明亞飛，劉光勇，劉 偉，張超凡，莫乃藹，王 林

（1.廣東廣青金屬科技有限公司，廣東 陽江 529533；2.廣東省高端不銹鋼研究院有限公司，廣東 陽江 529533）

1 粗軋軋鋼分層原因

粗軋軋制300 系奧氏體不銹鋼時出現(xiàn)如圖1-1所示嚴(yán)重中心分層現(xiàn)象，分層中間坯寬度在1 290 mm左右，中間坯厚度為34 mm，分層裂紋延軋制方向向內(nèi)擴展至深處，裂深在200 mm 以下，飛剪能將中間坯頭尾切除，保證進(jìn)入精軋中間坯無裂紋發(fā)生，黑皮成品無質(zhì)量問題。當(dāng)裂深超過200 mm 時，飛剪不能將有裂紋的中間坯完全切除，就出現(xiàn)如圖1-2 所示缺陷。由于此分層現(xiàn)象偶有發(fā)生，輕則在精軋軋制后，損傷精軋輥面，造成后續(xù)軋制中的板帶出現(xiàn)輥印缺陷，須要換輥，影響生產(chǎn)節(jié)奏，重則在精軋機內(nèi)造成廢鋼，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。這種現(xiàn)象在其他鋼廠也會偶爾出現(xiàn)，唐山瑞豐鋼鐵認(rèn)為，發(fā)生分層現(xiàn)象是因為連鑄澆鑄過程中，水口損壞和絮流物掉入結(jié)晶器內(nèi)導(dǎo)致結(jié)晶器液面波動造成卷渣，通過調(diào)整浸入式水口的結(jié)構(gòu)及插入深度改善分層現(xiàn)象[1]。鞍鋼聯(lián)眾認(rèn)為，熱軋分層主要原因是連鑄生產(chǎn)過程中鋼坯芯部碳鉻偏析嚴(yán)重，鋼坯芯部進(jìn)入液相區(qū)，導(dǎo)致熱軋分層現(xiàn)象[2]。東方特鋼認(rèn)為鋼坯中存在大量鉻和鐵的氧化物夾雜物，是造成分層的主要原因[3]。為了找到本廠中間坯分層現(xiàn)象的主要原因，本文將中間坯飛剪廢料用火焰切割后，進(jìn)行實驗與分析，找出形成分層缺陷的原因，并提出改善措施。

圖1 分層現(xiàn)象宏觀形貌

2 檢驗分析方法

首先對切取試樣的截面進(jìn)行拋光打磨，并使用V（硝酸）∶V（鹽酸）∶V（乙醇）=1∶1∶1 的溶液進(jìn)行腐蝕，應(yīng)用蔡司AX-10 金相顯微鏡觀察金相組織形貌，應(yīng)用蔡司EV018 掃描電鏡觀察截面、斷面組織及分析成分，分析檢驗結(jié)果，并找出熱軋中間坯分層缺陷。

3 檢驗結(jié)果

3.1 金相組織分析

如圖2-1 所示為裂紋截面源頭金相200 倍組織形貌，能清晰可見大的裂紋，大裂紋末端延伸800 μm小裂紋。由此可見，大裂紋是由末端細(xì)小微裂紋延伸而來，在細(xì)小裂紋末端形成應(yīng)力集中，宏觀表現(xiàn)為裂紋進(jìn)而演變成分層缺陷。如圖2-2 所示為裂紋末端SEM微觀形貌，對裂紋末端細(xì)小裂紋在掃描電鏡下分析，發(fā)現(xiàn)大裂紋延伸處的細(xì)小裂紋處出現(xiàn)大量鏈狀顆粒在細(xì)小裂紋晶界處析出。

圖2 裂紋OM 及SEM 組織

如圖3 所示為EDS 能譜分析結(jié)果，如表1 所示為鏈狀析出物成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，結(jié)果顯示裂紋末端晶界處析出鏈狀顆粒物為碳化物及氧化物夾雜。此現(xiàn)象與鞍鋼聯(lián)眾及東方特鋼分析結(jié)果相近，是由于在晶界析出碳化物及氧化物造成中間坯分層。

表1 EDS 能譜分析成分

圖3 EDS 能譜分析

3.2 金相組織分析

如圖4 所示為中間坯分層截面面掃描圖像結(jié)果。由圖4 可見，裂紋末端主要的殘留元素有C、O、Si，故裂紋處析出物主要為碳化物及氧化物，并未出現(xiàn)其余卷渣成分，故中間坯分層可能是由于中間位置析出碳化物及氧化物等脆性相所引起的分層現(xiàn)象。

圖4 EDS 面掃描能譜分析

3.3 微觀組織形貌分析

如圖5-1 所示為裂紋處SEM 微觀組織形貌，通過對熱軋中間坯截面進(jìn)行微觀組織分析，發(fā)現(xiàn)晶粒排列有明顯方向性，在晶界處的析出物呈平行狀分布在，且與軋向及裂紋方向平行，且眾向上并未出現(xiàn)晶界析出，晶粒呈規(guī)則多邊形形狀，呈現(xiàn)再結(jié)晶溫度以下軋制現(xiàn)象，在平行的晶界處有少許空洞出現(xiàn)，延伸至中間坯內(nèi)部。如圖5-2 所示為晶界成分與晶粒內(nèi)成分對比，結(jié)果顯示晶界處析出物C、Cr 含量明顯高于晶界內(nèi)，故晶界析出產(chǎn)物為碳化鉻析出。

圖5 裂紋處SEM 微觀組織形貌及成分對比

4 分析與討論

從以上結(jié)果分析來看，分層處裂紋內(nèi)主要為氧化物及碳化物堆積，無其他夾雜物出現(xiàn)。裂紋處高倍SEM觀察，晶界上析出大量碳化物，且析出物沿軋向分布，垂直于軋向的方向未發(fā)現(xiàn)析出物，且垂直與析出物方向未發(fā)現(xiàn)裂紋，沿軋向的延晶裂紋間出現(xiàn)晶粒呈規(guī)則多邊形形狀，由于溫度偏低，再結(jié)晶完成后再軋制形成的多邊形組織，同時晶界上析出的碳化物溶解溫度在1 030 ℃[4]，軋制溫度低于此溫度時會析出大量碳化物，且溫度越低析出量越大。對裂紋進(jìn)行腐蝕后發(fā)現(xiàn)許多沿軋向形成晶界細(xì)小裂紋，部分細(xì)小裂紋長大后形成大裂紋，且裂口方向與軋向平行，說明軋向先形成小裂紋，然后裂紋長大，形成細(xì)小空洞，最后延伸至中間坯，造成中間坯分層缺陷。故造成300系奧氏體不銹鋼中間坯分層的原因為中間坯頭尾溫度偏低，粗軋過程中溫度下降過快，粗軋過程中，中間坯晶粒組織呈低于再結(jié)晶溫度以下軋制形成的規(guī)則多邊形，且造成晶界上先析出碳化鉻，且析出的碳化物為硬脆相。粗軋過程中造成晶界應(yīng)力集中形成小裂紋，裂紋擴展后造成中間坯分層，分層處由于接觸空氣，易造成氧化形成氧化物。

5 結(jié)語

溫度偏低造成板坯頭尾出現(xiàn)碳化物析出及晶粒呈規(guī)則多邊形，晶界上析出的氧化物及碳化物是粗軋中間坯分層的主要原因，通過改善加熱工藝，增強保溫措施，同時增加切頭切尾長度，分層現(xiàn)象有所緩解。