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TW202033287A - 用於製造不鏽鋼帶之方法 - Google Patents

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TW202033287A
TW202033287A TW109102493A TW109102493A TW202033287A TW 202033287 A TW202033287 A TW 202033287A TW 109102493 A TW109102493 A TW 109102493A TW 109102493 A TW109102493 A TW 109102493A TW 202033287 A TW202033287 A TW 202033287A
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cold rolling
rolling mill
rolling
thickness
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TW109102493A
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English (en)
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TWI816971B (zh
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埃薩 普科
萊尼 奧拉
Original Assignee
芬蘭商烏托昆普公司
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Abstract

本發明係關於一種用於製造不鏽鋼帶之方法，其包含在冷狀態下軋製在先前製程中已藉由鋼帶鑄造製造及/或已經熱軋的鋼帶。本發明亦係關於待用於實行該方法之軋機生產線。

Description

用於製造不鏽鋼帶之方法
本發明係關於一種用於製造不鏽鋼帶之方法，其包含在冷狀態下軋製在先前製程中已藉由鋼帶鑄造製造及/或已經熱軋的鋼帶。本發明亦係關於待用於實行該方法之軋機生產線。
執行不鏽鋼帶之冷軋以用於一個或若干個目的。基礎目的通常為減小起始鋼帶之厚度，該等起始鋼帶一般已在先前熱軋生產線上經熱軋為熱軋鋼帶的厚度，該厚度不小於1.5 mm且一般為大約2至6 mm，但可高達10 mm。習知地，一或多個步驟中之初始退火、冷卻及除垢噴丸處理(descaling shot-blasting)以及酸洗(pickling)在冷軋之前進行，以用以獲得用於冷軋之起始材料而不具有來自先前熱軋的氧化物及結垢殘餘物。作為替代方案，熱軋可完全或部分地藉由經由鑄造製造鋼帶來代替，該等鋼帶可具有降至對熱軋鋼帶正常之厚度或更厚幾毫米，而且在此情況下冷軋一般在初始退火、冷卻、除垢噴丸處理及酸洗之前進行，以達到技術已經完全實施之程度。在通常在可能與退火、冷卻、除垢及酸洗操作交替的複數個連續冷軋操作中實行的冷軋時，厚度可經縮減至1 mm或甚至更薄之厚度。同時，在此等常規冷軋機中，若軋製係藉由熱處理、酸洗及平整軋製來完成，則可能產生具有非常精細表面（所謂2B表面）之鋼帶，或若採用光亮退火，則可能產生甚至更精細(BA表面)鋼帶。