201不锈钢钢带轧制断裂问题研究

在冷轧奥氏体型不锈钢1Cr17Mn6Ni5N（201不锈钢）窄薄带时，钢带经常出现断裂现象，本文对201不锈钢窄带轧制辊形选取、轧制断带、裂边问题进行了原因分析。

1概述

近年来，不锈钢制品越来越多的进入中国家庭中，如：不锈钢餐具、橱柜，各种不锈钢器皿和太阳能热水器、高位水箱、热水器、防盗门窗等等。从目前发展状况来看，中国不锈钢最大消费就是家庭消费。同时城市设施和城市美化也大量使用了不锈钢，这些不锈钢中有相当大的一部分就是奥氏体型200系列不锈钢。

1Cr17Mn6Ni5N是200系列不锈钢代表品种之一，简称为201。是以锰、氮代镍奥氏体不锈钢。它在很多方面都相当于Cr-Ni系不锈钢中的304，并且在有些方面还优于304型不锈钢。

1Cr17Mn6Ni5N属节镍型奥氏体不锈钢。由于其制造成本低，售价便宜，在世界上引起经济欠发达地区和国家的重视。再者它含镍量较低，对于镍资源短缺的我国具有十分广阔的发展前景。

冷轧不锈钢带钢厂为了降低生产成本，扩大市场竞争力，生产中采用最大总压下率以减少轧程提高生产效率，大的变形量轧制成为了首选方式，过大的变形量将会导致轧制道次增多，能耗加大，板形不好以及有可能形成轧制裂边、断带现象频发。

2实验

原料：采用相同工艺生产的一批热轧酸洗拼卷201不锈钢，规格2.5×305mm进行冷轧试轧。

设备：轧机为四辊不可逆轧机。设备参数：最大轧制力Pmax=300吨，主电机功率280KW，压下电机功率11KW，卷取电机功率166KW，最高轧速50m/min，工作辊规格φ170×500mm，支持辊规格φ480×480mm，坯料厚度≤4×400mm，半成品、成品规格≥0.8mm。测厚仪：QNT-2型测厚仪。

轧制工艺：轧制道次为2.5mm→1.90mm→1.65mm→1.45mm→1.25mm→1.10mm→1.00mm 6道次。总压下量为60%。

工艺冷润：采用乳化液进行冷却和润滑。

辊型配置：为了获得横向尺寸均一及良好板形的带材，使工作辊上辊具有一定的凸度。工作轧辊下辊选用平辊，支持辊上、下辊均为平辊。

试验方法：本次实验采用了第一组上辊凸度值分别为0.10mm，0.15mm，0.20mm，0.25mm，0.30mm，0.35mm，0.40mm，下辊为平辊轧制；第二组上下工作辊均为平辊轧制。

3结果与讨论

对本批201不锈钢大变形量压下时选用不同凸度辊轧制进行对比，以选取合适的辊型。本批201不锈钢轧制中出现的断裂问题有：轧制过程中断带、裂边、轧制后自裂现象进行分析。

3.1轧辊凸度

为了在大变形量情况下提高带钢板形，轧制采用上工作辊凸度分别为0.10mm，0.15mm，0.20mm，0.24mm 0.30mm，0.35mm，0.40mm共7个，并对7个凸度值轧制的带钢裂边、板形进行对比。

凸度值0.10mm无明显裂边双边浪较大

凸度值0.15mm无明显裂边双边浪次之

凸度值0.20mm无明显裂边双边浪轻微

凸度值0.24mm无明显裂边无双边浪

凸度值0.30mm轻微裂边轻微瓢曲

凸度值0.35mm有裂边有瓢曲

凸度值0.40mm大的裂边瓢曲11mm

双边浪在连续光亮退火炉退火时不能消除，会对后续轧制造成不良影响，造成成品轧程轧制道次的轧制困难和成品带材尺寸不均和板形不好。

大的瓢曲连续炉退火炉退火不能消除，退火时连续炉退火炉炉底会划伤带钢下表面。瓢曲、划伤的存在影响成品轧制速度和最终钢带同板差尺寸、表面质量、成品版型。可见采用大压下率，可以减少轧程，为了提高钢带板形，在四辊不可逆轧机的工作辊规格φ170×500mm上辊采用工作辊凸度0.20mm~0.24mm比较合适。轧制中应用工作辊凸度0.20mm~0.24mm效果明显，既可以实现工艺道次轧制，保证了轧后带钢的板形适合退火要求，满足了深冲件成品的尺寸板形要求。

