J4酸洗板表面线裂缺陷原因分析与控制措施

吴月龙

(山东泰山钢铁集团有限公司，山东271100)

J4不锈钢是一种节镍型铬锰不锈钢，应用量大且应用范围广，为某不锈钢厂重要品种之一。自投产后热轧酸洗板表面线裂缺陷一直居高不下，严重制约该厂的发展。以2013年6月份为例，已完成轧制、退火、酸洗工艺的362炉J4不锈钢，有30炉出现线裂缺陷，缺陷比例占8.29%。

为消除表面线裂缺陷，该厂通过一系列的检测分析手段找出了产生线裂的原因，并对生产工艺进行相应的调整，起到了很好的效果，热轧酸洗板线裂缺陷比例大幅度降低。

1 线裂缺陷形貌特征与后续演变

线裂缺陷在酸洗板表面分布位置不一，带头、带尾、带中均可能分布，或板宽密集分布，或点状、簇状分布，线裂长度一般不超过10 mm，呈纺锤状，颜色为亮银色，有明显色差，手感明显，具体形态见图1。

J4酸洗板主要作为冷轧原料销售，客户反映，酸洗板表面线裂经冷轧后不能消除，基本演变为起皮缺陷。即使很轻微的裂纹缺陷在后续冷轧过程中也不能消除，且随变形量增大起皮缺陷更为明显，最终甚至会引起冷轧断带。

图1 宏观检测结果Figure 1 Macro detection result

2 线裂缺陷成因分析

借助金相显微镜、扫描电镜、能谱仪对线裂缺陷进行分析，找出了产生线裂缺陷的原因。

2.1 金相分析

在线裂缺陷处截取垂直于线裂的试样进行金相检测，结果见图2。线裂向基体处凹陷，深度约为50 μm，见图2(a)，周围无异常非金属夹杂物分布。放大后发现线裂在皮下30 μm处向两侧延伸，见图2(b)，延伸处伴有大量的氧化物颗粒存在，见图2(c)。

2.2 扫描电镜能谱分析

对试样线裂表面处用扫描电镜进行微观形貌分析，线裂微观形貌见图3(a)，线裂处有明显的凹陷(椭圆内所示)，放大后发现线裂凹陷处有薄片附着在凹坑中，见图3(b)。

对上述金相试样进行扫描电镜分析，并对皮下裂纹延伸处的氧化物进行能谱分析，结果见图4，裂纹延伸处的氧化物主要为氧化铁、氧化铬、氧化锰等。

图2 金相检测结果Figure 2 Metallographic detection result

图3 线裂表面电镜扫描结果Figure 3 Surface crack result scanned by SEM

图4 线裂能谱分析结果Figure 4 Linear fracture result analyzed by energy spectrum

2.3 线裂原因讨论分析

通过对线裂缺陷进行金相分析可知，线裂沿皮下30 μm向基体两侧延伸，延伸处有大量氧化物存在，扫描电镜在线裂微观扫描时发现凹陷处附着的薄片也能证明线裂的延伸。裂纹向基体延伸且伴有氧化物存在可能由两种情况造成：一是连铸坯缺陷如表层裂纹、气泡、起皮、凹坑等修磨不彻底在轧制过程中形成；二是热轧过程中，前面道次形成的划痕在以后轧制道次轧合后形成。热轧时每个生产计划都会更换轧辊并检查托辊、压辊的表面质量，一般不会造成如此高的缺陷比例。连铸坯修磨时，凹坑、起皮等缺陷很容易被处理掉，而皮下气泡、较深的裂纹修磨后常出现残余，轧制后形成表面线裂缺陷。

3 控制措施分析

酸洗板表面线裂是连铸坯裂纹、气泡等缺陷修磨不彻底造成的，而加大修磨量不仅会降低成材率，而且无法完全保证连铸坯缺陷修磨彻底。根据J4不锈钢的钢种特性和连铸坯缺陷形成机理，结合该厂不锈钢生产线的实际情况，采取以下措施可有效控制酸洗板表面线裂缺陷比例。

3.1 选择合适的铬镍当量比

J4不锈钢中含有较高的合金元素，钢中的合金元素及含量的不同使其具有不同的凝固组织[1]，铬是稳定铁素体和缩小奥氏体相区的元素，镍是稳定、扩大奥氏体和缩小铁素体相区的元素，所以选取合适的铬镍当量比有助于得到稳定的凝固组织。

6月份完成轧制、退火、酸洗工艺的362炉产品中，线裂缺陷与铬镍当量比的情况见图5。产品铬镍当量比主要集中在1.16～1.30区间，在1.21～1.25区间，出现线裂缺陷的几率较低。

3.2 选择合适的浇注温度

钢水过热度越高，铸坯凝固壳变薄。文献[2]报道，钢水过热度每提高10℃，在结晶器内高温钢水流动会使坯壳减薄约2 mm。铸坯抵御外力的能力越差，加上钢水自重的作用，坯壳薄弱处易形成凹陷、裂纹等缺陷。

统计362炉产品过热度与线裂缺陷的关系见图6。产品的过热度主要集中在21～50℃区间内，在26～40℃区间，产生线裂缺陷的几率较低。

3.3 选择合适的拉速

拉速控制合理，不但可以保证连铸生产的顺利进行，而且可以提高连铸生产能力，改善连铸坯的质量。提高拉速可以防止连铸坯表面产生纵裂和横裂，但是过高的拉速易导致连铸坯内部产生中心偏析和内部裂纹，甚至漏钢，同时拉速还应与浇注速度匹配。

图5 铬镍当量比与出现线裂几率关系直观图Figure 5 Illustration of Cr & Ni equivalence ratio and linear fracture probability relation

图6 过热度分布与出现线裂几率关系直观图Figure 6 Illustration of superheating distribution and linear fracture probability relation

图7 拉速分布与出现线裂几率关系直观图Figure 7 Illustration of different pulling rate distribution and linear fracture probability relation

一般来说，恒拉速生产的产品质量更稳定，但生产开始阶段和更换水口时拉速肯定要有所变化，控制其它时段恒拉速的大小可以有效的改善连铸坯质量。对比6月份恒拉速生产的326炉产品拉速大小与出现线裂几率的关系，见图7。拉速大于0.85 m/min时，产生线裂几率较低，考虑到浇注速度的影响，选择拉速为0.90 m/min～0.95 m/min，可以有效的降低线裂缺陷。

3.4 改善后的效果

通过控制铬镍当量比在1.21～1.25区间、浇注时过热度在26～40℃区间、恒拉速且拉速在0.90 m/min～0.95 m/min区间，8月份线裂缺陷比例仅为1.3%，较上半年有了大幅度降低。

4 结论

针对严重困扰J4不锈钢质量的线裂缺陷，通过金相检测、微观组织扫描电镜观察、能谱分析的手段，查找出线裂的原因在于连铸坯缺陷修磨不彻底。通过数据统计的方法，结合生产线实际情况和J4钢种特性，优化了铬镍当量比、浇注温度和拉速等参数，使得线裂缺陷比例大幅度降低。

[1] 王文学，王雨，迟景灏.不锈钢连铸板坯表面缺陷与对策[J].钢铁钒钛，2006(3)：63-67.

[2] 孙铭山，王贺利，范光伟.消除304不锈钢纵向凹陷微裂纹的研究[J].太钢科技，2006(3)：22-25.