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        316L不銹鋼冷軋板表面缺陷成因分析

        來源:頂亮金屬 | 發布日期:2023-03-14 | 瀏覽:0

        針對316L不銹鋼冷軋板表面出現的線狀缺陷,通過對連鑄坯、熱軋黑卷以及冷軋板的化學成分分析、金相分析和掃描電鏡及能譜檢測進行分析。結果表明:產生缺陷的316L不銹鋼連鑄坯表面振痕較深,有凹坑,并且存在微裂紋缺陷;熱軋板表面存在線狀缺陷,缺陷附近存在大面積的氧化區域;冷軋板缺陷處未發現較大尺寸的夾雜物,化學成分符合要求。因此判斷冷軋板線狀缺陷源來自連鑄坯,在加熱爐加熱過程中連鑄坯原始凝固缺陷或修磨后過于粗糙的痕跡被嚴重氧化,遺傳給冷軋板導致表面線狀缺陷。通過連鑄工藝參數的調整及連鑄坯表面修磨精細化操作,有效的改善了連鑄坯表面質量,大幅減少了冷軋板表面線狀缺陷。

        316L不銹鋼是在304不銹鋼基礎上發展的更耐蝕的不銹鋼,添加了 2%~3%Mo元素,鉬元素的加入使316L不銹鋼耐稀硫酸、磷酸、各種有機酸、尿素及氯化物點蝕性能大大提高,主要用于石油石化行業,廣泛用于壓力容器、交通運輸、金屬制品、機械制造、裝飾、焊管等用途。316L不銹鋼冷軋板表面質量要求較高,不得有劃傷、粗糙、坑疤、條紋等缺陷,在出廠前必須經過嚴格的表面檢驗。

        316L不銹鋼冷軋板生產流程為:EAF+AOD+LF+CC+板坯修磨 +熱軋 +冷軋,其 中:EAF、AOD和 LF爐容量均為180t,板坯尺寸以200×2040m為主,熱軋板厚度范圍為2.5~14.0mm,冷軋板厚度范圍為0.3~4.0mm。在冷板表面缺陷率最高的一類為線狀缺陷,常因此缺陷導致冷板表面不合,對產品質量及成材率產生較大影響。

        一、檢驗內容

        為確定316L不銹鋼冷軋板表面線狀缺陷成因,對不合冷軋板同線生產的連鑄坯表面及皮下質量、熱軋黑卷軋向橫截面、冷軋板缺陷處及軋向橫截面分別進行了金相分析和掃描電鏡及能譜分析,同時對成品化學成分進行了分析。

        二、檢驗結果

        1.化學成分

        純或亞純奧氏體不銹鋼在凝固過程中不發生或少發生δ相變,在樹枝狀晶之間硫的濃度富集,使晶間結合力及可塑性極弱,在此條件下,由于固液兩相區間很寬,凝固收縮率最高,在振痕波谷產生縱向微裂紋,S在晶界富集在熱軋時發生微裂紋的傾向也會增加,因此要求316L不銹鋼含有較低的S含量。

        同時不銹鋼裂紋的敏感性與鉻鎳當量比有明顯的關系,當鉻鎳當量比在 1.5以上時裂紋敏感性消失,因為當鉻鎳當量比大于1.5時,在凝固過程中會發生相變,成長中的硫化物被切斷、分割成點狀硫化物,從而抑制了硫的有害性。

        基于以上原因首先對表面質量判定不合的冷軋板進行成分檢測,主要關注鋼中S含量及鉻鎳當量比情況,具體成分見表1。由表1可知,316L不銹鋼中 S含量控制在較低水平,Creq/Nieq>1.5,因此首先排除鋼液成分與冷軋板線狀缺陷的關系。

        316L不銹鋼冷軋板表面缺陷成因分析

        2.連鑄坯表面缺陷檢驗

        經過檢驗后發現316L不銹鋼連鑄坯表面缺陷主要有深振痕(深度在1.5mm附近),振痕不規則紊亂,寬面邊部存在渣坑等,如圖 1所示。

        316L不銹鋼冷軋板表面缺陷成因分析

        在振痕較深及渣坑處取試樣進行金相分析,發現連鑄坯表面有微裂紋缺陷,如圖2所示。

        316L不銹鋼冷軋板表面缺陷成因分析

        通過大量的取樣檢測分析發現,316L不銹鋼連鑄坯表面缺陷位置的皮下基本都存在如圖2所示的微裂紋缺陷,針對此缺陷要對連鑄坯表面進行修磨,在修磨時壓力過重或連續局部修磨會使裂紋繼續擴展。因此通過金相顯微鏡觀察修磨后的連鑄坯表面及次表面,仍然存在裂紋缺陷如圖3(a)所示,并且肉眼觀察連鑄坯表面修磨粗糙不均勻,如圖3(b)所示,平均粗糙度Ra達250μm。

        316L不銹鋼冷軋板表面缺陷成因分析

        3.熱軋黑卷缺陷檢測

        進一步取未經過酸洗的熱軋黑卷試樣后發現表面存在線狀缺陷,在缺陷橫截面處進行掃描電鏡觀察及能譜分析,如圖4所示,圖中成分為(a)點的成分。

        由圖4可以看出,熱軋黑卷表面線狀缺陷沿著表面向下形成裂紋,并且裂紋周圍形成了大面積的氧化區域,成分檢測后發現氧化區域含有較高的Si、O元素,由此推斷大面積的氧化區域是由連鑄坯表面裂紋在熱軋加熱爐進行長時間高溫加熱,爐內氧化性氣氛通過裂紋滲入基體與基體內的親氧物質Si 結合,在裂紋周圍形成大面積的氧化區域,經過軋制導致了熱軋黑卷表面線狀缺陷,而氧化區域酸洗不凈便會遺傳至冷軋板,導致冷軋板表面缺陷。

