一种表面装饰行业用高性能奥氏体不锈钢制造方法

技术领域

本发明属于奥氏体不锈钢领域，尤其是涉及一种表面装饰行业用高性能奥氏体不锈钢制造方法。

背景技术

不锈钢产品属于钢铁产品中的特殊钢，高性能不锈钢属于国家鼓励类产业，市场需求稳步上升。根据行业统计，全国主要企业宽幅冷轧不锈钢板带产量和表观消费量近十年均维持正增长，年复合增长率分别达到12％、13％，2020年度宽幅冷轧不锈钢板带产量达到1,387.94万吨。宽幅冷轧不锈钢板带产量大于表观消费量，且伴随着生产厂商的产能不断扩张，订单逐渐向头部厂商集中。以2017年至2019年复合增长率10.99％计算，预计2023年我国宽幅冷轧不锈钢板带的市场需求量将达到1,411.30万吨。根据ISSF数据，建筑用不锈钢占比约为12.4％，主要用于电梯、表面装饰等行业。目前表面装饰行业普遍采用的冷轧不锈钢是通过热轧白皮NO.1板直轧的方式，经轧机轧制一定变形率，转变为冷轧硬态状态，再次经过退火酸洗工艺处理，最终经过平整、拉矫纵剪工序，完成2B表面状态交库；下游表面装饰行业用户在收到钢卷后，对钢卷进行切边、矫直、开平、覆膜、检验、粗磨、清洗、精磨、清洗、干燥、覆膜、检验等工序，加工成不同等级的表面装饰产品。采用此工艺流程不仅涉及环节众多，涉及过程质量管控环节多、涉及面广泛，对最终产品质量影响因素多，质量控制难度大；此外，采用此种工艺流程，尤其是在下游用户加工过程中产生废弃物，粉尘、废水等直接影响环境质量。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种通过冷轧技术得到可以直接应用于表面装饰行业用高性能奥氏体不锈钢制造方法，助力行业用户经过简单冲压折弯即可使用，减少常规开平、粗磨、精磨等工序环节，降低行业加工成本、缓解环保压力，符合国家政策鼓励的环境友好型高性能不锈钢产品。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种表面装饰行业用高性能奥氏体不锈钢制造方法，包括以下步骤：

S1、将奥氏体不锈钢的组成原料通过冶炼工艺连铸成钢坯；

S2、将得到的钢坯依次经过连续热轧、热轧钢卷退火酸洗、缺陷研磨、单机架往复式冷轧、冷硬卷连续卧式退火酸洗、精整加工，得到表面达到镜面等级的不锈钢板带产品；

S3、将步骤S2中的镜面表面不锈钢板带产品依次进行表面粗糙度检测、光亮度检测，交付用户。

优选地，在步骤S1中的所述组成原料包括:碳0.08％以下、硅1.00％以下、锰2.00％以下、磷0.035％以下、硫0.003％以下、铬18.00-20.00％、镍8.00-10.00％、钼0.05％以下以及铁余量；所述组成原料中通过控制硫、磷元素含量，硫元素含量较标准上限值降低了90％，含量在0.003％以下。磷元素含量较标准限值降低至0.035％以下，增加钼0.05％以下控制标准。通过降低磷、硫、钼杂质元素含量，提高基体纯净度。硫、磷元素为有害元素，其含量过高，硫会与锰结合在热轧和冷轧过程中形成杂质线状条纹，影响表面镜面质量。对于304型奥氏体不锈钢，钼元素含量一般为残留元素，元素含量较高可能与冶炼时杂质残留有关，高的钼元素影响镜面表面质量，表现为点状缺陷。

优选地，在步骤S2中的所述热轧钢卷退火酸洗包括热轧退火工艺和热轧酸洗工艺，热轧退火工艺采用低温低氧退火，退火区包括依次排布的预热区、加热区间、保温区，且预热区的温度为900-1000℃，加热区的温度为1100-1170℃，保温区的温度为1110-1160℃。氧含量为2％-6％。采用低温退火技术，可有效降低二次氧化层产生，降低表面氧化层，同时降低能源消耗，是一种低碳生产技术。典型热轧钢卷退火温度如表1所示。

