王俊海 陳 坤

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司新材料研究所，山東271100)

軋制不銹鋼常見的質(zhì)量問題

王俊海 陳 坤

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司新材料研究所，山東271100)

介紹了不銹鋼生產(chǎn)中常見的質(zhì)量缺陷，對J4熱軋板卷邊裂、J4冷軋板卷邊裂、06Cr19Ni10酸洗板面缺陷、06Cr13冷軋板面暗帶和06Cr19Ni10焊管開裂五種缺陷進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的解決措施。

不銹鋼；缺陷；分析

近幾年，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對不銹鋼材的需求增長很快。由于不銹鋼巨大的市場需求和不銹鋼的高利潤，不少企業(yè)對建設(shè)不銹鋼生產(chǎn)線或增加不銹鋼品種產(chǎn)生了濃厚的興趣。而不銹鋼制造是一個資金技術(shù)密集型、管理水平要求較高的產(chǎn)業(yè)，本文就一家民營不銹鋼企業(yè)投產(chǎn)初期所遇到的一些質(zhì)量問題進(jìn)行匯總，以期對其它中小不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)提供借鑒。

不銹鋼生產(chǎn)過程中暴露出的問題主要有J4熱軋板卷邊裂、J4冷軋板卷邊裂、06Cr19Ni10酸洗板面缺陷、06Cr13冷軋板板面暗帶和06Cr19Ni10焊管開裂等五種缺陷。下面就這五種缺陷進(jìn)行分析。

1 J4熱軋板卷邊裂

熱軋不銹鋼廠在軋制J4不銹鋼板坯過程中，發(fā)現(xiàn)鋼帶出現(xiàn)嚴(yán)重的邊裂缺陷。中間坯上有大量的裂紋，見圖1(a)，在隨后軋制的鋼帶上也存在嚴(yán)重的邊裂。從回爐坯上發(fā)現(xiàn)連鑄坯表面存在大量的氣孔，見圖1(b)。對回爐坯進(jìn)行低倍檢查，低倍試面上存在嚴(yán)重的蜂窩狀氣泡。側(cè)面及角部的氣泡在軋制過程中形成邊裂，上下表面的氣泡經(jīng)軋制形成表面裂紋。

邊裂試樣腐蝕后發(fā)現(xiàn)裂紋附近存在晶粒大小不均(圖2)，裂紋內(nèi)充滿氧化物，裂紋末端有氧化混合物。組織為再結(jié)晶奧氏體組織，裂紋處晶粒粗大，說明該處變形量與基體不同，該缺陷在軋制變形前就存在。組織為奧氏體+碳化物+少量鐵素體，在基體中仔細(xì)觀察未發(fā)現(xiàn)過熱過燒的晶界。斷口為正常的纖維狀斷口，過熱過燒的斷口特征為冰糖狀，顯然從斷口上看該鋼坯未發(fā)生過熱過燒。

(a)裂紋

(b)氣孔

分析發(fā)現(xiàn)，造成J4熱軋不銹鋼鋼帶邊裂的主要原因是連鑄板坯存在嚴(yán)重的蜂窩狀氣泡。

圖2 J4熱軋板金相圖片F(xiàn)igure 2 Metallographic picture of J4 hot rolling plate

圖3 J4冷軋板的金相組織Figure 3 Metallographic structure of J4 cold rolling plate

2 J4冷軋板卷邊裂

J4不銹鋼冷軋后出現(xiàn)邊裂和斷帶缺陷，邊裂試樣的金相組織見圖3。J4不銹鋼基體為奧氏體相，中間夾雜少部分鐵素體相。斷裂為穿晶斷裂。裂紋尖端的延長線上是鐵素體相，因此裂紋源為顆粒狀鐵素體相。對鐵素體相進(jìn)行掃描電鏡能譜成分分析，鐵素體相與J4不銹鋼基體相比較，鉻、錳含量高，鎳含量低。

基體中有鐵素體相存在，鐵素體相允許的變形量和奧氏體相不一樣，鐵素體相塑性小。當(dāng)變形量超過了鐵素體相的允許變形量時，鐵素體相開始出現(xiàn)斷裂。當(dāng)軋程總變形量超過奧氏體相允許變形量時，奧氏體相會以鐵素體相為裂紋源產(chǎn)生裂紋，最終導(dǎo)致邊裂。

因此，J4不銹鋼里面的鐵素體相會促使裂紋的產(chǎn)生。一個軋程的總變形量過大，是導(dǎo)致J4冷軋板邊裂的主要原因。

3 06Cr19Ni10酸洗缺陷

06Cr19Ni10不銹鋼板坯由陜西某公司軋制成中板，酸洗后部分鋼板出現(xiàn)質(zhì)量問題。酸洗缺陷表現(xiàn)形式主要分為六種：酸洗表面呈高低不平的黑色片狀(第一種缺陷)；鋼板表面振痕底部呈黑色，且有圓形銹斑(第二種缺陷)；鋼板表面較白但有的部位高低不平(第三種缺陷)；酸洗表面有分散的黑點(diǎn)(第四種缺陷)；鋼板表面有圓形斑點(diǎn)(第五種缺陷)；鋼板表面有橢圓形斑痕(第六種缺陷)。各類缺陷宏觀形貌見圖4。