冷軋亦可作為主要目的或作為額外目的以增加鋼帶材料之強度。出於此目的亦已建議，作為冷軋之補充(EP 0 738 781 )在退火之後冷拉伸鋼帶，以使得鋼帶經增塑且永久地伸長，同時其厚度減小。此外，已知(US 5 197 179及EP 0 837 147)在熱處理、酸洗及可能之進一步冷軋操作之前至少對經冷卻之熱軋鋼帶或經冷卻之鑄造鋼帶執行第一冷軋操作，以便使鋼帶達至所要最終厚度。然而，迄今為止已知的方法及軋機生產線之特徵在於只要考慮最終產品之鋼帶厚度、表面狀態及強度，則該等方法及軋機生產線係昂貴的及/或難以適應於廣泛不同之需求。此在熱軋及後續冷軋以及與熱軋及冷軋結合之操作被認為係生產之整合式製程時尤其適用。
在EP 1 637 243中揭示一種用於製造不鏽鋼帶之方法，其包含熱軋至指定厚度且後續冷軋至更小厚度，藉此程序包含退火及酸洗以及兩次通過冷軋生產線。
本發明之目的為突破及解決上述複雜之難題。根據本發明之第一態樣，此可結合具有如請求項1之特徵之方法來實現。
如先前技術之前述描述中已提及，通常將鋼帶熱軋至2至6 mm之最終熱軋鋼帶厚度且熱軋一直進行直至降至1.5 mm甚至亦可發生。熱軋之最複雜部分為最終部分，亦即在對相當薄之鋼帶進行操作時的部分。此階段難以控制且亦在鋼帶上產生與鋼帶厚度有關之大量氧化物。此外，鋼帶厚度減小愈多，熱軋機中之產物產量降低。為了進一步改良用於後續冷軋之起始材料，將鋼帶自最終軋製溫度淬火冷卻(quench-cool)至700℃以下亦係有利的，以便避免捲曲期間之機械應力及熱鋼帶之不平坦且尤其以便提昇製程運行期間之可靠性以一方面產生儘可能薄的氧化物層且另一方面避免在表面層中沈澱粒界碳化物。根據本發明之另一態樣，其目的為在自總體視角來看獲得良好的生產經濟之模式下將初始熱軋及結合熱軋之鋼帶處理與後續冷軋整合，其中熱軋機之改良能力包括熱軋機生產線上之較低瓶頸風險，以及就優良品質而言可滿足高要求之在冷軋之後的最終產品。根據本發明之此態樣，本發明係關於一種用於製造不鏽鋼帶之方法，其包含在初始製程中熱軋及隨後在軋機生產線中冷軋，其特徵在於：當鋼帶厚度時已減小至2.0 mm與6.5 mm之間(較佳地介於3 mm與5 mm之間)的厚度時停止熱軋，因此經熱軋之鋼帶藉由淬火自最終熱軋溫度冷卻至700℃以下，該鋼帶在隨後冷軋時至少一次通過冷軋生產線，該冷軋生產線在生產線之初始部分中包含至少一個冷軋機)，且在該/該等初始冷軋機之後包含至少一個退火區段及至少一個酸洗區段，鋼帶在其第一次通過生產線之初始部分中之至少一個冷軋機時經軋製有深色氧化物，在初始製程期間，鋼帶在鋼帶之熱狀態下獲得該等深色氧化物。
在不鏽鋼之初始階段及視情況僅冷軋時，當鋼帶之兩側上存在深色氧化塗層時（該等氧化塗層已在鋼帶之熱狀態下與初始製程結合形成)，氧化物結垢將在一定程度上發生龜裂。此可視為初始除垢操作，其可促進稍後在退火之後、在鋼帶經酸洗之前執行的高效除垢。為了能夠有效地利用該初始龜裂，以便促進稍後之除垢及酸洗，需要結合退火儘可能地不消除該初始龜裂，亦即使得氧化層中之裂隙或裂紋不在退火時癒合。
根據本發明，在退火之後實行除垢步驟緊接著實行結垢軋碎機及噴丸處理步驟。
根據本發明，在噴丸處理步驟之後，使用硝酸、氫氟酸及視情況選用之硫酸之組合對鋼進行酸洗步驟。
將設定結垢軋碎機之伸長率目標以使得平坦度誤差將在冷卻區段（1）後消失且因此鋼帶在噴丸處理之前沒有平坦度誤差以保證最大噴丸處理有效性。
