8～1.5mm之间。本发明钢的r值为1.5～1.8，屈服强度≥240MPa，抗拉强度≥415MPa，延伸率≥36％，粗糙度≤0.7μm，提高了钢的塑形应变比，提升了成形性能，粗糙度满足汽车排气系统使用条件，为排气系统用中铬铁素体不锈钢的工业化生产提供了一种新的工艺技术。

Description

一种汽车排气系统用中铬铁素体不锈钢的冷轧生产方法

技术领域

本发明属于中铬铁素体不锈钢冷轧板制备领域，具体涉及一种汽车排气系统用中铬铁素体不锈钢的冷轧生产方法。

背景技术

近几年随着我国汽车工业的快速发展，汽车排放等级化、为实现节能而提出的汽车减重等要求进一步提高。不锈钢材料特别是高性能的中铬铁素体不锈钢材料得到了广泛应用，用量也在逐年增加，其主要用于排气系统。

汽车排气系统用中铬铁素体不锈钢通常为冷轧板，20世纪50年代发展起来的往复式冷轧是目前不锈钢冷轧板带的主要生产方式，其原料一般为退火酸洗态热轧板坯。热轧板坯经过一定程度的冷轧变形获得了厚度很薄、尺寸精确、表面光洁和性能均一的冷硬态板带钢，再经过后续的热处理和精整就能使板带钢具有良好的力学性能和加工性能。

汽车排气系统用中铬铁素体不锈钢要求具有较好的成形性。排气系统零部件在冲压生产过程中因成形性不良容易产生各种起皱和开裂等缺陷，造成制件报废，不仅提高了制造成本，而且造成了材料浪费。与成形性有关的材料性能参数主要有：塑形应变比r、极限深冲比LDR、应变硬化系数n、强度、延伸率。r值高，越不易减薄，可满足零部件的冲压加工要求；LDR越高，成形性越好；n值越大，拉延能力越强，冲压性能越好；强度和延伸率越高，材料性能越好，越不易发生加工开裂等问题。通常认为，r值的主要影响因素是冷轧总压下率，较高的冷轧总压下率能使再结晶退火后的有利织构增强，有利于提高冷轧薄板的冲压成形性能。

现有往复轧制工艺生产的中铬铁素体不锈钢，r值一般在1.1～1.4之间，在加工成形过程中因成形性比较薄弱而发生的问题普遍比较多。此外，汽车排气管置于车辆底盘下，因此排气系统用铁素体不锈钢的表面粗糙度要求比外观用铁素体不锈钢的要求较低。外观用中铬铁素体不锈钢产品的粗糙度要求一般在0.3μm以下，汽车排气系统用中铬铁素体不锈钢的粗糙度值一般高于这个范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车排气系统用中铬铁素体不锈钢的冷轧生产方法，该方法生产效率高，且可大大提高钢的塑形应变比r值，提升合金的冲压性能，粗糙度满足用户要求，同时保证汽车排气系统业对强度、延伸率等力学性能要求，具体是：r值为1.5～1.8，屈服强度≥240MPa，抗拉强度≥415MPa，延伸率≥36％，粗糙度≤0.7μm，为排气系统用中铬铁素体不锈钢的工业化生产提供一种新的工艺技术。

为达到上述目的，本发明主要采用如下技术方案：

一种汽车排气系统用中铬铁素体不锈钢的冷轧生产方法，包括如下步骤：

1)冶炼、铸造

将炼钢原料熔炼，浇注，采用模铸或连铸铸造成铸锭或铸坯；

2)铸锭锻造

将铸锭进行锻造，加热到1100～1200℃后保温一段时间锻造，保温时间按1～3min/mm×铸锭厚度控制，终锻温度＞900℃；铸坯则不需要锻造；

3)锻坯或铸坯热轧

锻坯或铸坯进行热轧，加热温度为1100～1200℃，保温时间按1～3min/mm×坯厚控制，保温后轧制，终轧温度≥900℃，热轧板最终厚度为3.5～5.0mm；

4)热轧板退火、酸洗

退火温度为930～1000℃，退火时间按1～3min/mm×板厚控制，用硝酸和氢氟酸混酸酸洗；

5)冷轧

通过五连轧机组进行五个道次的连续轧制，控制各轧制道次的压下率，第1道次压下率为19～21％，第2道次压下率为34～36％，第3、4、5道次压下率之比为6～7:4～5:3，总压下率≥70％；冷轧后板厚度为0.8～1.5mm。