對垂直于酸洗板表面的試樣進(jìn)行電鏡能譜分析，發(fā)現(xiàn)在靠近鋼板表面有0.1 mm～0.15 mm的晶界氧化層。在電鏡下觀察晶界氧化層的晶粒雖然完好，但經(jīng)能譜分析基體富氧，晶界完全是高溫氧化物。鋼板表面未酸洗掉的黑色片狀物經(jīng)能譜分析主要是未酸洗掉的氧化物。

a)第一種缺陷 b)第二種缺陷 c)第三種缺陷

d)第四種缺陷 e)第五種缺陷 f)第六種缺陷

金相觀察晶界處有析出物，試樣中心部位晶界析出嚴(yán)重，說明鋼板處于敏化狀態(tài)，對酸洗不利。敏化狀態(tài)主要是軋后鋼板冷卻速度慢所致，處于敏化狀態(tài)的鋼板不僅不耐腐蝕，而且腐蝕不均。

第一種缺陷是鋼板表面晶界氧化層沒有完全洗掉，且氧化層厚度不一，致使鋼板表面呈黑色，高低不平；第二種缺陷中黑色部分是板坯振痕底部的氧化皮未洗掉，圓形銹斑是鋼板酸洗支點(diǎn)；第三種缺陷是鋼板處于敏化狀態(tài)，腐蝕均勻性差，且鋼板表面氧化層及腐蝕深度不同，導(dǎo)致鋼板酸洗較白但表面高低不平；第四種缺陷分散的黑點(diǎn)和第五種缺陷都是少量未酸洗掉的氧化皮所致；第六種缺陷橢圓形斑痕是板坯表面結(jié)疤壓入，主要是由于板坯表面狀態(tài)不好所致。

酸洗板表面質(zhì)量不好的主要原因是鋼板晶界氧化層沒有洗掉，連鑄坯表面質(zhì)量欠佳及沒有扒皮，氧化層厚不易酸洗，鋼板軋后冷卻速度慢處于敏化狀態(tài)。

4 06Cr13冷軋板面暗帶

06Cr13熱軋鋼帶冷軋后在邊部30 mm～50 mm處有一條暗帶且通條出現(xiàn)，由于存在色差問題，影響后續(xù)加工使用。

在有暗帶的部位截取試樣，用濃度為50%的鹽酸溶液進(jìn)行室溫酸洗。試樣暗帶部位酸洗很容易洗凈，酸洗后試樣表面較亮，但表面質(zhì)量不佳。酸洗前顏色較深的部位酸洗后象是條狀劃痕，而鋼帶正常部位未出現(xiàn)擦劃跡象。

對暗帶部位和正常部位的試樣進(jìn)行掃描電鏡分析，在電鏡下看表面狀態(tài)沒有明顯差別。對暗帶部位進(jìn)行能譜分析，暗帶部位局部區(qū)域有黑色物，經(jīng)成分分析，此部位含有較高的氧，且含有少量的鈉、鉀、鈣等元素。其它位置能譜分析結(jié)果與鋼帶正常部位能譜分析結(jié)果相比，氧含量明顯偏高，說明此部位存在氧化現(xiàn)象，很可能是軋制過程中油膜破裂導(dǎo)致。

暗帶可能是軋制過程中油膜破裂表面氧化所致。

5 06Cr19Ni10焊管開裂

使用8.0 mm×1 500 mm規(guī)格06Cr19Ni10熱軋黑皮卷板生產(chǎn)焊管。發(fā)現(xiàn)焊管焊接成型過程中，在離焊接區(qū)26 mm處，焊管沿管口部位向里延伸開裂長度達(dá)58 mm。正常部位非金屬夾雜物以B、C類為主。斷裂區(qū)以C、A類為主，最高級別3級。

試樣正常部位與斷裂區(qū)組織形貌無明顯差別，組織為奧氏體+鐵素體+大量沿晶界析出物，鐵素體成條狀。圖5所示為斷口處裂紋延長線上的沿晶開裂。

圖5 斷裂試樣組織Figure 5 Fracture sample structure

斷口處微區(qū)分析結(jié)果，主要存在以O(shè)、Ca、Si、Al、S等元素為主的氧化物，非金屬夾雜物的類型主要是氧化物。斷裂源處斷口沿晶斷裂不明顯，有大顆粒夾雜物，集聚球狀氧化物。

焊管開裂的原因是：組織和斷口上有明顯沿晶斷裂，有大量含Cr的碳化物，硬度高，脆性大，降低了材料塑性；斷裂源位置存在大顆粒硅酸鹽及氧化物顆粒引起斷裂。

預(yù)防措施：晶界有大量析出碳化物相，C含量超標(biāo)，應(yīng)按中下線控制；熱軋終軋后快冷可提高材料的基本塑性；提高鋼的純凈度，冶煉時盡量減少大顆粒硅酸鹽及細(xì)小氧化物的產(chǎn)生。

6 結(jié)束語

文章介紹了不銹鋼生產(chǎn)過程中遇到的五種質(zhì)量缺陷，分析了缺陷形成的原因，并提出了解決措施。對不銹鋼生產(chǎn)企業(yè)有一定的借鑒意義。

[1] 耿炳璽，等.我國不銹鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展綜述(J).冶金管理，2008(6).

[2] 陸世英.不銹鋼概論(M).北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

[3] 肖紀(jì)美.不銹鋼的金屬學(xué)問題(第二版)(M).北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

Common Quality Problems for Rolling Stainless Steel

WangJunhai,ChenKun

This paper introduces the common quality defects in stainless steel manufacture. Five major defects are analyzed, such as J4 hot-rolled plate crimping crack, J4 cold-rolled plate crimping crack, 06Cr19Ni10 pickling plate surface defects, 06Cr13 cold-rolled plate surface dark lane and 06Cr19Ni10 welded pipe crack, to bring forward solution measures.

stainless steel; defect; analysis

TF764+.1

A

2009—07—22

王俊海(1976—)，男，工程師，主要從事煉鋼工藝，產(chǎn)品的研發(fā)工作。

編輯 杜青泉