不同轧制工艺对316奥氏体不锈钢晶粒度的影响研究

时间：2024-07-28

陈润泽，卫晓霞

（中国宝武山西太钢不锈钢股份有限公司临汾分公司，山西临汾 041000）

316奥氏体不锈钢因添加Mo元素，耐蚀性、耐大气腐蚀性和高温强度优良，可在苛酷的条件下使用，广泛应用核电容器罐体和封头、输送管线、沿海地区设施等。近年来，在某些重点领域，出于安全性考虑，要求钢板全厚度方向力学性能均匀，晶粒度4级或更细，最大晶粒度级别与最小晶粒度级别之差不超过2级。但在实际生产中，由于轧制过程中轧制力的不均匀传递[1]，工艺设计和执行不当，会存在心部和近表面晶粒不均匀。由于奥氏体不锈钢在高温至室温都是单相奥氏体组织，没有相变转变点，无法通过热处理来细化其晶粒，所以在轧制阶段严格控制开轧温度、终轧温度等热加工工艺参数，通过动态再结晶达到细化且均匀的晶粒，成为一种重要的途径。

1 工艺方案设计

1.1 轧制规格及连铸坯规格

轧制规格：25 mm×（2 400～2 600）mm×L，连铸坯规格：200 mm×1 525 mm×L。

1.2 工艺设计

设计低温控轧和高温高终轧两种工艺方案，具体工艺参数见表1。

表1 低温控轧和高温高终轧两种工艺参数 ℃

低温控轧要求控制终轧温度低于800℃，钢板完成轧制后不再进行动态再结晶，主要为轧制态带状组织，再经过充分固溶热处理，得到细化而均匀的晶粒。

高温高终轧要求钢坯加热温度高，且控制终轧温度高于1 020℃，使奥氏体进行充分的动态再结晶，轧态组织基本为等轴晶，再经过充分固溶热处理，从而得到细化而均匀的晶粒。

2 轧制试验

2.1 低温控轧

加热温度1 200～1 250℃，采用控制轧制，轧制成品钢板厚度3倍或以上厚度待温，温度低于820℃完成剩余轧制。由于二轧程温度较低，单道次变形量低于20%。低温控制轧制道次压下量和变形率见表2。

表2 200 mm连铸坯低温控制轧制25 mm厚钢板道次压下量和变形率

实际生产的25 mm厚钢板全厚度晶粒度不均匀，级差较大，中心部晶粒7级，均匀分布；但近表层存在较多粗于4级的晶粒，用户不接受。钢板表面晶粒度如下页图1所示。

图1 200 mm连铸坯低温控制轧成25 mm钢板表面晶粒

2.2 高温高终轧

加热温度1 270～1 300℃，抢温快轧，轧制过程采用少道次大变形量，展宽后单道次压下率大于20%（道次压下量和变形率见表3），控制终轧温度高于1 020℃。

表3 25 mm厚316不锈钢各道次压下量和变形率

在实际生产中，首先要保证钢坯加热温度，避免钢坯在炉头等待时间过长造成温度损失；要快速送钢，辊速要大于2.5 m/s，以降低轧前温度损失。轧制阶段，通过对前期轧制道次压下量、变形率与钢板晶粒度结果的对比分析，确定出不同厚度规格钢板本次轧制的规程模型，以实现不同轧制批次钢板晶粒度级别的稳定性和一致性。

通过上述措施，生产的25mm厚钢板全厚度晶粒度基本均匀，近表面晶粒不均匀现象得到有效改善，如图2所示，可以满足用户对晶粒度均匀性的要求。

图2 200 mm连铸坯近高表温面高晶终粒轧轧成的25 mm钢板

3 两种方案试验分析

低温控轧工艺，方案设计要求控制终轧温度低于800℃，钢板完成轧制后不再进行动态再结晶。但在实际生产中，受钢板厚度的影响，温度不一致，部分组织发生动态再结晶，导致晶粒不均匀。

奥氏体的动态再结晶需要一定的驱动力，而驱动力主要来自于温度[2]。在某一特定温度下可以发生动态再结晶，此温度为动态再结晶温度。高温高终轧工艺，就是利用这一原理，轧制过程中抢温快轧，采用少道次、大变形量，控制终轧温度高于动态再结晶温度，使奥氏体进行充分的动态再结晶，从而形成均匀的奥氏体组织。

316奥氏体不锈钢的动态再结晶温度较高，一般在950℃左右，为了使奥氏体不锈钢能发生充分的动态再结晶以促使晶粒度细化而均匀，所以要把终轧温度控制在动态再结晶温度（950℃）以上。随着终轧温度的升高，奥氏体动态再结晶的驱动力不断增多，使得发生动态再结晶的程度也普遍加强，奥氏体不锈钢的晶粒度也得到进一步的细化，晶粒相对集中均匀。其次，动态再结晶温度受变形量、变形温度、变形速度等因素的影响，轧制生产过程中由于不同规格的变形量不同，终轧温度在一定范围内波动，晶粒度的大小也存在着一定的差异。通过生产实践分析，终轧温度控制在1 020℃以上，晶粒度都比较均匀。