6)退火、酸洗

退火温度为930～1000℃，退火时间按1～3min/mm×板厚控制，用硝酸和氢氟酸混酸酸洗。

进一步，本发明步骤5)冷轧中第1道次到第5道次轧辊表面粗糙度依次为1.0～0.9μm、0.9～0.8μm、0.8～0.6μm、0.5～0.3μm、0.2～0.3μm。

又，步骤5)冷轧中从第1道次到第5道次的轧制速度依次为90～120m/min、130～160m/min、170～200m/min、220～250m/min、270～300m/min。

再，本发明所述中铬铁素体不锈钢的r值为1.5～1.8，屈服强度≥240MPa，抗拉强度≥415MPa，延伸率≥36％，粗糙度≤0.7μm。

本发明步骤5)采用五机架冷连轧的冷轧方式，与以往往复式轧制方式不同，本发明的五机架串联是在轧制时带钢顺序通过五个机架，一次性完成压下变形。

本发明步骤5)冷轧过程中通过控制各轧制道次的压下率和总压下率不低于70％，使成品板带的纵向断面(平行轧制方向)获得最大剪切应变幅值，以获得大的剪切应变能和大量的亚晶界，在冷轧后的退火过程中通过再结晶获得具有γ织构的退火组织。实践经验表明，γ织构越强，成形性越好。因此，本发明通过控制冷轧工艺，增加剪切应变来提高成形性。

本发明为了获得带钢的表面粗糙度≤0.7μm，冷轧工艺中轧辊表面粗糙度选用0.2～1.0μm，第1道次-第5道次轧辊表面粗糙度依次减小，依次为1.0～0.9μm、0.9～0.8μm、0.8～0.6μm、0.5～0.3μm和0.2～0.3μm。第1、2道次轧辊粗糙度大，可保证大的压下率，后面三道次带钢压下率减小，同时要求带钢表面光洁度高、板形好，因此，后面三道次轧辊粗糙度依次减小。

本发明钢板厚度介于0.8～1.5mm之间：本发明钢是应用到汽车排气系统领域，若材料厚度＜0.8mm，满足不了汽车使用要求；材料厚度＞1.5mm，材料太厚，导致成本增加和增加车身重量，对于汽车厂来说是不可接受的。

本发明步骤5)从第1道次到第5道次的轧制速度次为90～120m/min，130～160m/min，170～200m/min，220～250m/min，270～300m/min：轧制板材厚度越薄，对应的轧制速度越大，本发明需保证每道次轧制速度与对应板带厚度的乘积接近。

本发明利用数值模拟和实验相结合的手段，通过各道次压下率的分配调整及总压下率，最终获得r值为1.5～1.8的中铬铁素体不锈钢，成形性相对较高，粗糙度满足汽车排气管要求，并保证了n值、强度和延伸率等性能要求。

本发明的有益效果：

1)本发明采用五连轧冷轧工艺，控制各道次的冷轧压下率分配，获得钢板内部幅值高的且在钢板厚度方向上均匀的剪切应变，高的剪切应变可获得大的剪切应变能和大量的亚晶界，有利于退火后形成成形的组织和晶粒取向，即织构越强。由于钢中沿厚度方向应变的高低最终决定冷轧产品的成形性。因此，本发明在不改变成分体系的前提下，通过冷轧工艺控制获得高的成形性，同时降低了生产成本。

2)与传统往复式轧制生产工艺相比，五连轧生产的产能是其2～3倍，工艺成本仅是其50～70％，每吨钢可节省成本至少几百元。本发明在满足用户对汽车排气系统用钢加工和使用要求的同时，降低了生产成本，提高了钢厂的生产效率和成材率。

附图说明

图1为本发明实施例1的退火板带晶粒组织。

图2为对比例1的退火板带晶粒组织。

图3为本发明实施例1钢板在冷轧后纵向断面剪切应变。

图4为对比例1钢板在冷轧后纵向断面剪切应变。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

本发明以4.0～5.0mm板坯连续冷轧1.0～1.2mm厚板带为例。表1为本发明实施例1-5和对比例1的化学成分，具体制造方法如下：

首先将炼钢原料采用电炉熔炼，连铸成200mm铸坯；铸坯于1100～1130℃保温，保温时间按1min/mm×坯厚计算，保温后开始轧制，终轧温度控制在900℃以上。

热轧后退火酸洗，退火温度960～970℃，退火时间按1min/mm×板厚，用硝酸和氢氟酸混酸酸洗；冷轧后退火酸洗，退火温度960～970℃，退火时间按1min/mm×板厚，用硝酸和氢氟酸混酸酸洗。

