321不銹鋼冷軋板表面缺陷成因分析

王 偉

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司不銹冷軋廠， 山西 太原 030003）

321不銹鋼冷軋板表面缺陷成因分析

王 偉

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司不銹冷軋廠， 山西 太原 030003）

針對(duì)321不銹鋼冷軋板表面出現(xiàn)的線狀缺陷，分別對(duì)321不銹鋼進(jìn)行了冶煉過程中試樣夾雜物的成分分析、冷軋板的化學(xué)成分分析、缺陷位置掃描電鏡及能譜檢測(cè)分析。結(jié)果表明：產(chǎn)生缺陷的321不銹鋼在冶煉過程中的LF工序產(chǎn)生高熔點(diǎn)的CaTiO3類夾雜物，中包夾雜物的成分未發(fā)生明顯變化，并在澆鑄過程中被保護(hù)渣捕獲，在連鑄坯表面形成缺陷，導(dǎo)致冷軋板產(chǎn)生線狀缺陷。通過對(duì)冶煉工藝及連鑄保護(hù)渣物理性能進(jìn)行優(yōu)化，改善了鋼中夾雜物類型及連鑄坯表面質(zhì)量，消除了321不銹鋼冷軋板表面線狀缺陷。

321不銹鋼 線狀缺陷 夾雜物控制 保護(hù)渣優(yōu)化

321不銹鋼中的Ti作為穩(wěn)定化元素存在，在高溫方面比316 L不銹鋼要好很多，在不同濃度、不同溫度的有機(jī)酸和無機(jī)酸中，尤其在氧化性介質(zhì)中具有良好的耐磨性能，主要用于制造耐磨酸容器和耐磨設(shè)備的襯里、輸送管道等。一般對(duì)321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)過嚴(yán)格的表面檢驗(yàn)[1]。

321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180 t，板坯尺寸以200mm×1219mm為主，熱軋板厚度范圍為2.5～14.0mm，冷軋板厚度范圍為0.3～4.0 mm。在冷板表面缺陷率中最高的一類為線狀缺陷，常常由于此缺陷導(dǎo)致冷板表面不合格，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及成材率產(chǎn)生較大影響。

1 檢驗(yàn)內(nèi)容

為確定321不銹鋼冷軋板表面線狀缺陷成因，對(duì)不合格冷軋板同線生產(chǎn)的冶煉過程試樣中的夾雜物成分、冷軋板缺陷處及軋向橫截面分別進(jìn)行了金相分析、掃描電鏡及能譜分析，同時(shí)對(duì)成品化學(xué)成分進(jìn)行分析。

2 檢驗(yàn)結(jié)果

2.1 化學(xué)成分分析

321不銹鋼中含有Ti元素，如鈦氮積控制不當(dāng)，會(huì)在連鑄過程中析出大量的TiN類夾雜物，與保護(hù)渣中的SiO2與Fe2O3反應(yīng)，反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，加之放出的N2和CO帶走鋼液部分熱量，從而促使局部鋼液表面溫度下降，凝固后形成“結(jié)魚”。生成的TiO2與保護(hù)渣中CaO反應(yīng)生成具有高熔點(diǎn)（1 970℃）的CaTiO3，使保護(hù)渣黏度增大，熔化溫度升高，影響連鑄過程的順行[2-5]。表面不好的連鑄坯直接影響冷軋板表面質(zhì)量，因此首先對(duì)產(chǎn)生缺陷的321不銹鋼冷軋板成分進(jìn)行分析，如表1所示。

表1 缺陷試樣化學(xué)成分 %

產(chǎn)生缺陷的321冷軋板中，根據(jù)表1可以計(jì)算出w[Ti]×w[N]=3.05×10-7，而現(xiàn)場(chǎng)條件下在澆鑄前形成TiN夾雜物的臨界鈦氮積為3.5×10-7，在澆鑄過程中不會(huì)有大量TiN夾雜物析出[6-10]，因此排除鋼板成分因素導(dǎo)致缺陷產(chǎn)生的可能性。

2.2 冶煉過程試樣夾雜物分析

LF工序進(jìn)站試樣、出站試樣、鋼包中夾雜物成分分析如下頁圖1至圖3所示。

LF進(jìn)站試樣為鎂鋁含量較低的硅酸鈣夾雜，經(jīng)過鈣處理和Ti合金化后出站時(shí)夾雜物主要成分變?yōu)镃aO和TiO2復(fù)合的高熔點(diǎn)（1 950℃）CaTiO3夾雜，到中包后夾雜物成分幾乎不發(fā)生變化。

圖1 LF進(jìn)站試樣中夾雜物成分檢測(cè)

圖2 LF出站試樣中夾雜物成分檢測(cè)

圖3 中包試樣中夾雜物成分檢測(cè)

2.3 冷軋板表面缺陷檢測(cè)分析

造成冷軋板表面判定不合格的線狀缺陷鋼平行于軋向分布，主要集中在鋼板寬度中心，長度最短為100 mm，最長達(dá)500 mm，寬約10 mm，如圖4所示，并在缺陷橫截面處取試樣進(jìn)行掃描電鏡及能譜分析，如圖5所示。

