CN108705197B - 一种冷连轧生产线中铬铁素体不锈钢焊接及焊后退火工艺 - Google Patents

一种冷连轧生产线中铬铁素体不锈钢焊接及焊后退火工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种冷连轧生产线中铬铁素体不锈钢焊接及焊后退火工艺，属于铁素体不锈钢冷连轧生产线技术领域，解决断带事故的发生的技术问题。本发明包括以下步骤：（一）、冷连轧生产线中铬铁素体不锈钢的焊接工艺：采用CO2激光焊接并设置焊接工艺参数如下：激光功率为8~12kW，焊接速度为12.0~3.4m/min，焊缝间隙为0.10~0.33mm，送丝速度为1.13~10.58 m/min，退火功率为22.1~40.0 kW，将前后钢卷的头尾部焊接；（二）、焊接后退火工艺：经步骤（一）焊接后空冷2秒，然后采用上、下冷却喷管对焊缝的上下表冷却，冷却时间为2~7秒。本发明焊接完成后急速退火，减少焊缝组织中σ相的产生，同时减轻高温脆化现象，满足焊缝70%以上连轧机轧制变形率对于塑性韧性的要求，避免断带事故的发生。

Description

一种冷连轧生产线中铬铁素体不锈钢焊接及焊后退火工艺
技术领域
本发明属于铁素体不锈钢冷连轧生产线技术领域，涉及大功率快速焊接工艺和焊后急冷退火工艺，尤其涉及一种冷连轧生产线中铬铁素体不锈钢焊接及焊后退火工艺。
背景技术
不锈钢冷连轧生产线通过将前后钢卷头尾相连，实现连续化生产，完成带钢轧制后直接进行退火、酸洗、平整等一系列工序，同时焊缝需要直接进行轧制。对于焊缝的强度和塑性要求苛刻。采用CO2激光焊进行连接，采用常规感应加热的方式对焊缝进行去应力退火时，由于475℃脆化、σ相脆化和高温脆化三种脆化现象，尤其由于高温脆化的影响，脆性转变温度提高至室温以上，尤其在北方冬天车间温度降低至零下十几度的条件下，几乎会导致400 系不锈钢无法进行生产。
因此，急需一种克服或者缓解上述缺陷、提高焊缝质量的方法。
发明内容
本发明目的是通过设置合理的焊接工艺及采用急冷退火的方法，减少焊缝组织中σ相的产生，同时减轻高温脆化现象，满足焊缝70％以上连轧机轧制变形率对于塑性韧性的要求，避免断带事故的发生。
本发明通过以下技术方案予以实现。
一种冷连轧生产线中铬铁素体不锈钢焊接及焊后退火工艺，包括以下步骤：
(一)、冷连轧生产线中铬铁素体不锈钢的焊接工艺
采用CO2激光焊接方法进行焊接，采用镍基焊丝作为填充金属，其中焊接带钢的厚度范围为0.6mm～6.0mm，焊接钢板拼缝平行度公差最大值≤0.1mm，错边量≤0.05mm，根据焊接带钢的厚度由薄至厚设置焊接工艺参数如下：激光功率为8～12kW，焊接速度为12.0～3.4m/min，焊缝间隙为0.10～0.33mm，送丝速度为1.13～10.58m/min，退火功率为22.1～40.0kW，将前一卷带钢的尾部与下一卷带钢的头部焊接；
(二)、焊接后退火工艺
前一卷带钢的尾部与下一卷带钢的头部经步骤(一)焊接后空冷2秒，然后对焊缝的上下表面使用压缩空气或者水雾压缩空气喷射，根据焊接带钢的厚度由薄至厚设置冷却时间为 2～7秒，直至焊缝处的温度降低至40℃～50℃，完成前一卷带钢的尾部与下一卷带钢的头部的焊后退火与冷却。
进一步地，所述中铬铁素体不锈钢为430不锈钢，或者为443不锈钢，或者为436不锈钢。
进一步地，所述步骤(一)中焊接带钢的材质为430不锈钢，当0.6mm≤带钢厚度≤0.8mm 时，激光功率为8kW；0.8mm＜钢带厚度≤1.0mm，激光功率为10kW；1.0mm＜钢带厚度≤6.0 mm，激光功率为12kW。
