ER307Mo不銹鋼熱軋開裂原因分析

馬正偉　張椰陽　胡梅青　張大淼

(青山鋼鐵瑞浦科技集團(tuán)有限公司特鋼研究院，浙江323900)

?

ER307Mo不銹鋼熱軋開裂原因分析

馬正偉張椰陽胡梅青張大淼

(青山鋼鐵瑞浦科技集團(tuán)有限公司特鋼研究院，浙江323900)

摘要：采用宏觀分析、光譜成分分析、金相分析、掃描電鏡-能譜分析對熱軋6道次后表面開裂的ER307Mo不銹鋼進(jìn)行了全面分析。結(jié)果表明，化學(xué)成分控制導(dǎo)致鐵素體含量偏高且化學(xué)元素在斷面上分布有偏析使得鐵素體分布不均勻。奧氏體相和鐵素體相在高溫變形時不同步，材料整體高溫塑性偏低，在軋制變形力的作用下產(chǎn)生了開裂。

關(guān)鍵詞：ER307Mo不銹鋼；鐵素體；偏析；開裂

ER307Mo不銹鋼屬于鉻鎳系列不銹鋼焊條用鋼，具有良好耐腐蝕性和抗氧化性，廣泛應(yīng)用于化工、化肥、石油、醫(yī)療設(shè)備制造。該鋼種由于合金含量高，在冶煉和軋制過程中容易產(chǎn)生質(zhì)量問題。本文 針對熱軋過程中ER307Mo不銹鋼產(chǎn)生開裂的現(xiàn)象進(jìn)行了分析，并提出了改進(jìn)措施。

1試驗方法

(1)觀察開裂試樣的宏觀形貌及搜集熱軋加工信息。

(2)截取試樣，磨平后在SPECTROLAB M10型光電直讀光譜儀檢測其化學(xué)成分。

(3)制作標(biāo)準(zhǔn)金相試樣在Axio Imager Aim型金相顯微鏡下觀察微觀組織形貌。試樣的制備、試樣研磨、試樣的浸蝕、顯微組織檢驗、顯微照相，參照GB/T 13298—1991《金屬顯微組織檢驗方法》。

(4)取樣在蔡司EVO18型掃描電鏡下觀察形貌并用能譜做微區(qū)成分，在典型裂紋處做面掃描。

2試驗結(jié)果

2.1宏觀分析及熱軋加工信息搜集

圖1所示是ER307Mo不銹鋼熱軋開裂的宏觀形貌圖，此時鋼棒直徑是105 mm，耳子所在直徑是120 mm，整個鋼棒的表面都有裂紋，屬于普遍開裂，裂紋呈三角或倒三角狀，沿軋制方向同向分布。在裂紋開口較大的部位剖開鋼棒的橫截面，可以看到裂紋深度達(dá)到25 mm。

熱軋加工信息為：200 mm×200 mm的方坯在加熱爐中加熱，加熱溫度1 200℃，在爐內(nèi)保溫時間240 min，出爐溫度為1 242℃，軋制6個道次的時候已經(jīng)可以明顯看出裂紋。

2.2化學(xué)成分分析。

化學(xué)成分如表1所示。

從表1可以看出，測量值符合控制標(biāo)準(zhǔn)的要求，Cr偏控制標(biāo)準(zhǔn)的上限，C、N和Ni偏控制標(biāo)準(zhǔn)的下限。

表1　化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

(a)表面 (b)橫截面

圖2　夾雜物形貌(100×)

2.3金相分析

2.3.1夾雜物分析

夾雜物形貌如圖2所示。鋼中夾雜物D類0.5級，數(shù)量極少，沒有其它類型夾雜物存在。

2.3.2裂紋微觀形貌

裂紋兩側(cè)形貌如圖3所示。

從圖3(a)看出裂紋兩側(cè)沒有高溫氧化物。從圖3(b)看出裂紋兩側(cè)有高溫氧化物且距兩側(cè)不遠(yuǎn)處有氧化圓點。大多數(shù)裂紋與圖3(a)相同，裂紋兩側(cè)沒有高溫氧化物。少數(shù)裂紋與圖3(b)相同，裂紋兩側(cè)有高溫氧化物。

2.3.3組織形貌

基體組織形貌如圖4所示。

圖4(a)箭頭處多條鐵素體連接到一起形成在基體內(nèi)部的微裂紋。圖4(b)鐵素體塊較大且變形較大的地方已經(jīng)形成微裂紋。整體講，鋼棒的表面約2mm以內(nèi)鐵素體含量較少，在1%～2%左右。距離鋼棒圓心越近，鐵素體含量越高，最高處鐵素體含量達(dá)到10.69%。