所需伸長率可經計算如下： 伸長率(結垢軋碎機) [%] =材料屈服點之伸長率[%] + I/10000 [%]，其中，（1） I=由I單元界定之平坦度誤差， I單元為界定平坦度誤差之高度/波長關係的普遍方式。
本發明之其他特徵及態樣將自隨附專利請求項及自該軋機生產線之以下描述以及可如何根據一較佳具體實例將本發明精簡以實踐顯而易見。
圖1至3示意性地說明製造不鏽鋼帶之一些不同方法。較佳地，奧氏體或肥粒鐵不鏽鋼之鋼帶構成後續軋機生產線(圖2及圖3)中之製程的起始材料，該起始材料用於實行根據本發明之方法。亦可設想肥粒鐵-奧氏體鋼。在圖1中說明製造起始材料之三種方法。根據方法I，板1在熱軋機生產線上經熱軋以用於製造具有可對熱軋鋼帶正常之厚度(亦即1.5至6.5 mm)的熱軋鋼帶。然而，根據本發明之一個態樣，在厚度已減小至2.5 mm之前或至少之時停止熱軋，亦即使得鋼帶獲得在厚度範圍2至6.5 mm內之厚度，較佳地3與5 mm之間的厚度。熱軋鋼帶在淬火冷卻區段3中，適當地藉由強力噴水來淬火冷卻至溫度低於700℃。隨即，鋼帶經捲曲於卷材4中，該等卷材進一步冷卻至100℃或更低。
根據方法II，不鏽鋼帶係根據任何技術鑄造成鋼帶之形狀，該技術本身可為已知的且只要考慮其特定操作模式則不形成本發明之部分而將因此不進行更詳細描述。然而，藉助於實例，可藉由雙軋輥利用所謂不鏽鋼帶鑄造，其為熟悉此項技術者已知的一種技術。參見上文，在熱軋機生產線2'中將經鑄造之不鏽鋼帶熱軋至不鏽鋼熱軋鋼帶習知之厚度或略微較大2至6 mm，隨即將經熱軋之鋼帶即刻在冷卻區段3中淬火冷卻且捲曲以形成卷材4。
根據方法III，以具有一定厚度之條帶之形狀鑄造不鏽鋼帶，該厚度對不鏽鋼帶正常，或可能略微較大，亦即約1.5至6.5 mm，隨即在冷卻區段3'中將鋼帶淬火冷卻至溫度700℃以下。因此產生之鋼帶在卷材4'上受警告。
用於軋機生產線(圖2及圖3)中之後續操作之起始材料因此由經鑄造及/或經熱軋之不鏽鋼帶4、4'組成。此類不鏽鋼帶之卷材4、4'在自開捲機6開捲時展示於圖式中。輔助開捲機經指定為6A。用於編接鋼帶之焊接機、第一鋼帶活套機及第一多軋輥S軋機分別經指定為7、8及9。接著有初始冷軋區段10，其由三個冷軋機11、12及13組成，該等軋機屬於所謂Z高或6高類型，此意謂該等軋機中之每一者在各自的工作軋輥上方及下方具有一對工作軋輥及兩個支撐軋輥。
在初始冷軋區段10之後，接著有除油設備14、第二多軋輥S軋機15及第二鋼帶活套機16。
已自卷材6開捲之鋼帶經指定為5。在已經過初始冷軋區段10之後，將鋼帶指定為5'。鋼帶5'自鋼帶活套機16經饋送穿過退火爐7及包含兩個冷卻腔室18及19之冷卻區段。接著有第三多軋輥S軋機20、除垢器21及噴丸處理步驟23。除垢器21之每一側上分別存在第四多軋輥S軋機20及第五多軋輥S軋機22。根據本發明，在噴丸處理器件前面有除垢器具有改良金屬鋼帶中之平坦度的效應且產生初級裂紋以增強噴丸處理步驟之有效性。
除垢器21由冷拉伸軋機組成，冷拉伸軋機之設計在上文提及之EP 0 738 781 (其在此處以引用之方式併入本說明書中)中之圖3中詳細展示。該類型之冷拉伸軋機包含一系列軋輥，該等軋輥迫使鋼帶在不同方向上交替地彎曲，同時鋼帶藉由冷拉伸永久地伸長。已發現藉助於該類型之冷拉伸軋機有可能實現高效除垢且不損害氧化層下方之鋼帶的表面。
在噴丸處理單元後面接著有酸洗區段，其可例如由初始中性電解質(neolyte-)或其他電解酸洗區段26及混合酸酸洗區段27組成。酸混合物由硝酸、HNO3 及氫氟酸、HF及視情況選用之硫酸H2 SO4 之混合物組成。指示為5"之酸洗鋼帶隨後可儲存於第三鋼帶活套機28中。