进一步地，所述步骤(一)中焊接带钢的材质为430不锈钢，当0.6mm≤带钢厚度≤1.5mm 时，焊缝间隙为0.10mm；当1.5mm＜带钢厚度≤2.5mm时，焊缝间隙为0.15mm；当2.5mm＜带钢厚度≤3.0mm时，焊缝间隙为0.20mm；当3.0mm＜带钢厚度≤3.5mm时，焊缝间隙为0.25mm；当3.5mm＜带钢厚度≤5.0mm时，焊缝间隙为0.30mm；当5.0mm＜带钢厚度≤6.0mm时，焊缝间隙为0.33mm。
进一步地，所述步骤(二)中焊接带钢的材质为430不锈钢，当0.6mm≤带钢厚度≤2.0mm 时，冷却时间为2秒；当2.0mm＜带钢厚度≤4.0mm时，冷却时间为4秒；当4.0mm＜带钢厚度≤6.0mm时，冷却时间为7秒。
进一步地，所述步骤(二)中焊接带钢的材质为443不锈钢，当0.6mm≤带钢厚度≤2.0mm 时，冷却时间为2秒；当2.0mm＜带钢厚度≤4.0mm时，冷却时间为3秒；当4.0mm＜带钢厚度≤6.0mm时，冷却时间为5秒。
进一步地，所述步骤(二)中焊接带钢的材质为436不锈钢，当0.6mm≤带钢厚度≤4.0mm 时，焊缝力学性能好，不需要冷却；当4.0mm＜带钢厚度≤6.0mm时，冷却时间为3秒。
进一步地，所述焊缝为奥氏体与铁素体混合组织，其中铁素体的质量分数为20％-30％，焊缝及热影响区组织晶粒度不小于5级，焊缝平均抗拉强度不小于400MPa。
进一步地，所述步骤(二)中对焊缝的上下表面进行冷却时：采用上冷却喷管对焊缝的上表面进行冷却，所述上冷却喷管的中部设置为Ⅰ段冷却喷管，Ⅰ段冷却喷管的两侧对称设置有Ⅱ段冷却喷管，Ⅰ段冷却喷管的两端分别与Ⅱ段冷却喷管连通，Ⅰ段冷却喷管与Ⅱ段冷却喷管的连通处分别设置有电控阀；采用下冷却喷管对焊缝的下表面进行冷却，下冷却喷管单侧进气。
进一步地，所述Ⅰ段冷却喷管的长度为1300mm，气流流量为267.247m3/h；Ⅰ段冷却喷管与Ⅱ段冷却喷管的总长度为1650mm，Ⅰ段冷却喷管与Ⅱ段冷却喷管同时开启时标准气流量为1846.3m3/h；所述下冷却喷管的长度为1660mm，下冷却喷管上均匀布置有21只喷嘴，单只喷嘴的流量为21m3/h。
与现有技术相比本发明的有益效果为：
1、本发明将前后钢卷的头尾部焊接完成后急速退火，迅速降低焊缝温度至40℃-50℃以下可以直接触摸的温度，不会因焊缝温度过高烫坏后续带钢通道上胶辊，降低产线维护成本；
2、焊缝为奥氏体与铁素体混合组织，其中铁素体的质量分数为20％-30％，焊缝及热影响区组织晶粒度在5级以上，焊缝平均抗拉强度在400MPa以上；
3、焊缝检测显微硬度检测未退火焊缝中心硬度可达345.9HV，急冷退火后最高硬度可降低至270HV左右；
4、每吨中铬铁素体不锈钢利润以300元/吨计，每次厚规格断带处理用时至少4h，连轧线目前生产中铬铁素体不锈钢每小时至少3卷，每卷以20吨计，处理断带期间损失利润72000 元，每次断带炉子酸槽内至少会造成一卷过烧过酸导致的退废，每吨约损失1000元，一卷会导致20000元损失，估算每次断带点炉、灭炉天然气消耗及全线电机待机功耗造成15万元左右损失，每次断带至少损失242000元，以每月减少3次断带计，每年可减少损失至少242000*3*12＝871.2万元。
附图说明
图1为厚度为4.5mm的443不锈钢焊缝位置处显微组织形貌图。
