J4酸洗板板面缺陷原因分析

陳茂敬

(山東泰山鋼鐵集團(tuán)有限公司新材料研究所，山東 271100)

采用熱軋不銹帶鋼連續(xù)退火酸洗生產(chǎn)線(HAPL)生產(chǎn)J4 奧氏體不銹鋼，一段時(shí)期發(fā)現(xiàn)J4酸洗板板面分布著大量的起皮、夾雜、小裂紋、白亮線等缺陷。這些缺陷的存在嚴(yán)重影響板面質(zhì)量，影響后續(xù)的冷軋制及冷沖壓等加工。輕微的缺陷可精整去除，嚴(yán)重的則要降級(jí)或部分切除報(bào)廢處理，嚴(yán)重影響成材率及效益。本文以板面缺陷原因分析為切入點(diǎn)，結(jié)合生產(chǎn)過(guò)程工藝控制情況并對(duì)試樣組織及微區(qū)進(jìn)行分析，得出連鑄坯表面及皮下夾渣等原始缺陷未清理干凈是缺陷形成的主因。J4 酸洗板表面缺陷形貌見(jiàn)圖1 所示。

1 試驗(yàn)方法

對(duì)J4 不銹鋼酸洗板表面存在的缺陷形貌進(jìn)行宏觀分析;沿板面裂紋缺陷部位截取垂直金相試樣，用GX51 金相顯微鏡，對(duì)試樣進(jìn)行金相分析，主要檢測(cè)夾雜物的類別、級(jí)別、奧氏體晶粒度、組織;對(duì)缺陷試樣進(jìn)行電鏡、能譜檢測(cè)分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 宏觀分析

圖1 所示，試樣板面缺陷均沿軋制方向分布在鋼板上表面，兩邊距邊部約250 mm 內(nèi)分布著大量的白亮線狀裂紋、起皮及少量夾雜，較長(zhǎng)的約6 mm，形狀為短棒狀;距邊部約300 mm～650 mm處分布著大量的起皮、夾雜、小裂紋缺陷，長(zhǎng)度、形狀大小不一，其余部位類似缺陷相對(duì)較輕。

2.2 金相組織分析

圖1 J4 酸洗板試樣板面缺陷形貌Figure 1 Surface defects appearance of J4 pic kling plate specimen

圖2 試樣正常部位夾雜物、組織形貌圖Figure 2 Inclusions and structure appearances at normal position of specimen

表1 試樣非金屬夾雜物、組織、晶粒度評(píng)級(jí)表Table 1 Nonmetallic inclusions，structure and grain size grade estimation of specimen

圖3 板面不同形貌白亮線狀裂紋(起皮)缺陷Figure 3 White and bright line shaped cracks(peeling)defects of various appearances on plate surface

圖2、表1 所示，試樣正常部位的非金屬夾雜物主要以C 類為主達(dá)1.5 級(jí)，A 類1 級(jí);組織為有孿晶奧氏體+少量顯微氣泡，顯微氣泡數(shù)量較以前明顯減少，分布位置無(wú)規(guī)律，無(wú)開(kāi)裂與分離基體現(xiàn)象，距表面最近距離約10 μm。

圖3 所示，白亮線狀裂紋附近組織正常，無(wú)明顯的變形流線，缺陷附近基體有少量顯微氣泡，嚴(yán)重的開(kāi)口裂紋根部與基體將要完成脫離，裂紋垂直深度10 μm、30 μm～35 μm 不等，裂紋缺陷部位無(wú)氧化、無(wú)非金屬夾雜物等。

圖4 所示，距邊部300 mm～650 mm 處起皮、裂紋附近組織正常，無(wú)明顯的夾雜物，無(wú)明顯變形流線，缺陷附近基體有少量顯微氣泡。圖4(a)顯示，閉合裂紋距表面40 μm 處，長(zhǎng)度約200 μm，寬度約15 μm，有明顯氧化跡象;圖4(b)顯示，距表面15 μm 處，閉合裂紋長(zhǎng)度約100 μm，寬度約12 μm，無(wú)明顯氧化跡象;圖4(c)顯示，距表面約40 μm 處，分布著長(zhǎng)度約200 μm 閉合裂紋，該裂紋附近約200 μm 處有類似起皮狀缺陷，屬裂紋軋制脫落，圖4(d)亦同。

