J4酸洗板板面缺陷原因分析

陈茂敬

(山东泰山钢铁集团有限公司新材料研究所，山东 271100)

采用热轧不锈带钢连续退火酸洗生产线(HAPL)生产J4 奥氏体不锈钢，一段时期发现J4酸洗板板面分布着大量的起皮、夹杂、小裂纹、白亮线等缺陷。这些缺陷的存在严重影响板面质量，影响后续的冷轧制及冷冲压等加工。轻微的缺陷可精整去除，严重的则要降级或部分切除报废处理，严重影响成材率及效益。本文以板面缺陷原因分析为切入点，结合生产过程工艺控制情况并对试样组织及微区进行分析，得出连铸坯表面及皮下夹渣等原始缺陷未清理干净是缺陷形成的主因。J4 酸洗板表面缺陷形貌见图1 所示。

1 试验方法

对J4 不锈钢酸洗板表面存在的缺陷形貌进行宏观分析;沿板面裂纹缺陷部位截取垂直金相试样，用GX51 金相显微镜，对试样进行金相分析，主要检测夹杂物的类别、级别、奥氏体晶粒度、组织;对缺陷试样进行电镜、能谱检测分析。

2 试验结果

2.1 宏观分析

图1 所示，试样板面缺陷均沿轧制方向分布在钢板上表面，两边距边部约250 mm 内分布着大量的白亮线状裂纹、起皮及少量夹杂，较长的约6 mm，形状为短棒状;距边部约300 mm～650 mm处分布着大量的起皮、夹杂、小裂纹缺陷，长度、形状大小不一，其余部位类似缺陷相对较轻。

2.2 金相组织分析

图1 J4 酸洗板试样板面缺陷形貌Figure 1 Surface defects appearance of J4 pic kling plate specimen

图2 试样正常部位夹杂物、组织形貌图Figure 2 Inclusions and structure appearances at normal position of specimen

表1 试样非金属夹杂物、组织、晶粒度评级表Table 1 Nonmetallic inclusions，structure and grain size grade estimation of specimen

图3 板面不同形貌白亮线状裂纹(起皮)缺陷Figure 3 White and bright line shaped cracks(peeling)defects of various appearances on plate surface

图2、表1 所示，试样正常部位的非金属夹杂物主要以C 类为主达1.5 级，A 类1 级;组织为有孪晶奥氏体+少量显微气泡，显微气泡数量较以前明显减少，分布位置无规律，无开裂与分离基体现象，距表面最近距离约10 μm。

图3 所示，白亮线状裂纹附近组织正常，无明显的变形流线，缺陷附近基体有少量显微气泡，严重的开口裂纹根部与基体将要完成脱离，裂纹垂直深度10 μm、30 μm～35 μm 不等，裂纹缺陷部位无氧化、无非金属夹杂物等。

图4 所示，距边部300 mm～650 mm 处起皮、裂纹附近组织正常，无明显的夹杂物，无明显变形流线，缺陷附近基体有少量显微气泡。图4(a)显示，闭合裂纹距表面40 μm 处，长度约200 μm，宽度约15 μm，有明显氧化迹象;图4(b)显示，距表面15 μm 处，闭合裂纹长度约100 μm，宽度约12 μm，无明显氧化迹象;图4(c)显示，距表面约40 μm 处，分布着长度约200 μm 闭合裂纹，该裂纹附近约200 μm 处有类似起皮状缺陷，属裂纹轧制脱落，图4(d)亦同。

2.3 电镜能谱分析

图5、表2 所示，皮下约6 μm 的裂纹内及裂纹附近裹着以Ca、O、S、Si 为主的氧化物，裂纹延长线上无夹杂物，谱图4 位置夹渣严重已形成小的开口裂纹。

图4 中部(300 mm～650 mm)板面裂纹起皮缺陷Figure 4 Peeling defects of plate surface cracks at middle(300 mm～650 mm)

图5 缺陷试样微区形貌及检测点示意图Figure 5 Schematic sketch of microzone appearance and testing points of specimen defects

图6 缺陷试样微区形貌及检测点示意图Figure 6 Schematic sketch of microzone appearance and testing points of specimen defects

表2 缺陷试样微区分析结果(质量分数，%)Table 2 Microzone analysis results of specimen defects(mass fraction，%)

表3 缺陷试样微区分析结果(质量分数，%)Table 3 Microzone analysis results of specimen defects(mass fraction，%)

图6、表3所示，距皮下约8μm的裂纹内分布着以Ca、Si、O、S、Al、K、Mg 等元素为主的保护渣成分，裂纹延长线上氧化严重。

图7 所示，亮线缺陷处实际上为一个明显的脱落层，脱落层内部晶间腐蚀程度较表面其它位置明显较浅、较光滑。

图8、表4 为J4 酸洗板表面亮线缺陷微区形貌及微区成分，其根部微区成分主要为氧化物，没有发现其它夹杂物。

图7 表面白亮线缺陷形貌Figure 7 White and bright line shaped defects appearance on surface

图8 夹杂物微区形貌Figure 8 Microzone appearance of inclusions

表4 夹杂物微区成分Table 4 Microzone composition of inclusions

3 分析讨论

通过试验分析，基体组织内显微气泡数量较以前明显减少，分布位置无规律，距表面最近距离约10 μm。但未发现显微气泡致开裂和分离基体现象，缺陷部位也未发现显微气泡，没有直接证据证明缺陷是由显微气泡引起的。基体夹杂物级别不高，钢水纯净度没问题，金相分析裂纹、起皮缺陷部位未发现明显夹杂物。但通过电镜分析发现皮下夹渣严重，且已经或将要形成裂纹，与试样表面存在大面积夹杂缺陷相吻合。这些缺陷的存在会破坏基体的连续性，严重降低材料的塑性，在后续轧制过程中会形成不同程度的折叠起皮、裂纹等缺陷。

目前，J4 板坯除头尾坯全修磨外，其余只修磨板坯外弧面距边部200 mm 左右的部分。送检试样板面缺陷严重、分布密集，边部、中部缺陷分属同一类缺陷。边部经修磨缺陷较中部明显减轻，也就是说板坯修磨程度与表面粗糙度对后续酸洗板表面质量会产生影响。白亮线状缺陷属起皮缺陷，只是白亮线状缺陷部位起皮较薄与基体结合较弱，经后续加工易破碎、脱落。

通过以上分析得出，J4 酸洗板板面缺陷是由于连铸坯表面皮下夹渣等原始缺陷未处理干净，经后续轧制遗留到热轧板上。改进建议为，根据板坯表面质量情况有选择的加大板坯修磨力度，提高修磨质量，保障板坯表面质量。

4 结论

(1)送检试样板面缺陷严重、分布密集，中部缺陷严重，边部经修磨明显减轻。

(2)酸洗板表面边部及中部起皮(白亮线状)、夹杂、小裂纹分属同一类缺陷，也就是连铸坯表面及皮下夹渣等原始缺陷未清理干净。