不銹鋼退火酸洗線引帶斷裂原因分析及防控措施

吳月龍

(山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東 271100)

不銹鋼退火酸洗線引帶斷裂原因分析及防控措施

吳月龍

(山東泰山鋼鐵集團有限公司，山東 271100)

針對不銹鋼退火酸洗線發(fā)生引帶斷裂事故，對斷裂試樣進行宏觀檢測、化學成分檢測、金相分析和掃描電鏡分析，發(fā)現(xiàn)J4側因奧氏體晶界析出的鐵素體相和出現(xiàn)沿晶裂紋是斷帶的根本原因，并提出了相應的防控措施。

不銹鋼;退火酸洗;縱向裂紋;張力控制

某公司不銹鋼熱退火酸洗線為連續(xù)生產(chǎn)線，生產(chǎn)時相鄰兩卷鋼帶用焊機焊接，每個生產(chǎn)周期最后一卷鋼帶開卷完畢后需在帶尾焊接引帶，生產(chǎn)結束后引帶鋪設在生產(chǎn)線上，下次生產(chǎn)時在引帶帶尾焊接第一卷正品，引帶可重復使用，這樣可大大節(jié)約生產(chǎn)準備時間和成本。

在一次生產(chǎn)準備過程中，引帶在退火爐中發(fā)生斷裂事故，為查找引帶斷裂原因，將退火爐降溫取出斷裂試樣進行相關檢測。

1 試驗方法

1.1 宏觀檢測

對所送檢的斷裂樣品進行圖像采集，宏觀分析。

1.2化學成分分析

用SPECRTOLAB M10型光電直讀光譜儀對試樣進行化學成分分析。

1.3 金相分析

在送檢試樣適當位置截取金相試樣磨制、拋光后在GX51金相顯微鏡上進行金相檢測。

1.4掃描電鏡分析

在試樣斷口部位截取電鏡試樣，在掃描電子顯微鏡上進行電鏡分析。

2 實驗結果

2.1宏觀檢測結果

送檢試樣整體宏觀形貌見圖1(a)。斷裂側材質為J4，斷口距離焊縫位置約5 mm～60 mm，斷口處有明顯氧化現(xiàn)象，該側表面有大量縱向裂紋，見圖1(b)，嚴重時裂紋可延伸至焊縫附近;焊縫另一側材質為06Cr19Ni10，表面無縱向裂紋及其他表面缺陷存在。經(jīng)測量，J4側與06Cr19Ni10側厚度分別為2.026 mm和2.613 mm，從生產(chǎn)現(xiàn)場了解到，兩鋼帶原始厚度分別為4.5 mm和3.6 mm。

2.2 化學成分分析結果

對送檢試樣進行化學成分檢測，結果見表1。由表1可知，J4和06Cr19Ni10的檢測結果均符合標準要求。

2.3 金相分析結果

2.3.1 夾雜物檢測結果

垂直于焊縫方向截取縱向試樣進行夾雜物評定，結果見表2。

2.3.2 焊縫金相分析

圖1 斷裂試樣宏觀形貌Figure 1 Macro appearance of cracked specimen

表1 化學成分分析結果(質量分數(shù)，%)Table 1 Analyzed result of chem ical composition(mass fraction，%)

表2 試樣非金屬夾雜物評級表Table 2 Grade evaluation of specimen nonmetallic inclusions

將上述試樣用苦味酸、鹽酸、酒精腐蝕后進行金相觀察，結果見圖2。J4的組織為奧氏體+鐵素體，見圖2(a)。鐵素體分布于奧氏體晶界，經(jīng)測定，鐵素體比例占5%，奧氏體晶粒度為5.0級;06Cr19Ni10的組織同樣是奧氏體+少量鐵素體，見圖2(b)。鐵素體比例不足1%，奧氏體晶粒度為2.5級;焊縫組織為樹枝晶組織，見圖2(c)。