图2为430不锈钢去应力退火前焊缝显微硬度检测曲线图。
图3为430不锈钢去应力退火后焊缝显微硬度检测曲线图。
图4为上冷却喷管主视结构示意图。
图5为上冷却喷管俯视结构示意图。
图6为下冷却喷管主视结构示意图。
图中，1为上冷却喷管，11为Ⅰ段冷却喷管，12为Ⅱ段冷却喷管，13为电控阀，2为下冷却喷管。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。
(一)、前后钢卷头尾部的焊接
采用CO2激光焊接方法进行焊接，采用镍基焊丝作为填充金属，本实施例中镍基焊丝具体为ERNiCr-3镍基焊丝，其中焊接带钢的厚度范围为0.6mm～6.0mm，焊接钢板拼缝平行度公差最大值≤0.1mm，错边量≤0.05mm，焊接工艺参数的设置以保证熔透、在低合金稀释率情况下保证焊丝与熔化母材金属充分混合同时以最小热输入焊接为方向，以430不锈钢为例，焊接工艺参数设置如下表所示：
Figure BDA0001649322750000031
Figure BDA0001649322750000041
通过上述焊接工艺参数，将前一卷带钢的尾部与下一卷带钢的头部焊接。
(二)、焊接后退火工艺
前一卷带钢的尾部与下一卷带钢的头部经步骤(一)焊接后空冷2秒，然后采用如图4至图6所示的上冷却喷管与下冷却喷管对焊缝上下表面使用压缩空气或水雾压缩空气喷射一定时间，加速其冷却降温，最大程度减少焊缝在400℃～800℃这个温度区间的停留时间，降低轧制过程中的形变抗力，顺利进行轧制。其中，上冷却喷管与下冷却喷管对称安装在激光焊机夹紧平台出口检查台前。下表为部分钢种退火冷却时间参数：
Figure BDA0001649322750000042
其中，在满足使用的条件下，为了更好地适应生产，降低压缩空气的消耗，上冷却喷管 1采用分段式控制，上冷却喷管1的中部设置为Ⅰ段冷却喷管11，Ⅰ段冷却喷管11的长度为 1300mm，标准气流量为267.247m3/h；Ⅰ段冷却喷管11的两侧对称设置有Ⅱ段冷却喷管12，Ⅰ段冷却喷管11的两端分别与Ⅱ段冷却喷管12连通，Ⅰ段冷却喷管11与Ⅱ段冷却喷管12的总长度为1650mm，Ⅰ段冷却喷管11与Ⅱ段冷却喷管12同时开启时标准气流量为1846.3m3/h；Ⅰ段冷却喷管11与Ⅱ段冷却喷管12的连通处分别设置有电控阀13。焊接1300mm以下的钢带时使用Ⅰ段上冷却喷管11，在焊接1650mm以下的钢带时，再一并开启Ⅰ段冷却喷管11与Ⅱ段冷却喷管12，这样在焊接宽度不同的钢带时，有效的节约了气量，降低了成本。另外，下冷却喷管2为单侧进气，下冷却喷管2的长度为1660mm，下冷却喷管2上均匀布置有21只喷嘴，单只喷嘴的流量为21m3/h。
退火冷却至焊缝处的温度降低至40℃～50℃，完成前一卷带钢的尾部与下一卷带钢的头部的焊后退火与冷却。
焊后检测焊缝，焊缝组织形貌如图1所示，焊缝为奥氏体与铁素体混合组织，铁素体占 20％-30％，焊缝及热影响区组织晶粒度在5级以上，焊缝平均抗拉强度在400MPa以上；如图2和图3所示，未退火焊缝中心硬度可达345.9HV，急冷退火后最高硬度可降低至270HV 左右。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种冷连轧生产线中铬铁素体不锈钢焊接及焊后退火工艺，其特征在于包括以下步骤：
（一）、冷连轧生产线中铬铁素体不锈钢的焊接工艺
