316L不銹鋼冷軋板表面缺陷成因分析

無(wú)錫不銹鋼板廠家無(wú)錫漢能不銹鋼2019年12月17日訊  316L不銹鋼是在304不銹鋼基礎(chǔ)上發(fā)展的更耐蝕的不銹鋼，添加了 2%～3%Mo元素，鉬元素的加入使316L不銹鋼耐稀硫酸、磷酸、各種有機(jī)酸、尿素及氯化物點(diǎn)蝕性能大大提高，主要用于石油石化行業(yè)，廣泛用于壓力容器、交通運(yùn)輸、金屬制品、機(jī)械制造、裝飾、焊管等用途。316L不銹鋼冷軋板表面質(zhì)量要求較高，不得有劃傷、粗糙、坑 疤、條紋等缺陷，在出廠前必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的表面檢驗(yàn)。

316L不銹鋼冷軋板生產(chǎn)流程為：EAF+AOD+LF+CC+板坯修磨 +熱軋 +冷軋，其 中：EAF、AOD和 LF爐容量均為180t，板坯尺寸以 200×2040m為主，熱軋板厚度范圍為2.5～14.0mm，冷軋板厚度范圍為 0.3～4.0mm。在冷板表面缺陷率最高的一類(lèi)為線狀缺陷，常因此缺陷導(dǎo)致冷板表面不合，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及成材率產(chǎn)生較大影響。 

為確定316L不銹鋼冷軋板表面線狀缺陷成因，對(duì)不合冷軋板同線生產(chǎn)的連鑄坯表面及皮下質(zhì)量、熱軋黑卷軋向橫截面、冷軋板缺陷處及軋向橫截面分別進(jìn)行了金相分 析和掃描電鏡及能譜分析，同時(shí)對(duì)成品化學(xué)成分進(jìn)行了分析。

2.1 化學(xué)成分 

純或亞純奧氏體不銹鋼在凝固過(guò)程中不發(fā)生或少發(fā)生 δ 相變，在樹(shù)枝狀晶之間硫的濃度富集，使晶間結(jié)合力及可塑性極弱，在此條件下，由于固液兩相區(qū)間很寬，凝 固收縮率最高，在振痕波谷產(chǎn)生縱向微裂紋，S在晶界富集在熱軋時(shí)發(fā)生微裂紋的傾 向也會(huì)增加，因此要求316L不銹鋼含有較低的S含量。

同時(shí)不銹鋼裂紋的敏感性與鉻鎳當(dāng)量比有明顯的關(guān)系，當(dāng)鉻鎳當(dāng)量比在 1.5以上時(shí)裂紋敏感性消失，因?yàn)楫?dāng)鉻鎳當(dāng)量比大于1.5時(shí)，在凝固過(guò)程中會(huì)發(fā)生相變，成長(zhǎng)中的 硫化物被切斷、分割成點(diǎn)狀硫化物，從而抑制了硫的有害性。

基于以上原因首先對(duì)表面質(zhì)量判定不合的冷軋板進(jìn)行成分檢測(cè)，主要關(guān)注鋼中S含量及鉻鎳當(dāng)量比情況，具體成分見(jiàn)表1。由表1可知，316L不銹鋼中 S含量控制在較低水平，Creq/Nieq＞1.5，因此首先排除鋼液成分與冷軋板線狀缺陷的關(guān)系。 

2.2 連鑄坯表面缺陷檢驗(yàn) 

經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)316L不銹鋼連鑄坯表面缺陷主要有深振痕（深度在1.5mm附 近），振痕不規(guī)則紊亂，寬面邊部存在渣坑等，如圖 1所示。