鋼中鐵素體形貌如圖5所示。鋼中鐵素體與裂紋的關(guān)系如圖6所示?？梢钥闯隽鸭y是沿著鐵素體開裂的。尤其是鐵素體含量高與鐵素體含量低的交界處更容易開裂。

2.4掃描電鏡-能譜分析

裂紋處能譜成分如圖7所示。裂紋處面掃描元素分布如圖8所示。

可以看出裂紋處主要是Cr、Mn、Fe等基體元素的氧化物，沒有夾雜物或夾渣的成分存在。

3分析與討論

(a)裂紋兩側(cè)沒有高溫氧化物(50×) (b)裂紋兩側(cè)有高溫氧化物(500×)

圖3裂紋兩側(cè)形貌

Figure 3Microstructure of the both sides of crack

(a)鐵素體形成微裂紋 (b)鐵素體變形情況

(a)裂紋開口端 (b)裂紋尾端

(a)支裂紋處鐵素體 (b)主裂紋尾端鐵素體

通過對所取樣品的分析，可以看出：

(1)宏觀分析發(fā)現(xiàn)開裂屬于普遍開裂，裂紋形態(tài)和開口方向相似，初步判斷該鋼種在熱變形的時候其整體塑性偏差。

(2)化學(xué)成分控制雖然符合控制標(biāo)準(zhǔn)要求，但是C、N、Ni等奧氏體形成元素偏標(biāo)準(zhǔn)的下限，Cr作為鐵素體形成元素卻控制在標(biāo)準(zhǔn)的上限，導(dǎo)致鐵素體含量偏高，同時因為連鑄過程中元素的偏析導(dǎo)致鐵素體在整個斷面上分布不均勻。

(3)鋼中夾雜物級別低、數(shù)量少、形狀單一，因此鋼的純凈度方面是好的，通過掃描電鏡-能譜的分析沒有發(fā)現(xiàn)有除基體成分以外的其它金屬元素，進(jìn)一步排除了開裂是夾雜物或是夾渣造成的。

(4)大多數(shù)裂紋是沒有高溫氧化物的，因此可以確定大多數(shù)裂紋是在軋制過程中因材料的塑性不好而開裂的。同時也存在極少數(shù)有高溫氧化物的裂紋且裂紋近側(cè)還有高溫氧化圓點，說明鑄坯上是有一些原始裂紋的。

圖7　裂紋處能譜成分

圖8　裂紋處面掃描元素分布

(5)鋼中鐵素體含量高，最高值達(dá)到10.69%，且分布不均勻，因此導(dǎo)致鋼基體的塑性由表面到心部逐漸變差，同時裂紋的尾端均沿著奧氏體與鐵素體的相界延伸。

4結(jié)論

ER307Mo不銹鋼的化學(xué)成分決定了其高溫?zé)崴苄暂^低，連鑄過程中已經(jīng)形成少許微細(xì)裂紋，同時熱軋時由于基體中含有較多且分布不均勻的鐵素體導(dǎo)致奧氏體與鐵素體變形不同步形成組織應(yīng)力，加上微細(xì)裂紋的應(yīng)力集中和粗軋壓下量較大導(dǎo)致材料在熱變形過程中開裂。

可以采取以下措施進(jìn)行改進(jìn)：煉鋼環(huán)節(jié)要優(yōu)化成分，降低鐵素體的含量。連鑄時采用電磁攪拌和控制拉速，避免成分偏析和形成微裂紋。

參考文獻(xiàn)

[1]周勇，郎宇平，榮凡，等.奧氏體不銹鋼15Mn-22Cr-0.56N的熱塑性和軋制工藝對其性能的影響[J].特殊鋼，2008.

[2]盧光熙,等主編.金屬學(xué)教程[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 1985.

[3]崔光洙，邸洪雙，劉相華，等.304HC的熱塑性及變形抗力的模型.東北大學(xué)學(xué)報，2001.

編輯杜青泉

Analysis on Surface Crack of ER307Mo

Stainless Steel in Hot Rolling Process

Ma Zhengwei, Zhang Yeyang, Hu Meiqing, Zhang Damiao

Abstract：Surface crack of ER307Mo stainless steel after hot rolling 6 passes has been conducted complete analysis by means of macro analysis, spectrum compositions analysis, metallographic analysis and SEM-energy spectrum anslysis, the result showed that improper chemical composition control resulted in higher ferrite content and segreation of chemical elements existing in section caused uneven ferrite distribution, austenite phase wasn′t deformed with ferrite phase synchronously in high temperature and integral pyroplasticity of material turned to be lower, all the factors generated crack under rolling deformation force.

Key words：ER307Mo stainless steel; ferrite; segregation; crack

收稿日期：2015—05—11

中圖分類號：TG115.21

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B