另外，終止冷軋機經指定為32。根據具體實例，此軋機由四高軋機組成，亦即具有一對工作軋輥之軋機及位於工作軋輥上方及下方之支撐軋輥，從而分別允許視不鏽鋼之類型(奧氏體或肥粒鐵，肥粒鐵鋼一般有可能以比奧氏體鋼較高之減小程度進行軋製)而定經由減小高達15%至20%進行軋製。可替代地，精軋冷軋機可由僅意欲用於平整軋製之兩高軋機組成。在鋼帶5'"經捲起以在捲取機38上形成卷材40之前，在軋機32後面提供第六多軋輥拉直軋機34。輔助捲取機已經指定為38A。
根據本發明之各種態樣，不鏽鋼帶至少一次通過圖2中之軋機生產線。根據較佳之具體實例，鋼帶兩次通過軋機生產線。現將參考其中僅已展示最基本之設備的圖3更詳細地揭示此情況，而為了使本發明之原理更清晰，已省略其他部件，諸如焊接機、S軋機、偏轉及導向軋輥、活套機等。方括號內之參考標號指示當材料第二次經過軋機生產線B時正經處理之鋼帶材料。
軋機生產線中之軋輥係藉由將不鏽鋼之熱軋或鑄造鋼帶5自鋼帶材料之卷材4、4'展開來啟動。隨後該鋼帶仍具有其在部分A中之前述製程中獲得之深色氧化塗層。在初始冷軋區段10中之三個軋機11、12、13中之一者、兩者或全部中，此鋼帶經由厚度減小總計至少10%及最大75% (較佳地20%至50%之面積減小)進行冷軋。在熱軋或鑄造之後淬火冷卻時所獲得之鋼帶表面上相對薄之深色氧化層具有延展性以使得在初始冷軋區段10中，該等深色氧化層不會藉由冷軋操作斷裂至自基板(亦即自金屬表面)疏鬆的程度。然而，裂紋形成於氧化層(亦即鋼帶裂紋上之結垢)中。此對於後續酸洗似乎係至關重要的，其中提昇了酸洗之有效性，此轉而對於達成最終產品上之精細表面亦係重要的。
在退火爐17中，因此冷軋鋼帶5'在使得鋼帶經完全加熱且再結晶之長時間段內藉由視鋼級別而定加熱至溫度範圍780至1200度C內之溫度來進行退火。此外，亦應用粒度模型以控制鋼帶溫度。
在冷卻腔室19中，在重覆彎曲之複數個軋輥之間的除垢器21中拉伸伸長鋼帶5'之前，將鋼帶5'冷卻至100度C以下,藉此氧化物結垢斷裂且獲得良好平坦度。 鋼帶隨後在噴丸處理區段23中經噴丸處理，此為自鋼帶表面移除氧化物及結垢之第二種措施。 除垢及後續噴丸處理係在酸洗單元26及27中酸洗之預備措施，其中氧化物結垢經完全移除。 鋼帶在拉伸軋機21之後的表面在噴丸處理單元23中經由鋼丸粒進行噴丸處理，在該表面經酸洗之前，首先在區段26中藉由電解酸洗且接著在混合酸(硝酸(HNO3 )、氫氟酸(HF)及視情況選用之硫酸(H2 SO4 )之混合物)中進行酸洗。
因此,經酸洗之鋼帶5"隨後亦在終止額外冷軋機32中經冷軋，該鋼帶5"經標定尺寸以便其可使10厚度額外減小高達20%。精軋冷軋機32中之鋼帶厚度減小較佳地為至少3%且一般不超過15%。鋼帶5"'隨後經捲起以形成鋼帶卷材40。
可完全地省略冷拉伸軋機21中之除垢或僅執行小程度(約0.4%至2%)之冷拉伸。然而，根據本發明之一態樣，亦可構想更擴展之冷拉伸，(然而)較佳地不超過3%。隨後，鋼帶在酸洗區段26至27中經酸洗且最終捲曲。
根據本發明之一態樣，鋼帶在與第一遍次期間相同之方向上再一次通過軋機生產線。根據本發明之另一態樣，來自第一遍次之產品為最終產品。