冷轧装备采用五连轧机组，带乳化液轧制，轧制速度从第一道次到第五道次，依次为90～120m/min、130～160m/min、170～200m/min、220～250m/min、270～300m/min。轧辊表面粗糙度控制在0.2～1.0μm，从第一道次到第五道次粗糙度依次减小，分别为1.0～0.9μm、0.9～0.8μm、0.8～0.6μm、0.5～0.3μm、和0.2～0.3μm，实施例1-5的冷轧生产工艺如表2所示。

对比例1钢的冷轧方式采用传统二十辊往复式轧制，其他制造方法同实施例，对比例1的二十辊往复式冷轧工艺如表3所示。

实施例1的冷轧退火板纵向晶粒组织如图1所示，对应的晶粒度为7级。对比例1的晶粒组织如图2所示，晶粒度为6.5级。

由图1、图2可知，本发明五连轧生产的钢比对比例1二十辊生产的钢晶粒更细小、更均匀，这是由于本发明钢在冷轧过程中内部形成的形变储能和剪切应变更大。因此，本发明再结晶形核率高，退火后晶粒更细，在厚度方向上晶粒大小也很均匀。

实施例1和对比例1钢板在冷轧后纵向断面剪切应变分别如图3、图4所示。由图3、4可知，实施例1对应的板坯纵向断面上能够形成贯穿板厚、幅值较大、分布规律的剪切应变环，且剪切应变幅值高于对比例1，高的剪切应变可以在获得大的剪切应变能和大量的亚晶界，在冷轧后的退火过程中获得有利的再结晶组织和晶粒取向，从而提高成形性能。

实施例1-5与对比例1对应冷轧退火板的力学性能、成形性和粗糙度指标如表4所示。表4中，R_p0.2为屈服极限、R_m为强度极限、n为应变硬化指数、r为塑性应变比、A为延伸率、LDR为极限深冲比。由表4可知，按本发明工艺冷轧后的退火板带r值高出0.4～0.6，延伸率高出2～3％，LDR高出0.1，强度和n值与对比例1相当，且粗糙度介于0.4～0.7μm之间，满足汽车排气系统用钢的使用要求。因此，本发明生产的钢材性能指标良好，工艺成本低，生产效率高。

表1实施例和对比例的化学成分单位：wt，％

表2

表3

表4

	R_p0.2/MPa	R_m/MPa	A₅₀/％	n(5％-15％)	r(15％)	粗糙度/μm	LDR
								实施例1	265	445	39	0.25	1.8	0.4	2.3
实施例2	263	430	38	0.25	1.7	0.5	2.3
								实施例3	282	461	39	0.24	1.6	0.4	2.3
实施例4	269	446	38	0.24	1.7	0.6	2.3
								实施例5	265	444	39	0.25	1.7	0.7	2.3
对比例1	268	434	36	0.24	1.2	0.25	2.2

Claims

1.一种汽车排气系统用中铬铁素体不锈钢的冷轧生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)冶炼、铸造

将炼钢原料熔炼，浇注，采用模铸铸造成铸锭或连铸铸造成铸坯；

2)铸锭锻造

将铸锭进行锻造，锻造温度为1100～1200℃，保温时间按1～3min/mm×铸锭厚度控制，终锻温度＞900℃；

3)锻坯或铸坯热轧

锻坯或铸坯进行热轧，加热温度为1100～1200℃，保温时间按1～3min/mm×坯厚控制，保温后轧制，终轧温度≥900℃，热轧板最终厚度介于3.5～5.0mm之间；

4)热轧板退火、酸洗

5)冷轧

采用五连轧机组进行五个道次的连续轧制，第1道次压下率为19～21％，第2道次压下率为34～36％，第3、4、5道次压下率之比为6～7:4～5:3，总压下率≥70％；冷轧后板厚度介于0.8～1.5mm之间；

6)退火、酸洗

2.根据权利要求1所述的冷轧生产方法，其特征在于，步骤5)所述第1道次-第5道次轧辊表面粗糙度依次为1.0～0.9μm、0.9～0.8μm、0.8～0.6μm、0.5～0.3μm、0.2～0.3μm。

3.根据权利要求1所述的冷轧生产方法，其特征在于，步骤5)所述第1道次-第5道次的轧制速度依次为90～120m/min、130～160m/min、170～200m/min、220～250m/min、270～300m/min。

4.根据权利要求1-3任一项所述的冷轧生产方法，其特征在于，所述中铬铁素体不锈钢的r值为1.5～1.8，屈服强度≥240MPa，抗拉强度≥415MPa，延伸率≥36％，粗糙度≤0.7μm。