圖1 316L不銹鋼連鑄坯表面缺陷

在振痕較深及渣坑處取試樣進(jìn)行金相 分析，發(fā)現(xiàn)連鑄坯表面有微裂紋缺陷，如圖 2所示。 

圖 2 316L連鑄坯皮下缺陷

通過(guò)大量的取樣檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，316L不銹鋼連鑄坯表面缺陷位置的皮下基本都存在如圖2所示的微裂紋缺陷，針對(duì)此缺陷要對(duì)連鑄坯表面進(jìn)行修磨，在修磨時(shí)壓力過(guò)重或連續(xù)局部修磨會(huì)使裂紋繼續(xù)擴(kuò)展。因此通過(guò)金相顯微鏡觀察修磨后的連鑄坯表面 及次表面，仍然存在裂紋缺陷如圖3(a)所示，并且肉眼觀察連鑄坯表面修磨粗糙不均 勻，如圖3(b) 所示，平均粗糙度 Ra達(dá) 250μm。

圖 3 修磨后連鑄坯表面質(zhì)量 (a) 微裂紋  (b) 表面粗糙

2.3 熱軋黑卷缺陷檢測(cè) 

進(jìn)一步取未經(jīng)過(guò)酸洗的熱軋黑卷試樣 后發(fā)現(xiàn)表面存在線狀缺陷，在缺陷橫截面處進(jìn)行掃描電鏡觀察及能譜分析，如圖 4所示，圖中成分為(a)點(diǎn)的成分。

由圖 4可以看出，熱軋黑卷表面線狀缺陷沿著表面向下形成裂紋，并且裂紋周?chē)纬闪舜竺娣e的氧化區(qū)域，成分檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)氧化區(qū)域含有較高的 Si、O元素，由此推斷大面積的氧化區(qū)域是由連鑄坯表面裂紋在熱軋加熱爐進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間高溫加熱，爐內(nèi)氧化性氣氛通過(guò)裂紋滲入基體與基體內(nèi)的親氧物質(zhì) Si 結(jié)合，在裂紋周?chē)纬纱竺娣e的氧化區(qū)域，經(jīng)過(guò)軋制導(dǎo)致了熱軋黑卷表面線狀缺陷，而氧化區(qū)域酸洗不凈便會(huì)遺傳至冷軋板，導(dǎo)致冷軋板表面缺陷。 

圖 4 未酸洗熱軋卷缺陷掃描電鏡觀察及能譜分析

2.4 冷軋板表面缺陷檢測(cè)分析 

造成冷軋板表面判定不合的線狀缺陷平行于軋向分布，兩邊部分布較密集，長(zhǎng)約 10mm，寬約 1mm，如圖 5所示。對(duì)缺陷進(jìn)行掃描電鏡觀察與成分檢測(cè)，圖6中（a）點(diǎn)用能譜儀分析化學(xué)成分，為正?；w組織下的氧化皮成分，未發(fā)現(xiàn)有大尺寸夾雜物，如圖 6所示。 

圖 5 316L不銹鋼冷軋板表面缺陷宏觀形貌

冷軋板缺陷與連鑄坯表面缺陷分布在位置上有對(duì)應(yīng)關(guān)系，又通過(guò)對(duì)未酸洗熱軋黑卷缺陷分析證明了冷軋板線狀缺陷的來(lái)源是連鑄坯表面微裂紋缺陷。

3.1 連鑄坯表面輕修磨操作 

由于 316L不銹鋼連鑄坯表面的微裂紋缺陷會(huì)導(dǎo)致冷軋板線狀缺陷的產(chǎn)生，通過(guò)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)連鑄坯表面微裂紋深度一般不超過(guò) 300μm，保證修磨精細(xì)化操作的前提下，采 用 20#以上砂輪輕修磨便可修磨掉缺陷。修磨工藝參數(shù)的改進(jìn)情況如表2所示，連鑄坯表面修磨質(zhì)量改進(jìn)后的皮下質(zhì)量如圖 7(a) 所示，連鑄坯表面質(zhì)量如圖 7(b) 所示。

表2 316L不銹鋼連鑄坯修磨工藝參數(shù)改進(jìn)

圖 7 改進(jìn)修磨工藝修磨后連鑄坯表面情況 （a）皮下情況（b）表面情況

由圖7可以看出，采用 20#砂輪精細(xì)化修磨操作，316L不銹鋼修磨后的連鑄坯表面 經(jīng)粗糙度儀檢測(cè)表面粗糙度Ra由 250μm降低至 180μm，平整光滑，無(wú)微裂紋等缺陷。

