一种提高 430 铁素体不锈钢深冲性能的退火工艺 【技术领域】
本发明属于金属材料热处理领域， 特别涉及一种提高 430 铁素体不锈钢深冲性能 的退火工艺。背景技术
430 铁素体不锈钢 (1Cr17) 由于基体中不含镍， 价格相对便宜， 又具有优良的耐腐 蚀性能， 因此得到广泛应用， 其主要应用于装饰材料、 户外宣传广告栏、 电子产品、 餐具、 筛 网、 燃烧器、 建筑装饰件、 家庭用器具及家电部件。由于 430 铁素体不锈钢精密薄带是常用 的冲压材料， 该材料在冷加工过程中， 尤其是某些深冲过程中， 由于显著的加工硬化和残余 应力， 易出现粘模、 起皱、 破裂现象， 使成品率降低， 成为实际生产中普遍存在的一个技术难 题。
430 铁素体不锈钢精密薄带的成品是由热轧酸洗板经冷轧、 光亮退火和平整三个 工艺的加工而成。 其中， 光亮退火主要起消除内应力、 降低硬度、 恢复塑性的作用， 其对深冲 性能起着决定性作用。材料的机械性能对其冲压性能有着极其重要的作用， 而机械性能主 要由组织结构所决定， 尤其是晶粒度和织构。粗晶组织在延伸率和塑性方面远不及细晶组 织， 因此， 粗大的晶粒是造成深冲开裂的重要原因之一。 同时， 430 铁素体不锈钢在再结晶退 火过程中形成强的 {111}fiber 织构可以显著提高材料的深冲性能。
控制 430 铁素体不锈钢在退火过程中形成的组织结构， 可以显著的改善其机械性 能， 进而改善深冲性能。而 430 铁素体不锈钢在退火过程中形成的组织结构， 在冷轧变形量 相似的情况下， 主要取决于带钢的实际加热温度、 加热速度、 保温时间和冷却速度， 而以上 数据取决于带钢的退火炉加热温度、 TV 值 ( 厚度 × 速度 )、 风机的冷却功率。因此， 为了改 善 430 铁素体不锈钢的机械性能， 需改进现有的 430 铁素体不锈钢的退火工艺。 发明内容 本发明的目的是解决背景技术所述改善 430 铁素体不锈钢精密薄带的深冲性能， 提供一种提高 430 铁素体不锈钢深冲性能的退火工艺。
430 铁素体不锈钢精密薄带 ( 以下简称 430 不锈钢带 ) 的退火作业流程为 ：
上料→开卷→剪切→焊接→碱洗→清洗→烘干→进口活套→
→光亮热处理→出口活套→卷取
光亮热处理是 430 铁素体不锈钢带退火作业流程的核心环节， 它最终决定成品带 钢的机械性能、 表面质量和防腐性。为提高 430 铁素体不锈钢深冲性能， 本发明的技术方案 如下 ：
1. 待处理的 430 不锈钢带的厚度范围为 0.3 ～ 0.6mm， 宽度范围为 400 ～ 800mm ；
2. 为了解决当待退火处理 430 不锈钢带规格变化的时候， 由于质量不同， 消耗的 热量不同， 因此导致炉内的温度发生了变化， 但是测温仪所测数据为马弗炉体的温度， 而空 气又是热的不良导体， 不能迅速地把马弗炉内温度的变化立即传递到测温仪， 因此测温仪
所测的数据滞后于炉内实际数据， 导致反馈系统调整立式光亮退火炉马弗内温度调整缓 慢。 由于未能及时调整马弗内的温度， 使部分材料处于不合适的炉温之中， 致使钢带的加热 温度和加热速度未能达到理想状态， 进而影响材料的机械性能， 导致冲压开裂的问题。 为了 减小马弗炉内的温度变化， 前后两卷带钢的规格应该尽可能的相近， 这样钢带带走的热量 相近， 马弗炉内的温度变化不明显， 因此就降低了由于带钢规格不同导致的马弗炉内的温 度波动。按以下方法对待处理的钢卷进行排程，
根据前后钢卷的截面积差异百分比的定义 ：
截面积差异百分比＝ ( 后钢卷截面积 - 前钢卷截面积 )/ 后钢卷截面积 ×100％，
按待退火处理前后钢卷的 430 不锈钢带的截面积差异百分比不大于 30％， 将待退 火处理 430 不锈钢带的钢卷进行排程， 并进行剪切、 焊接、 碱洗、 清洗、 烘干工序 ；
3. 将经排程并进行剪切、 焊接、 碱洗、 清洗、 烘干工序钢卷的 430 不锈钢带送入立 式光亮退火炉， 430 不锈钢带连续通过立式光亮退火炉的加热区和冷却区进行退火处理， 立 式光亮退火炉的加热温度， 冷却速度， 钢带速度的设置为 ：
加热区的温度设置为， 加热二区、 加热三区、 加热四区和加热五区的温度均为 950 ℃， 加热一区和加热六区比加热二区、 加热三区、 加热四区和加热五区的温度低 5 ～ 10℃ ； 冷却区中冷却一区、 冷却二区和冷却三区均有两台风机， 同一冷却区的两台风 机冷却频率相同， 各风机冷却频率为， 冷却一区和冷却二区的风机冷却频率范围为 45 ～ 46Hz， 冷却三区的风机冷却频率较冷却一区和冷却二区的风机冷却频率高 2 ～ 4Hz ；