根據本發明之一態樣，鋼帶卷材40在一時間段(尤其視工廠中之生產的邏輯規劃而定)後經轉運至軋機生產線之起始位置中的開捲機6或6A，其中鋼帶(5"')再次經開捲以使鋼帶第二次通過軋機生產線。儘管在初始冷軋區段10中，第一次經過期間之鋼帶可能僅在軋機11至13中之一者或兩者中進行軋製，但此次係在軋機11至13中之兩者或三者中進行軋製以使得基本上達成鋼帶之所要最終厚度。在軋機區段10中鋼帶第二次通過此區段時之總厚度減小視所要最終厚度而定且減小量可總計為60%且至少20%，較佳地至少30%。在第二次通過冷軋區段10之後，現指定為(5V )之鋼帶之冷軋完成。最終處理由以下組成：再次使鋼帶通過退火爐18、冷卻腔室18及19以及酸洗區段26及27。然而，此次根本沒有在除垢器21中或噴丸處理單元23中進行處理，此係因為在此場合下鋼帶表面之氧化作用將不顯著以使得在冷拉伸軋機21中進行除垢或在噴砂處理軋機23中進行噴砂處理皆係不必要的。因此，退火鋼帶可在冷卻之後即刻在酸洗單元26及27中進行酸洗。處理係藉由在冷軋機32中進行0.2%至1.5% (較佳地約0.5%)之平整軋製或藉由進行2%至20% (較佳地10%至15%)硬軋製及/或藉由在最終捲曲之前通過在拉直軋機34中進行拉直來完成。
若目標為產生具有非常高屈服強度之鋼帶，則鋼帶(5V )可經由與當鋼帶在終止冷軋機32中經第一次軋製時相同之較大厚度減小進行軋製而非平整軋製。
上述描述根據使用軋機生產線(圖2及圖3)之方法之不同態樣來描述較佳具體實例。軋機生產線之設計的特定優勢係軋機生產線或其部件亦可用於旨在製造不僅具有非常精細、光亮表面之鋼帶以及對一些應用具有比非常光亮表面更顯著重要之特徵的鋼帶，諸如具有高強度之鋼帶或改良程度較低但自成本視角來看具有優勢之鋼帶。對於後一目的而言，處理(例如)可在鋼帶5"在第一次經過第一冷軋區段10、退火及冷卻區段以及酸洗區段之後已經過酸洗區段26、27之後停止。當需要增大之強度時，可在終止冷軋機32中進行2%至20%之冷軋，在彼情況下冷軋係執行於非潤滑表面上，此係因為鋼帶第一次經過終止冷軋機，隨後藉由使鋼帶捲曲完成製程。
就最終產品而言，此等實例及替代方案說明軋機生產線之通用性及可調適性。 實施例
ASTM 304級別之不鏽鋼奧氏體鋼板在串疊型軋機中經熱軋以獲得具有1530 mm之寬度及6.5 mm之厚度的鋼帶。在軋製之後即刻藉由噴水約10 s將鋼帶自約900℃之最終軋製溫度淬火冷卻至高於650℃，隨後使鋼帶捲曲。由於粒界碳化物可在上文在實例中所描述之條件下藉由退火及標準尺度水平之酸洗控制，故此概念適用於常規熱帶冷卻。
接著將鋼帶卷材轉運至本發明之軋機生產線進行開捲，且首先在初始冷軋區段10中之軋機11至13中之兩者中與深色氧化層一起冷軋至3.0 mm之厚度，然而，其中氧化層裂紋並不鬆動。其後將鋼帶在先前已描述之退火爐中進行退火，足夠長時間地處於1120℃之溫度下以便完全地再結晶，隨後在冷卻腔室18及19中將鋼帶冷卻至100℃以下。接著鋼帶在拉伸軋機21中經歷除垢，隨後在首先在區段26中藉由電解酸洗且接著在酸洗區段27中之混合酸(硝酸、HNO3 、氫氟酸、HF及硫酸、H2S O4 之混合物)中進行經酸洗之前，鋼帶之表面在噴丸處理單元23中經由鋼丸粒進行噴丸處理。在精軋冷軋機32中，經酸洗之鋼帶接著以10.0%之厚度減小經冷軋至厚度2.7 mm，隨後鋼帶在卷材上捲起。
鋼帶隨後經轉運回至起始位置。由於鋼帶在軋機32中之終止冷軋操作中已經受重型冷軋，故該鋼帶已變形硬化至相當大的程度且其因此不易損壞且因此可經轉運及操控而不具有損壞鋼帶表面之風險。因此，鋼帶經再次開捲且此次係在初始冷軋機10中之所有三個軋機11至13中進行軋製，其中總厚度減小37%至厚度1.7 mm。鋼帶經退火、冷卻且接著以與在第一次通過軋機生產線期間相同之方式進行酸洗，但在根據實例進行酸洗之前不進行噴丸處理或冷拉伸。最終，鋼帶在終止冷軋機32中經平整軋製，新增約0.5%之進一步厚度減小，其中鋼帶達到表面精細度Ra 0.2 pm，亦即非常好地對應於2B表面。