表1典型热轧钢卷退火温度

优选地，热轧酸洗工艺包括机械除鳞、硫酸热酸洗工艺和混酸热酸洗工艺，机械除鳞采用破鳞延伸及低速高强度抛丸除去氧化层，优选地，破鳞机数量1台，破鳞延伸率为1.0-3.0％，抛丸机数量2台，抛丸速度2150rpm,抛丸强度采用下砂量系数控制，系数为0.8-1.2k。典型热轧钢卷机械除鳞工艺如表2所示。

表2典型热轧钢卷机械除鳞

优选地，硫酸热酸洗工艺的硫酸浓度270±20g/l；混酸热酸洗工艺采用硝酸和氢氟酸的混合酸，硝酸浓度150±20g/l，氢氟酸浓度45±10g/l。通过采用强抛丸、强酸洗技术，增强对原料卷氧化层处理能力，化学酸洗去除铬镍氧化物残留，基体具有更加均匀一致的完整结构。

优选地，在步骤S2中的所述单机架往复式冷轧采用单机架往复式冷轧工艺，冷轧压下率达到60％-90％，轧制道次工艺为7-13道次。典型轧制厚度规格冷轧压下率如表3所示。

表3典型轧制厚度规格冷轧压下率

目前中低端表面装饰行业用奥氏体不锈钢采用多机架单道次连续式冷轧，冷轧压下率一般为20％-60％，总轧制道次为3-7道次。采用此种工艺，具有生产效率高，生产成本低，但总轧制道次少，总压下率小，表面光亮度低、表面粗糙度高、基体轧制纹路粗糙发雾。

优选地，在步骤S2中的所述单机架往复式冷轧采用5％-10％粗轧技术。通过采用粗轧技术，虽增加生产成本但可以大幅改善表面光亮度、表面粗糙度。

优选地，在步骤S2中的缺陷研磨使用修磨机进行研磨，研磨时修磨机的砂带进行轴向旋转，对带钢上下表面缺陷进行研磨，修磨机的空载电流为5-10A，砂带速度为6-10mpm。

优选地，在步骤S2中的所述冷硬卷连续卧式退火酸洗包括冷轧退火工艺和冷轧酸洗工艺，冷轧退火工艺采用低温低氧退火，退火区包括依次排布的预热区、加热区间、保温区，且预热区的温度为900-1020℃，加热区的温度为1000-1150℃，保温区的温度为1100-1130℃。氧含量工艺为2％-6％。退火后进行冷却工艺，冷却工艺包括空冷工艺和雾冷工艺。空冷介质为压缩空气，冷却时间为35-52s。雾冷介质为除盐水，水温≤50℃，冷却时间为8-14s。冷却时间总计为43-66s。

典型冷硬卷退火温度如表4所示。

表4典型冷硬卷退火温度

优选地，冷轧酸洗工艺包括硫酸钠中性盐电解工艺、硝酸电解工艺、混酸酸洗工艺；硫酸钠中性盐电解工艺中硫酸钠电解溶液浓度为100-220g/l，电解电流为3000-5000A，电解时间为1-2min，电解温度为70-85℃；硝酸电解工艺中硝酸电解浓度为100-200g/l，电解电流为1000-3500A，电解时间为1-3min，硝酸电解温度为50-65℃。目前行业采用的电解工艺中主要通过电解硫酸钠进行贫铬层的消除，其电解电流低、电解时间短，对附着在基体上的颗粒状含铬氧化物无法彻底消除，产品在表面装饰行业用户加工使用过程中基体经常表现出“砂孔”、“粗糙”、“砂眼”类缺陷，直接影响表面行业加工效率和产品质量。本发明的电解工艺中采用硫酸钠中性盐电解和硝酸电解的混合技术，通过采用混合电解技术，彻底改善基体表面完整性，彻底消除颗粒状含铬氧化物。混酸酸洗工艺采用硝酸和氢氟酸的混合酸，其中，硝酸浓度为≤5g/l、氢氟酸浓度为≤1g/l,酸洗温度为30-55℃。目前行业普遍采用的酸洗工艺中，混酸酸洗通过采用高浓度的硝酸、氢氟酸混合酸洗进行化学反应来消除氧化层，大量依赖工业化学产品，对环境影响较大。本发明技术中混酸酸洗工艺中采用低浓度低温酸洗工艺，大幅降低混酸酸洗介质使用，是一种环境友好型制造技术。