        316L不銹鋼冷軋板表面缺陷成因分析

        4.冷軋板表面缺陷檢測分析

        造成冷軋板表面判定不合的線狀缺陷平行于軋向分布,兩邊部分布較密集,長約10mm,寬約 1mm,如圖 5所示。對缺陷進行掃描電鏡觀察與成分檢測,圖6中(a)點用能譜儀分析化學成分,為正?;w組織下的氧化皮成分,未發現有大尺寸夾雜物,如圖6所示。

        316L不銹鋼冷軋板表面缺陷成因分析

        冷軋板缺陷與連鑄坯表面缺陷分布在位置上有對應關系,又通過對未酸洗熱軋黑卷缺陷分析證明了冷軋板線狀缺陷的來源是連鑄坯表面微裂紋缺陷。

        三、改進措施

        1.連鑄坯表面輕修磨操作

        由于 316L不銹鋼連鑄坯表面的微裂紋缺陷會導致冷軋板線狀缺陷的產生,通過檢測發現連鑄坯表面微裂紋深度一般不超過300μm,保證修磨精細化操作的前提下,采用 20#以上砂輪輕修磨便可修磨掉缺陷。修磨工藝參數的改進情況如表2所示,連鑄坯表面修磨質量改進后的皮下質量如圖 7(a) 所示,連鑄坯表面質量如圖7(b) 所示。

        316L不銹鋼冷軋板表面缺陷成因分析

        由圖7可以看出,采用20#砂輪精細化修磨操作,316L不銹鋼修磨后的連鑄坯表面經粗糙度儀檢測表面粗糙度Ra由250μm降低至180μm,平整光滑,無微裂紋等缺陷。

        2.連鑄坯質量控制

        徹底消除316L不銹鋼冷軋板表面線狀缺陷的根本在于提高連鑄坯表面質量,經過觀察,實際生產的316L不銹鋼連鑄坯主要表面缺陷有振痕深、渣坑和微裂紋等。

        振痕是結晶器振動不可避免的產物,在負滑脫期間,彎月面初生坯殼受結晶器壓力和渣圈的擠壓向鋼液側彎曲;在正滑脫期間,初生坯殼受鋼水靜壓力作用又貼向銅壁,鋼水溢出到凝固殼前端而形成振痕[5]。振痕波谷處往往是板坯橫裂紋的發源地和渣粒、氣泡的聚集地,振痕深度增加,缺陷發生幾率增加。結晶器振動形式是影響振痕深度的主要因素,眾所周知,采用高頻率、小振幅的振動形式,在保證鑄坯順利脫模的情況下,盡量減少負滑脫時間是減輕振痕、減少振痕下表面缺陷的有效措施。

        316L不銹鋼凝固初期體積收縮較大,坯殼生長不均勻,在坯殼薄弱處產生局部應力集中,結晶器內渣膜傳熱不均造成結晶器與鑄坯間潤滑不良,導致連鑄坯表面凹坑的產生,部分凹坑底部可能會出現裂紋??刂票砻姘伎拥漠a生應使結晶器內保持均勻的冷卻,主要控制因素是保護渣渣膜的均勻傳熱,要求薄厚均勻的保護渣渣膜,這與保護渣的熔點、粘度、消耗量密切相關。

        隨著鑄坯斷面尺寸的增加,鋼水流量增大,結晶器內流場及溫度場的不均勻性增強,產生缺陷的316L不銹鋼以超寬板坯為主,板坯邊部渣金界面溫度更易發生不均勻的現象,如果溫度過低,保護渣熔化不利,容易產生鑄坯表面缺陷,如結晶器內液面波動過大,會造成卷渣,因此,結晶器內最優的鋼液流動狀態對生產高表面質量的連鑄坯起至關重要的作用,鋼液流場受浸入式水口插入深度、形狀、拉速等因素影響。

        從以上理論出發,改進保護渣成分,強化連鑄生產工藝參數,改進前后保護渣成分如表3所示,改進前后的工藝參數如表4所示。

        316L不銹鋼冷軋板表面缺陷成因分析

        改進連鑄工藝參數后生產的 316L不銹鋼連鑄坯表面質量如圖8所示。

        316L不銹鋼冷軋板表面缺陷成因分析

        改進連鑄工藝參數后生產的 316L連鑄坯表面振痕平穩規律,有少量深度在 0.9~1.0mm,大多數振痕深度在 0.6mm附近,很少有渣坑振痕紊亂等面缺陷。

        目前,316L不銹鋼連鑄坯表面進行分級確認,表面質量好的 A、B級坯可進行無修磨軋制,表面質量差的 C、D級坯經過20#砂輪輕修磨操作,也可避免冷軋板線狀缺陷的發生,冷軋板線狀缺陷不合率由5%降至1%以下。

        四、結論

        1)通過對316L不銹鋼連鑄坯表面、熱軋黑卷表面缺陷和冷軋板表面線狀缺陷的形貌和能譜分析,結果表明線狀缺陷來源于連鑄坯。

        2)連鑄坯表面微裂紋經過加熱爐長時間高溫加熱,形成大面積氧化區域,經過軋制后遺傳至冷板表面,導致冷軋板表面線狀缺陷。

        3)連鑄坯表面渣坑、微裂紋等缺陷,經過 20#砂輪的精細化修磨后,能保證冷軋板表面質量。

        4)通過改進連鑄生產工藝參數,316L不銹鋼連鑄坯表面質量大幅度提高,冷軋板表面質量也大幅度提升。

        【本文標簽】 316L 不銹鋼成分 不銹鋼檢測

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