3.2轧制过程中钢带断裂

①轧制中焊缝虚焊、漏焊开裂引起的钢带断裂。在轧制过程中要勤观察，发现焊缝开裂时应停车及时补焊，防止断带造成的设备人员不安全事故发生。

②坯料剪边质量差：边部毛刺大、边部原有裂边未剪除干净，造成轧制过程中出现断带现象。轧制时发现应停车修磨或下料重剪。

③轧机垂直振动断带。201不锈钢属高强度不锈钢，采用平辊按工艺道次轧制到第五道次即1.25mm→1.10mm，道次变形量ε=12%，总变形量ε总=56%，轧制时产生轧辊打滑导致轧机垂直振动断带。

这是由工作辊、支持辊、机架等部件组成板带轧机主体在轧制带材时，工作辊运动产生力矩，通过工作辊轴承、传递到轴承座、再传递给机架。当轧机高速运转时，由于轧制含碳量高且厚度为1.10mm较薄的201不锈钢钢带，且钢带在轧制时的升温造成乳化液工艺冷润效果降低等造成的打滑在系统中引起不同振幅垂直颤振，并在带材表面出现横向条纹，由此产生的瞬时力矩比相应稳定力矩值大若干倍，钢带的应力也比平均负荷值大若干倍，这种震动是瞬时的、随机的、间歇性的。当颤振和入口张力的相位差成90度时便产生自激振动，造成断带事故，降低了轧机生产效率。通过减少道次压下量、调整合适张力、更换新的乳化液可以有效避免轧机垂直振动断带。打滑垂直振动断带见图1。

3.3轧制过程中钢带裂边

①平辊轧制钢带通过辊缝时，沿宽度方向各点均有向横向流动的趋势，由于受到横向摩擦阻力的影响，中心部分不可能宽展，此时中心部分的厚度减小将转化为长度的增加，而边部厚度的减少则有微量转化为宽展。也就是沿板宽方向绝对压下量不均，导致金属的不均匀流动，使钢带边部受附加拉应力图2a，故易产生边部周期裂纹见图2b，导致在轧制中因边裂产生断带。

②坯料来料同板差较大，中部厚度比边部厚度大0.11mm，轧制时中间延伸率较大，边部延伸率较小，这种沿宽度方向金属的不均匀变形，导致钢带边部受到附加拉应力，中间受附加压应力，在轧制中易产生裂边。

3.4自裂

冷轧时采用尽可能大的压下量进行轧制，轧制时为了提高板形采用工作辊凸度0.40mm。轧制完毕时发现边部有细小微裂纹，中间瓢曲十分严重达到11mm，转退火炉退火前钢卷存放区，过了8小时后发现整卷钢带全部沿周向断裂，卷曲全部暴露出来，躺在断裂的钢带上面。

由于201不锈钢含碳量高，加工硬化快，轧制到1.00mm时钢带的硬度达到HRC=54，接近工作辊φ170×500mm的辊面硬度HRC=62。6道次变形量和带钢硬度变化见图3，第6道次轧完钢带延伸率下降为δ=1~2%已经非常小。屈服强度和抗拉强度的差值减小，

塑性和韧性大为降低，钢带处于较脆的危险状态。带钢冷轧后，在钢带金属晶内或晶间出现显大量微裂纹、裂口等缺陷。

采用0.4mm凸度辊轧60%压下量制造成带钢板形瓢曲达到11mm，带钢边部受到很大附加拉应力，产生了大量细小的边裂。

这时虽然乳化液工艺冷润正常，但是钢带轧制卸卷温度达到130~150℃以上，甚至还要高。随着带卷在自然环境中降温，带张力的钢卷每层钢带拉力增大。

60%压下量、0.40mm轧辊凸度值造成钢带加工硬化强烈，钢带硬度很大、塑性极差，金属晶内或晶间出现显微裂纹、裂口和空洞等缺陷多，板形瓢曲严重，边部附加拉应力很大，轧制中张力大，终轧带卷温度过高，这些因素合并在一起造成冷轧201不锈钢卷在自然环境冷却时整卷、部分自裂报废现象频发。严重影响了带材的成材率。生产中通过轧制完毕第一时间退火处理，恢复金属加工塑性，可以避免钢带自裂报废现象的出现。

4结论

①不可逆四辊冷轧机φ170×500mm轧制201不锈钢时上辊的凸度值选取0.2~0.24mm比较合适。

②轧制不锈钢201时应提高坯料剪边质量、焊缝质量，加强乳化液工艺冷润效果检查，不可一味为了减少轧程而加大变形量，防止轧辊打滑轧机垂直振动断带事故发生。

③加强坯料同板差检查，结合实际情况选取合适的轧辊凸度防止裂边造成断带风险。

④对大变形量，大凸度轧制201不锈钢带时，在轧制后尽量立即退火，以恢复金属各项性能，防止自裂造成钢带报废。