2.3 電鏡能譜分析

圖5、表2 所示，皮下約6 μm 的裂紋內(nèi)及裂紋附近裹著以Ca、O、S、Si 為主的氧化物，裂紋延長(zhǎng)線上無(wú)夾雜物，譜圖4 位置夾渣嚴(yán)重已形成小的開(kāi)口裂紋。

圖4 中部(300 mm～650 mm)板面裂紋起皮缺陷Figure 4 Peeling defects of plate surface cracks at middle(300 mm～650 mm)

圖5 缺陷試樣微區(qū)形貌及檢測(cè)點(diǎn)示意圖Figure 5 Schematic sketch of microzone appearance and testing points of specimen defects

圖6 缺陷試樣微區(qū)形貌及檢測(cè)點(diǎn)示意圖Figure 6 Schematic sketch of microzone appearance and testing points of specimen defects

表2 缺陷試樣微區(qū)分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 2 Microzone analysis results of specimen defects(mass fraction，%)

表3 缺陷試樣微區(qū)分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)Table 3 Microzone analysis results of specimen defects(mass fraction，%)

圖6、表3所示，距皮下約8μm的裂紋內(nèi)分布著以Ca、Si、O、S、Al、K、Mg 等元素為主的保護(hù)渣成分，裂紋延長(zhǎng)線上氧化嚴(yán)重。

圖7 所示，亮線缺陷處實(shí)際上為一個(gè)明顯的脫落層，脫落層內(nèi)部晶間腐蝕程度較表面其它位置明顯較淺、較光滑。

圖8、表4 為J4 酸洗板表面亮線缺陷微區(qū)形貌及微區(qū)成分，其根部微區(qū)成分主要為氧化物，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其它夾雜物。

圖7 表面白亮線缺陷形貌Figure 7 White and bright line shaped defects appearance on surface

圖8 夾雜物微區(qū)形貌Figure 8 Microzone appearance of inclusions

表4 夾雜物微區(qū)成分Table 4 Microzone composition of inclusions

3 分析討論

通過(guò)試驗(yàn)分析，基體組織內(nèi)顯微氣泡數(shù)量較以前明顯減少，分布位置無(wú)規(guī)律，距表面最近距離約10 μm。但未發(fā)現(xiàn)顯微氣泡致開(kāi)裂和分離基體現(xiàn)象，缺陷部位也未發(fā)現(xiàn)顯微氣泡，沒(méi)有直接證據(jù)證明缺陷是由顯微氣泡引起的?；w夾雜物級(jí)別不高，鋼水純凈度沒(méi)問(wèn)題，金相分析裂紋、起皮缺陷部位未發(fā)現(xiàn)明顯夾雜物。但通過(guò)電鏡分析發(fā)現(xiàn)皮下夾渣嚴(yán)重，且已經(jīng)或?qū)⒁纬闪鸭y，與試樣表面存在大面積夾雜缺陷相吻合。這些缺陷的存在會(huì)破壞基體的連續(xù)性，嚴(yán)重降低材料的塑性，在后續(xù)軋制過(guò)程中會(huì)形成不同程度的折疊起皮、裂紋等缺陷。

目前，J4 板坯除頭尾坯全修磨外，其余只修磨板坯外弧面距邊部200 mm 左右的部分。送檢試樣板面缺陷嚴(yán)重、分布密集，邊部、中部缺陷分屬同一類缺陷。邊部經(jīng)修磨缺陷較中部明顯減輕，也就是說(shuō)板坯修磨程度與表面粗糙度對(duì)后續(xù)酸洗板表面質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生影響。白亮線狀缺陷屬起皮缺陷，只是白亮線狀缺陷部位起皮較薄與基體結(jié)合較弱，經(jīng)后續(xù)加工易破碎、脫落。

通過(guò)以上分析得出，J4 酸洗板板面缺陷是由于連鑄坯表面皮下夾渣等原始缺陷未處理干凈，經(jīng)后續(xù)軋制遺留到熱軋板上。改進(jìn)建議為，根據(jù)板坯表面質(zhì)量情況有選擇的加大板坯修磨力度，提高修磨質(zhì)量，保障板坯表面質(zhì)量。

4 結(jié)論

(1)送檢試樣板面缺陷嚴(yán)重、分布密集，中部缺陷嚴(yán)重，邊部經(jīng)修磨明顯減輕。

(2)酸洗板表面邊部及中部起皮(白亮線狀)、夾雜、小裂紋分屬同一類缺陷，也就是連鑄坯表面及皮下夾渣等原始缺陷未清理干凈。