430 不锈钢带通过立式光亮退火炉的速度由钢带厚度与速度的乘积 TV 值和 430 不 锈钢带的厚度确定， TV 值的范围为 7.5 ～ 8.5。
本发明主要是通过调整退火的加热温度、 风机的冷却速度以及对不同厚度和宽度 的钢带， 以及控制前后两卷料的截面积差百分比， 在确定钢带厚度与速度乘积 TV 值后， 调 整钢带在炉区的速度， 对每组材料进行机械性能的测试， 并对其再结晶织构的演变和晶粒 长大进行分析， 总结实验结果以及优化数据， 以得到力学性能优良、 晶粒度适中、 对深冲有 利织构多的材料， 改善材料的深冲性能， 提高下游产品的成品率。
本发明的有益效果为， 通过对退火工艺的调整， 在机械性能方面， 使处理后的 430 不锈钢带成品的硬度控制在维氏硬度 HV 为 150±15， 而国标为不大于 200， 延伸率在 26％以 上， 国标为不小于 22％； 从微观组织来看， 晶粒度控制在 8.0-10 级， 且晶粒大小均匀， {111} fiber 织构组分比较多， 因此显著地提高了 430 不锈钢的深冲性能， 使深冲材料的成材率在 99％以上， 极大的提高了下游产品的成材率， 使其能够代替部分昂贵的 304 奥氏体不锈钢， 适用于冶金行业。
附图说明 图 1 为本发明的使用的立式光亮退火炉示意图 ；
图 2 为用常规工艺退火处理的 430 不锈钢带样品晶粒度图 ；
图 3 为用本发明退火处理的 430 不锈钢带样品晶粒度图 ；
图 4 为从起始取向出发经过某周转动可将晶体坐标系 OABC 转到任何取向的晶体 坐标系 OXYZ 的示意图。
图 5 为用常规工艺退火处理的 430 不锈钢带样品 ODF 衍射图 ；
图 6 为本发明退火处理的 430 不锈钢带样品 ODF 衍射图。
图中， 1-- 钢带， 2-- 钢带的运动方向， 3-- 加热一区， 4-- 加热二区， 5-- 加热三区， 6-- 加热四区， 7-- 加热五区， 8-- 加热六区， 9-- 辐射段， 10-- 隔热屏， 11-- 波纹管， 12-- 冷 却一区， 13-- 冷却二区， 14-- 冷却三区， 15-- 石墨辊。 具体实施方式
下面结合附图及具体实例， 对本发明作进一步说明 ：
图 1 为本发明的使用的立式光亮退火炉示意图， 自下向上分为加热区、 辐射段 9 和 冷却区， 辐射段 9 的外壳为波纹管 11， 在辐射段 9 与加热区之间设置隔热屏 10， 一对石墨辊 15 设置在冷却一区 12 和冷却二区 13 之间， 钢带通过石墨辊的间隙不会产生石墨辊痕。
钢带 1 从进口活套进入立式光亮退火炉， 在立式光亮退火炉中， 钢带 1 按钢带的运 动方向 2 所示方向竖直向上通过立式光亮退火炉的加热区、 辐射段 9 和冷却区， 从立式光亮 退火炉的出口进入出口活套。
立式光亮退火炉为连续性产线， 故一定要保证退火炉能够连续生产。由于要待处 理的 430 不锈钢带规格众多， 宽度、 厚度差别都较大， 在不同规格的钢带搭接时， 由于不同 规格的钢带的质量不一样， 根据热量计算公式 ： Q ＝ CMΔT， 在退火炉中会消耗不同的热量， 从而导致退火炉马弗温度产生变化。
实施例 1 提高 430 铁素体不锈钢深冲性能的退火工艺的钢卷排程 ：
将待处理 430 不锈钢的钢卷带按待退火处理的前后钢卷的 430 不锈钢带的截面积 差异百分比不大于 30％， 将待退火处理 430 不锈钢带的钢卷进行排程， 并进行剪切、 焊接、 碱洗、 清洗、 烘干工序。 前后钢卷的截面积差异， 最好的范围是在 20％以内， 次佳的范围是在 20％至 30％之间， 超过 30％， 则中间采用搭过渡规格的牺牲钢带。
本实施例的一批钢卷的钢带截面积分别为 ：
(0.41×454)mm2、 (0.31×561)mm2、 (0.37×452)mm2、
(0.47×774)mm2、 (0.47×736)mm2、 (0.41×585)mm2、
(0.38×685)mm2。
根据以上原则， 则按照以下顺序进行排程 ：
(0.37×452)mm2 → (0.31×561)mm2 → (0.41×454)mm2 →
→ (0.41×585)mm2 → (0.38×685)mm2 → 0.47×736)mm2 →
→ (0.47×774)mm2。
将排程后的钢卷并进行剪切、 焊接、 碱洗、 清洗、 烘干工序钢卷的 430 不锈钢带送 入立式光亮退火炉， 根据送入立式光亮退火炉 430 不锈钢带的截面积设置立式光亮退火炉 的加热温度、 冷却速度和钢带速度， 430 不锈钢带连续通过立式光亮退火炉的加热区和冷却 区进行退火处理。