优选地，在步骤S2中的所述精整加工中平整延伸率为0.3-1.0％，平整张力为100-140KN，轧制力为2000-3000KN。平整所用的轧辊采用表面粗糙度为0.05-0.10μm的低粗糙度轧辊，而常规奥氏体不锈钢制造采用较高粗糙度的轧辊。本申请轧辊采用更低的粗糙度工艺参数，确保成品具有更好的表面光亮度及粗糙度指标。

优选地，在步骤S3中采用每卷头部、中部、尾部进行表面粗糙度检测、光亮度、解析度检测，表面粗糙度Ra为0.03-0.10μm，光亮度为300-800GU。目前同行业普遍尚未采用及建立光亮度检测技术和标准，通过本发明技术，有利于推进整体行业在表面检测技术和标准的进步。

相对于现有技术，本发明所述的一种表面装饰行业用高性能奥氏体不锈钢制造方法具有以下优势：

(1)采用本发明技术生产冷轧奥氏体不锈钢产品表面亮度达到精密镜面板等级，可直接供应表面装饰行业用户，用户经过简单冲压折弯即可使用，减少常规冷轧不锈钢卷需要经过开平、粗磨、精磨等工序环节，大幅降低行业加工成本，缓解环保压力。

(2)采用的混酸酸洗工艺中采用低浓度低温酸洗工艺，大幅降低混酸酸洗介质使用，是一种环境友好型制造技术。

(3)采用低温退火技术，可有效降低二次氧化层产生，降低表面氧化层，同时降低能源消耗，是一种低碳生产技术。

(4)目前同行业普遍尚未采用及建立光亮度检测技术和标准，通过本发明技术，有利于推进整体行业在表面检测技术和标准的进步。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例1制得的奥氏体不锈钢的实物图。

具体实施方式

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

下面结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

本实施例提供了一种适用于生产材质为304型奥氏体不锈钢，产品规格为1.5*1219mm的表面装饰行业用高性能奥氏体不锈钢制造方法，其原料组成包括:碳0.050％、硅0.46％、锰1.26％、磷0.030％、硫0.001％、铬18.20％、镍8.10％、钼0.02％以及铁余量。所述奥氏体不锈钢材料的制作方式，将所述奥氏体不锈钢的各原料进行冶炼连铸成钢坯，然后将得到的钢坯依次进行连续热轧、热轧钢卷退火酸洗、缺陷研磨、单机架往复式冷轧、冷硬卷连续卧式退火酸洗、精整加工，得到表面达到镜面等级的不锈钢板带产品，具体步骤如下：

S1、冶炼连铸成钢坯及连续热轧的具体过程是合金及副原料处理系统用于电炉废钢冶炼和精炼炉原料输送；超高功率电炉利用3组电极棒熔炼废钢及合金并通过吹氧、喷碳等工艺冶炼出碳0.050％、硅0.46％、锰1.26％、磷0.030％、硫0.001％、铬18.20％、镍8.10％、钼0.02％以及铁余量的熔汤；AOD精炼炉则将电炉熔化的熔汤通过吹入氧气/惰性气体来冶炼出成分合格的钢液；该钢液在浇铸前经过吹氩搅拌，后送往连铸大包台；连铸机将合格的钢水通过中间包、结晶器、水冷段后浇铸出厚200mm、宽1000-1400mm的不锈钢板坯。对不锈板坯进行加热后在连续热轧机组进行轧制，轧制成为3.0-6.0mm厚度，宽度为1000-1300mm的热轧钢卷。

S2、热轧钢卷退火酸洗是在900-1160℃内进行连续退火，材质为304型奥氏体不锈钢，钢卷规格为5.0*1240mm。第一预热区间的温度为900℃，第一至第五个加热区间的温度为1150℃，第一保温区温度为1140℃。在退火后采用快速水冷+缓慢空冷。氧含量为4％。机械除鳞采用破鳞延伸及高速高强度抛丸处去氧化层工艺技术,破鳞延伸率为1.8％。抛丸机数量2台，抛丸速度2150rpm,抛丸强度采用下砂量系数控制，系数为0.8。退火后的酸洗是采用硫酸+混酸(混酸为硝酸+氢氟酸的混合酸)酸洗工艺。硫酸浓度270g/l，硝酸浓度150g/l，氢氟酸浓度45g/l。