圖4 321不銹鋼冷軋板表面缺陷宏觀形貌

圖5 321不銹鋼冷軋板缺陷橫截面處掃描電鏡觀察及能譜分析

缺陷附近有大量的夾雜物帶，與精煉過程中夾雜物成分類似，均是以高熔點(diǎn)CaTiO3夾雜物為主，說明精煉工藝不當(dāng)是產(chǎn)生冷板缺陷的主要原因。冶煉終點(diǎn)產(chǎn)生的高熔點(diǎn)夾雜物在連鑄過程中被保護(hù)渣吸附，會(huì)使熔渣成為一種多相渣，破壞液渣層的均勻性。不能進(jìn)入熔渣的固相夾雜物富集在鋼渣接觸面上，嚴(yán)重惡化保護(hù)渣的潤滑作用，同時(shí)聚集的固相夾雜物可能卷入坯殼，產(chǎn)生皮下夾雜等缺陷，最終導(dǎo)致鋼板表面不合。

3 改進(jìn)措施

3.1 冶煉工藝改進(jìn)

冶煉過程中將Ti合金化工序前移至AOD工序，并在喂Ti線前采用Al對(duì)鋼液進(jìn)行深脫氧，以減少TiO2類夾雜物的生成，同時(shí)在LF工序減少硅鈣線加入量，結(jié)果表明冶煉終點(diǎn)以TiN類夾雜物為主，并未發(fā)現(xiàn)TiN類夾雜物聚集現(xiàn)象，如圖6所示。

圖6 冶煉終點(diǎn)鋼液內(nèi)夾雜物SEM照片

3.2 連鑄保護(hù)渣成分改進(jìn)

321不銹鋼中的Ti元素與TiN夾雜物均與保護(hù)渣中的SiO2與Fe2O3反應(yīng)：

生成的TiO2與保護(hù)渣中CaO反應(yīng)生成具有高熔點(diǎn)（1 970℃）的CaTiO3，使保護(hù)渣黏度增大，熔化溫度升高，影響連鑄過程的順行。保護(hù)渣黏度對(duì)夾雜物溶解速率的影響顯著，且保護(hù)渣對(duì)夾雜物的吸收是一個(gè)傳質(zhì)過程，傳質(zhì)系數(shù)的大小決定于當(dāng)時(shí)動(dòng)力學(xué)條件的好壞，黏度越低，動(dòng)力學(xué)條件越好，傳質(zhì)系數(shù)越大，遷移速度越快，有利于保護(hù)渣對(duì)夾雜物的吸收。因此對(duì)321不銹鋼保護(hù)渣成分進(jìn)行改進(jìn)，主要降低保護(hù)渣的黏度，改進(jìn)前后的保護(hù)渣成分及物理性能變化如表2所示。

表2 321不銹鋼保護(hù)渣改進(jìn)前后成分及性能對(duì)比

改進(jìn)后的321不銹鋼連鑄坯表面質(zhì)量大大提高，如圖7所示，徹底消除了冷板表面線狀缺陷的產(chǎn)生。

圖7 改進(jìn)后的321不銹鋼連鑄坯表面質(zhì)量

4 結(jié)論

1）通過對(duì)冶煉過程夾雜物成分與冷板缺陷成分進(jìn)行分析，確認(rèn)導(dǎo)致321不銹鋼冷軋板表面線狀缺陷的原因是冶煉過程中夾雜物成分控制不當(dāng)。

2）優(yōu)化冶煉工藝使冶煉終點(diǎn)夾雜物的成分由高熔點(diǎn)CaTiO3夾雜物轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚⒌腡iN顆粒，有效降低冷扎板表面的缺陷率。

3）降低連鑄保護(hù)渣的黏度，有效控制連鑄過程中生成的CaTiO3夾雜物，改善連鑄坯表面質(zhì)量，使冷板表面線狀缺陷徹底消除。

[1] 魏杰，郭振，馮凱，等.固溶處理和穩(wěn)定化處理對(duì)321不銹鋼性能的影響[J].鑄造技術(shù)，2011，32（12）：1 652-1 653.

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（編輯：王瑾）

Analysis of Surface Defect on 321 Stainless Steel Cold-rolled Sheet

Wang Wei
(Stainless Cold Rolling Mill,Shanxi Taigang Stainless Steel Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030003)

To find out the reason for line scale defects occurring on the surface of 321 stainless steel cold rolled sheet,inclusions composition analysis of refining process,chemical composition analysis of cold rolled sheet,defect position scanning electron microscope and energy spectrum analysis were done.The analysis results showed that the high melting-point CaTiO3inclusions informing at LF refining process of 321 stainless steel were not changing at ladle,then stably getting into the mold power,which resulted in surface defect of continuous casting slab and passes on cold rolled sheet.The inclusions type and the physical property of mold power were improved through optimizing refining process and physical property of mold power,and the line defect of 321 stainless steel cold-rolled sheet was removed finally.

321 stainless steel,line defect,control of inclusions,optimization of mold power

TG335.12

A

1672-1152（2017）04-0020-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.04.08

2017-06-29

王偉（1982—）男，工業(yè)工程碩士，畢業(yè)于天津大學(xué)，不銹鋼產(chǎn)品工程師，從事質(zhì)量管理、工藝改進(jìn)等工作。