实施例 2 截面积为 (0.46×565)mm2 的 430 不锈钢带的退火处理 ：
本实施例中退火处理截面积为 (0.46×565)mm2 规格的 430 不锈钢带， 立式光亮退 火炉的加热温度、 冷却速度和钢带速度按如下设置 ：
加热区中个加热区的温度设置为 ： 加热二区 4、 加热三区 5、 加热四区 6 和加热五区7 的温度均为 950℃， 加热一区 2 和加热六区 8 的温度均为 940℃ ；
冷却区中的各风机的冷却频率设置为 ： 冷却三区 14 的两台风机的冷却频率均为 48HZ， 冷却二区 13 的两台风机的冷却频率均为 46HZ， 冷却一区 12 的两台风机的冷却频率均 为 45HZ，
钢带厚度与速度的乘积 TV 值取值为 8， 钢带厚度为 0.46mm， 则带钢 1 通过立式光 亮退火炉炉区的速度为 17.4m/s。
430 不锈钢带样品采用常规工艺退火处理和采用本发明退火工艺退火处理的晶粒 度图和 ODF 衍射图对比测试结果如图 2、 图 3、 图 5 和图 6 所示。
图 2 为用常规工艺退火处理的 430 不锈钢带样品晶粒度图， 有少数几个晶粒较其 它晶粒大， 为 7 级， 其它为 8.0。图 3 为用本发明退火处理的 430 不锈钢带样品晶粒度图， 晶 粒大小均匀， 均为 8.0 级。
图 4 为从起始取向出发经过某周转动可将晶体坐标系 OABC 转到任何取向的晶体 坐标系 OXYZ 的示意图， 用这种转动操作的转角表示晶体取向。图中给出了从起始取向出 发， 按欧拉角所作的转动。图 5 和图 6 是图 4 中所示的转角 为 45°时经退火处理的 430 不锈钢带样品 ODF 图。 图 5 为用常规工艺退火处理的 430 不锈钢带样品 ODF 衍射图， 图中表示织构强度 的曲线由低到高分别为， 曲线 401 的织构强度为 1.0， 曲线 402 的织构强度为 1.3， 曲线 403 的织构强度为 2.6， 曲线 404 的织构强度为 3.3， 曲线 405 的织构强度为 4.0， 曲线 406 的织 构强度为 5.0。织构组分含量分别为 ： {111}<110> 占总织构的 7.10％ ； {111}<112> 占总织 构的 7.49％； {334}<483> 占总织构的 10.84％； {554}<225> 占总织构的 8.34％； {111}fiber 占总织构的 16.32％。
图 6 为本发明退火处理的 430 不锈钢带样品 ODF 衍射图， 图中表示织构强度的曲 线由低到高分别为， 曲线 501 的织构强度为 2.0， 曲线 502 的织构强度为 3.5， 曲线 503 的 织构强度为 5.0， 曲线 504 的织构强度为 6.5， 曲线 505 的织构强度为 8.0， 曲线 506 的织构 强度为 9.5， 曲线 507 的织构强度为 11.0。织构组分含量分别为 ： {111}<110> 占总织构的 11.18 ％ ； {111}<112> 占总织构的 12.92 ％ ； {334}<483> 占总织构的 18.18 ％ ； {554}<225> 占总织构的 14.03％ ； {111}fiber 占总织构的 27.02％。
从图 5 和图 6 可以看出， 织构主要以 γ 退火织构为主， 图 6 所示的本发明的退火 工艺退火处理的 430 不锈钢带样品织构强度要高于图 5 所示的用常规工艺退火处理的 430 不锈钢带样品织构强度。 图 6 中最高织构强度为标记为 507 的曲线， 其织构强度为 11.0， 从 曲线 507 至曲线 501 依次减弱， 而图 5 中最高织构强度为标记为 406 的曲线， 其织构强度为 5.0。
由以上的对比结果可见， 经本发明的提高 430 铁素体不锈钢深冲性能的退火工艺 退火处理的 430 铁素体不锈钢晶粒度在 8 ～ 10 级之间， {111}fiber 织构比例大。{111} fiber 织构比例越大的材料， 材料的深冲性能就越好。本发明的退火工艺改善了 430 不锈 钢带在机械性能， 使处理后的 430 不锈钢带成品的硬度控制在维氏硬度 HV 为 150±10， 而 国标为不大于 200， 延伸率在 28％以上， 国标为不小于 22％， 屈强比控制在 0.55 ～ 0.65 之 间； 从微观组织来看， 晶粒度控制在 8.0 ～ 10 级， 而且晶粒大小均匀， 而且 {111}fiber 织构 组分比较多， 因此显著地提高了 430 不锈钢的深冲性能。
本发明适用于冶金行业 400 系列不锈钢的退火处理。