采用CO2激光焊接方法进行焊接，采用ERNiCr-3镍基焊丝作为填充金属，其中焊接带钢的厚度范围为3.5mm~6.0mm，焊接钢板拼缝平行度公差最大值≤0.1mm，错边量≤0.05mm，根据焊接带钢的厚度由薄至厚设置焊接工艺参数如下：激光功率为12kW，焊接速度为3.4~5.7m/min，焊缝间隙为0.25~0.33mm，送丝速度为7.84~10.58 m/min，退火功率为30.5~40.0kW，将前一卷带钢的尾部与下一卷带钢的头部焊接；
（二）、焊接后退火工艺
前一卷带钢的尾部与下一卷带钢的头部经步骤（一）焊接后空冷2秒，然后对焊缝的上下表面使用压缩空气或者水雾压缩空气喷射，根据焊接带钢的厚度由薄至厚设置冷却时间为2~7秒，直至焊缝处的温度降低至40℃~50℃，完成前一卷带钢的尾部与下一卷带钢的头部的焊后退火与冷却；
所述步骤（二）中对焊缝的上下表面进行冷却时：采用上冷却喷管（1）对焊缝的上表面进行冷却，所述上冷却喷管（1）的中部设置为Ⅰ段冷却喷管（11），Ⅰ段冷却喷管（11）的两侧对称设置有Ⅱ段冷却喷管（12），Ⅰ段冷却喷管（11）的两端分别与Ⅱ段冷却喷管（12）连通，Ⅰ段冷却喷管（11）与Ⅱ段冷却喷管（12）的连通处分别设置有电控阀（13）；采用下冷却喷管（2）对焊缝的下表面进行冷却，下冷却喷管（2）单侧进气；
所述Ⅰ段冷却喷管（11）的长度为1300mm，气流流量为267.247m3/h；Ⅰ段冷却喷管（11）与Ⅱ段冷却喷管（12）的总长度为1650mm，Ⅰ段冷却喷管（11）与Ⅱ段冷却喷管（12）同时开启时标准气流量为1846.3m3/h；所述下冷却喷管（2）的长度为1660mm，下冷却喷管（2）上均匀布置有21只喷嘴，单只喷嘴的流量为21m3/h。
2.根据权利要求1所述的一种冷连轧生产线中铬铁素体不锈钢焊接及焊后退火工艺，其特征在于：所述中铬铁素体不锈钢为430不锈钢，或者为443不锈钢，或者为436不锈钢。
3.根据权利要求1所述的一种冷连轧生产线中铬铁素体不锈钢焊接及焊后退火工艺，其特征在于：所述步骤（一）中焊接带钢的材质为430不锈钢，当3.5mm≤带钢厚度＜4.0mm时，焊缝间隙为0.25mm；当4.0mm≤带钢厚度≤5.0mm时，焊缝间隙为0.30mm，当5.0mm＜带钢厚度≤6.0mm，焊缝间隙为0.33mm。
4.根据权利要求1所述的一种冷连轧生产线中铬铁素体不锈钢焊接及焊后退火工艺，其特征在于：所述步骤（二）中焊接带钢的材质为430不锈钢，当3.5mm＜带钢厚度≤4.0mm时，冷却时间为4秒；当4.0mm＜带钢厚度≤6.0mm时，冷却时间为7秒。
5.根据权利要求1所述的一种冷连轧生产线中铬铁素体不锈钢焊接及焊后退火工艺，其特征在于：所述步骤（二）中焊接带钢的材质为443不锈钢，当3.5mm＜带钢厚度≤4.0mm时，冷却时间为3秒；当4.0mm＜带钢厚度≤6.0mm时，冷却时间为5秒。
6.根据权利要求1所述的一种冷连轧生产线中铬铁素体不锈钢焊接及焊后退火工艺，其特征在于：所述步骤（二）中焊接带钢的材质为436不锈钢，当3.5mm≤带钢厚度≤4.0mm时，焊缝力学性能好，不需要冷却；当4.0mm＜带钢厚度≤6.0mm时，冷却时间为3秒。
7.根据权利要求1所述的一种冷连轧生产线中铬铁素体不锈钢焊接及焊后退火工艺，其特征在于：所述焊缝为奥氏体与铁素体混合组织，其中铁素体的质量分数为20%-30%，焊缝及热影响区组织晶粒度不小于5级，焊缝平均抗拉强度不小于400MPa。
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