2.3.3 J4 縱裂金相分析

從縱裂處截取橫向金相試樣進行觀察，結果見圖3。裂紋附近氧化嚴重，見圖3(a)，腐蝕后發(fā)現(xiàn)，裂紋沿奧氏體晶界裂開，見圖3(b)。

2.4 掃描電鏡分析結果

對斷口進行掃描電鏡分析，結果見圖4。斷口位置存在沿晶裂紋，見圖4(a)，晶界過燒嚴重，晶界熔化嚴重有凝固產(chǎn)物，見圖4(b)。

3 討論

J4側化學成分檢測結果符合公司標準要求，說明斷裂事故與化學成分無關。

截取焊縫縱向試樣進行非金屬夾雜物檢測后發(fā)現(xiàn)，J4側夾雜物級別不高，可見引帶斷裂與夾雜物無關。

圖2 試樣金相組織檢測結果Figure 2 Test result ofmetallurgical structure for specimen

圖3 縱向裂紋金相檢測結果Figure 3 Metallographic detection result of longitudinal crack

圖4 斷口電鏡形貌Figure 4 Fracture appearance by SEM

焊縫試樣腐蝕后發(fā)現(xiàn)，J4側和06Cr19Ni10側的組織均為奧氏體+沿晶鐵素體，J4側鐵素體含量為5%。沿晶析出的鐵素體使鋼帶的拉伸性能低于單一奧氏體鋼帶的拉伸性能。J4側有一端分布大量縱向裂紋，裂紋氧化嚴重。腐蝕后發(fā)現(xiàn)，裂紋沿晶界開裂。通過對斷口進行掃描電鏡分析可知，斷口位置存在沿晶裂紋，晶界因過燒導致晶界有凝固產(chǎn)物存在。由此可知，J4鋼帶高溫區(qū)停留時間過長導致晶界析出鐵素體相和產(chǎn)生沿晶裂紋從而大大降低了鋼帶的拉伸性能。

鋼帶在退火爐內(nèi)運行是通過退火爐兩側張緊機產(chǎn)生的張力作用，張力的大小與鋼帶的厚度呈對應關系。經(jīng)了解，斷帶時張力按厚度為3.6 mm控制，而J4鋼帶的實際厚度為2.026 mm，張力偏大。

發(fā)生斷帶時退火爐爐溫為600℃，斷帶后迅速降溫至150℃取出斷裂試樣。可見，鋼帶的過燒問題不是此次生產(chǎn)造成，是此前生產(chǎn)時造成的。

綜上所述，J4鋼帶在高溫區(qū)停留時間過長，弱化了晶界，降低了材料塑性，是引帶發(fā)生斷裂的根本原因。運行期間張力偏大是造成斷帶的直接原因。

4 防控措施

通過對本次斷帶事故的原因分析，結合我公司不銹鋼退火酸洗線的實際情況，采取以下措施可降低斷帶事故的發(fā)生概率。

4.1 根據(jù)實際厚度調(diào)整張力

在生產(chǎn)中重復利用引帶，高溫、強酸均會減薄引帶的厚度，降低引帶的力學性能。故引帶在使用前要重新測量實際厚度，并根據(jù)實際厚度調(diào)整張力，這樣可降低因張力過大造成的斷帶概率。

4.2 加強引帶表面質量檢測

表面裂紋、空洞等缺陷均可能會造成斷帶事故的發(fā)生。引帶運行速度一般不超過30 m/min，該速度下這些表面缺陷用肉眼均容易發(fā)現(xiàn)，加強表面檢測，發(fā)現(xiàn)表面缺陷及時處理可降低斷帶幾率。

4.3 對引帶進行拉伸性能檢測

沿晶裂紋、沿晶析出鐵素體相等微觀缺陷很難發(fā)現(xiàn)，對每條引帶逐一進行金相檢測不現(xiàn)實，可對每條引帶取樣進行拉伸性能檢測。

5 結論

J4側奧氏體晶界析出的鐵素體相和出現(xiàn)沿晶裂紋降低了材料的拉伸性能，在過載張力作用下使引帶斷裂。

通過及時測量引帶厚度并根據(jù)實際厚度調(diào)整張力、加強表面質量檢測、及時處理表面缺陷并對引帶進行拉伸性能檢測可有效降低引帶斷帶事故的發(fā)生。

編輯 傅冬梅

Analysis on Band Breakage Cause and Prevention Measures for Stainless Steel Annealing and Pickling Line

W u Yuelong

Regarding to band breakage accidentof stainless steel annealing and pickling line，a series ofmeasures have been conducted，such asmacro inspection，chemical composition test，metallurgical analysis and SEM analysis.Itwas found that ferrite phase separated from austenite crystal boundary at the side of J4 and crack along crystal were main cause of failure and relevant preventionmeasures have been put forward.

stainless steel;annealing and pickling;longitudinal crack;tension control

TF764+.1

B

2013—09—16