S3、缺陷研磨的具体过程是通过下开卷的开卷方式，钢卷依次通过校平辊、焊接后进入修磨机进行研磨。研磨时砂带进行轴向旋转，对带钢上下表面缺陷进行研磨，消除缺陷，并在带钢表面形成纵向纹路。空载电流为5-10A。砂带速度为6-10mpm。单体磨头运行过程中，采用油磨的方式，磨削液使用轧制油。研磨后带钢进入碱洗脱脂段，而后进入除盐水清洗段，最后进入烘干段保证带钢表面清洁干燥。

S4、单机架往复式冷轧采用二十辊冷轧机，轧制1.5*1219mm的总压下率为70％，轧制道次工艺为11道次。冷轧首道次采用8％粗轧技术。

S5、冷硬卷退火是在900-1160℃内进行连续退火，第一预热区间的温度为1000℃，第一至第五个加热区间的温度为1140℃，第一保温区温度为1110℃。在退火后采用缓慢空冷和快速雾冷。空冷介质为压缩空气，冷却时间为35s。雾冷介质为除盐水，水温≤50℃，冷却时间为8s。冷却时间总计为43s。

S6、冷硬卷酸洗工艺包括中性盐电解酸洗工艺、硝酸电解工艺和混酸冷酸洗工艺，中性盐电解冷酸洗工艺采用硫酸钠溶液为介质，硫酸钠电解溶液浓度为160g/l，电流密度为230A.s/dm

S7、精整工艺中平整延伸率为0.8％，平整张力为120KN，轧制力为2500KN。平整所用的轧辊采用表面粗糙度为0.05μm的低粗糙度轧辊。

S8、采用每卷头部、中部、尾部进行表面粗糙度检测、光亮度、解析度检测。表面粗糙度Ra为0.05μm，光亮度为600GU。

对比例1

与实施例相比不同之处在于：原料组成包括:碳0.04％、硅0.54％、锰1.30％、磷0.043％、硫0.010％、铬18.23％、镍8.15％、钼0.15％以及铁余量。

冷硬卷酸洗工艺包括中性盐电解酸洗工艺和混酸冷酸洗工艺，中性盐电解冷酸洗工艺采用硫酸钠溶液为介质，硫酸钠电解溶液浓度为160g/l，电流密度为100A.s/dm

得到普通2B表面等级的不锈钢板带产品。表面粗糙度Ra为0.18μm，光亮度为200GU。

对比例2

市售304型1.5*1219规格8K镜面板产品。

以下对实施例1及对比对比例1提供的304型1.5*1219规格不锈钢产品以及行业通用的同一规格镜面板产品的对比例2进行表面粗糙度、光亮度检测。

测试例1

实施例1和对比例1的表面光亮度评价过程如下：

随机对实施例1和对比例1精整作业的冷轧产品卷、对比例2(行业通用的镜面板产品)各取1000*1000mm样品进行表面光亮度检测。

随机对由实施例1和对比例1、对比例2沿带钢边部，每间隔200mm测量一次，总计测量5处。测量结果如表5所示。

表5测试例1试验结果单位：GU

由表5可以看出，本发明实施例1提供的表面装饰行业用高性能奥氏体不锈钢其冷轧产品的横向光亮度优于对比例1，平均提高498个GU。实施例1的最大横向光亮度偏差为7个GU，优于对比例1的偏差30个GU。实施例1与对比例2横向光亮度平均偏差为2个GU，表明采用本发明技术生产的产品表面光亮度等级达到镜面板等级。

测试例2

以下对实施例1及对比例1提供的不锈钢产品以及行业通用的镜面板产品为对比例2进行表面粗糙度检测。

实施例1和对比例1及对比例2的表面粗糙度评价过程如下。

随机对实施例1和对比例1精整作业的冷轧产品卷、对比例2(行业通用的镜面板产品)各取1000*1000mm样品进行表粗糙度检测。

随机对由实施例1和对比例1、对比例2沿带钢边部，每间隔200mm测量一次，总计测量5处。测量结果如表6所示。

表6测试例2试验结果单位：μm

由表6可以看出，本发明实施例1提供的表面装饰行业用高性能奥氏体不锈钢其冷轧产品的横向粗糙度优于对比例1，平均降低0.10μm。实施例1的最大横向粗糙度偏差为0.02μm，优于对比例1的0.05μm。实施例1与对比例2横向粗糙度平均偏差为0μm，表明采用本发明技术生产的产品表面粗糙度达到镜面板等级。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。