如自前述內容顯而易見，本發明之冷軋機對於其用於製造具有非常精細表面之不鏽鋼帶及/或用於具有其他期望品質或所要特徵之鋼帶而言係極為通用的。在下文中，表1列出數個製造鋼帶之此等替代性方式，該等方式參考對軋機生產線上所包括之各種厚度減小單元的利用，亦即，初始冷軋機、亦可用於減小鋼帶之厚度的除垢器/冷拉伸軋機以及終止生產線之冷軋機或可能複數個冷軋機。
   第一次通過冷軋生產線   
替代方案 冷軋區段10 除垢器/ 冷拉伸軋機21 冷軋機32 獲得表面/ 下一步驟
1 軋機中之至少一者進行總計減小10%至75%，較佳地20%至50%之軋製 永久伸長率0.4%至10% 厚度減小2%至15%，較佳地3%至10% 第二次經過
2 同上 同上 - 同上
3 同上 同上 硬軋製2%至15%，較佳地8%至12% 經平整軋製之具有粗糙表面之2B
4 同上 同上 - 1E及2E
   第二次通過冷軋生產線   
替代方案 冷軋區段10 除垢器/冷拉伸軋機21 冷軋機32 獲得表面
1 在軋機中之至少一者中進行總計減小20%至65%之軋製 - 進行減小0.2%至1.5%，較佳地約0.5%之平整軋製 2B
2 同上 - 同上 2B
表1.製造鋼帶之替代方式
無
[圖1]半示意性地說明本發明之具體實例及軋機生產線，且[圖2]及[圖3]中完全示意性地說明用於製造鋼帶之方法的較佳具體實例。

Claims (6)

  1. 一種用於製造不鏽鋼帶之方法，其包含初始製程(A)中之熱軋及冷軋生產線(B)中之後續冷軋，其特徵在於：當鋼帶厚度已減小至介於2.0與6.5 mm之間的厚度時停止熱軋，經熱軋之該鋼帶藉由淬火自最終熱軋溫度冷卻至700度℃以下，其在後續冷軋時至少一次經過該冷軋生產線，該冷軋生產線在生產線之初始部分中包含至少一個冷軋機(11至13)且在初始冷軋機之後按以下次序包含：至少一個退火區段(17)、結垢斷裂步驟(21)、噴丸處理步驟(23)及利用硝酸HNO3 、氫氟酸HF及視情況選用之硫酸H2 SO4 之混合物的至少一個酸洗區段(26，27)；該鋼帶在第一次經過生產線之該初始部分中之該至少一個冷軋機時經軋製殘留有深色氧化物，在該初始製程期間，該鋼帶在該鋼帶之熱狀態下獲得該等氧化物。
  2. 如請求項1之方法，其中：該不鏽鋼帶之厚度在其第一次通過該至少一個冷軋機(11至13)時減小10%至60%，且在其第一次通過終止冷軋機(32)時減小最大15%。
  3. 如請求項2之方法，其中：該鋼帶經冷軋，從而在其第一次通過該終止冷軋機(32)時將其厚度減小3%，較佳地至少8%，且最大12%。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，其中：該鋼帶之厚度在其第二次通過該至少一個冷軋機(11至13)時減小20%至60%。
  5. 如請求項2至4中任一項之方法，其中：該鋼帶在其第二次通過該終止冷軋機(32)時經平整軋製約0.5%。
  6. 如請求項1至5中任一項之方法，其中：該鋼帶在其第二次通過該終止冷軋機(32)時經硬軋製2%至15%，較佳地8%至12%。
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