3.2 連鑄坯質(zhì)量控制 

徹底消除316L不銹鋼冷軋板表面線狀 缺陷的根本在于提高連鑄坯表面質(zhì)量，經(jīng)過(guò)觀察，實(shí)際生產(chǎn)的316L不銹鋼連鑄坯主要表面缺陷有振痕深、渣坑和微裂紋等。 

振痕是結(jié)晶器振動(dòng)不可避免的產(chǎn)物，在負(fù)滑脫期間，彎月面初生坯殼受結(jié)晶器壓力 和渣圈的擠壓向鋼液側(cè)彎曲；在正滑脫期間，初生坯殼受鋼水靜壓力作用又貼向銅 壁，鋼水溢出到凝固殼前端而形成振痕[5]。振痕波谷處往往是板坯橫裂紋的發(fā)源地和渣粒、氣泡的聚集地，振痕深度增加，缺陷發(fā)生幾率增加。結(jié)晶器振動(dòng)形式是影響振痕深度的主要因素，眾所周知，采用高頻率、小振幅的振動(dòng)形式，在保證鑄坯順利脫模的情況下，盡量減少負(fù)滑脫時(shí)間是減輕振痕、減少振痕下表面缺陷的有效措施。

316L不銹鋼凝固初期體積收縮較大， 坯殼生長(zhǎng)不均勻，在坯殼薄弱處產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，結(jié)晶器內(nèi)渣膜傳熱不均造成結(jié)晶器與鑄坯間潤(rùn)滑不良，導(dǎo)致連鑄坯表面凹坑 的產(chǎn)生，部分凹坑底部可能會(huì)出現(xiàn)裂紋?？刂票砻姘伎拥漠a(chǎn)生應(yīng)使結(jié)晶器內(nèi)保持均勻 的冷卻，主要控制因素是保護(hù)渣渣膜的均勻傳熱，要求薄厚均勻的保護(hù)渣渣膜，這與 保護(hù)渣的熔點(diǎn)、粘度、消耗量密切相關(guān)。

隨著鑄坯斷面尺寸的增加，鋼水流量增大，結(jié)晶器內(nèi)流場(chǎng)及溫度場(chǎng)的不均勻性增強(qiáng)， 產(chǎn)生缺陷的316L不銹鋼以超寬板坯為主， 板坯邊部渣金界面溫度更易發(fā)生不均勻的現(xiàn)象，如果溫度過(guò)低，保護(hù)渣熔化不利，容易產(chǎn)生鑄坯表面缺陷，如結(jié)晶器內(nèi)液面波動(dòng)過(guò)大，會(huì)造成卷渣，因此，結(jié)晶器內(nèi)最優(yōu)的鋼液流動(dòng)狀態(tài)對(duì)生產(chǎn)高表面質(zhì)量的連鑄坯起至關(guān)重要的作用，鋼液流場(chǎng)受浸入式水口插入深度、形狀、拉速等因素影響。 

從以上理論出發(fā)，改進(jìn)保護(hù)渣成分，強(qiáng)化連鑄生產(chǎn)工藝參數(shù)，改進(jìn)前后保護(hù)渣成分 如表3所示，改進(jìn)前后的工藝參數(shù)如表4所示。

表3 316L不銹鋼連鑄保護(hù)渣特性參數(shù)的改進(jìn)

表4 316L不銹鋼連鑄工藝參數(shù)改進(jìn)

改進(jìn)連鑄工藝參數(shù)后生產(chǎn)的 316L不銹鋼連鑄坯表面質(zhì)量如圖 8所示。

圖 8 316L不銹鋼連鑄坯表面情況

改進(jìn)連鑄工藝參數(shù)后生產(chǎn)的 316L連鑄坯表面振痕平穩(wěn)規(guī)律，有少量深度在 0.9～ 1.0mm，大多數(shù)振痕深度在 0.6mm附近，很 少有渣坑振痕紊亂等面缺陷。