200系不锈钢热轧板边裂分析及控制

吕春风,徐向东，廖相巍，许安文,康伟，尚德礼，黄玉平

（1.鞍钢集团钢铁研究院，辽宁 鞍山 114009；2.鞍钢联众（广州）不锈钢有限公司，广东 广州 510760）

近年来，随着国民经济的发展和不锈钢冶炼技术的进步，不锈钢的品种、产量得到了迅猛发展，同时，用户对不锈钢的质量要求日益严格，尤其是对其表面质量要求更高。目前，奥氏体不锈钢的产量（或消费量）约占不锈钢总产量（或消费量）的75%～80%，200系不锈钢是奥氏体不锈钢的重要组成部分。鞍钢联众（广州）不锈钢有限公司在生产200系不锈钢过程中，20LH和20L11两个品种经常出现边裂缺陷，不仅影响了板材产品的表面质量和成材率，而且严重影响企业生产顺行。由于不同厂家的生产设备和工艺不同，边裂产生的原因也不尽相同。本文分析了20LH和20L11不锈钢热轧板边裂产生的原因，提出了控制措施，对200系不锈钢板材的质量控制和稳定生产提供参考。

1 边裂缺陷宏观形貌

20LH和20L11热轧板的生产工艺流程为：板坯加热→高压水除鳞→粗轧→精轧→卷取。20LH和20L11奥氏体不锈钢热轧板边裂缺陷主要表现为热轧板卷外圈裂纹较严重，而且薄板生产时边裂更为严重，月统计边裂比例最高达60%以上。热轧后卷板边裂缺陷宏观形貌如图1所示。

图1 热轧后卷板边裂缺陷宏观形貌Fig.1 Macroscopic Appearances of Edge Cracking Defects of Hot Rolled Coils after Hot Rolling

从图1可见，卷板一侧或两侧边部呈连续或间断的树皮状或明显的锯齿状，有的裂纹向内延伸，最深可从边部向中部延伸约20 mm。

2 边裂原因分析

2.1 夹杂物评价与分析

在出现边裂缺陷的热轧板上切取金相试样，每个品种取5个不同部位的金相试样，试样经磨制、抛光后，在LEICA DM4000M型金相显微镜上观察夹杂物。每个试样取5个视场，利用图像分析软件统计夹杂物的数量和尺寸，求其平均值，得到该试样在单位面积上夹杂物的数量，分析夹杂物对边裂缺陷的影响。各尺寸范围内夹杂物数量见表1。

表1 各尺寸范围内夹杂物的数量Table 1 Numbers of Inclusions with All Sizes numbers/mm2

由表1得出，20LH和20L11不锈钢试样中夹杂物总数量分别为181和206个/mm，夹杂物控制水平较好。从夹杂物的粒径分布看，主要以粒径小于1 μm的细小夹杂物为主，大颗粒夹杂物较少，粒径大于3 μm的夹杂物更少。因此，20LH和20L11不锈钢中夹杂物对热轧板边裂的影响不大。

2.2 Cu、Mn、Cr元素偏析分析

试样化学成分见表2。由表2看出，20LH和20L11不锈钢中含有一定量的Cu，铸坯轧制再加热时铜易在晶界偏聚，高温下导致钢材热脆，易引起热轧板的边裂缺陷。另外，Mn、Cr含量较高易产生偏析现象。因此，对20LH和20L11热轧板边裂缺陷试样进行了Cu、Mn、Cr元素的偏析分析。

表2 试样化学成分（质量分数）Table 2 Chemical Compositions in Samples （Mass Fraction） %

首先将边部试样磨制、抛光后，采用王水对其表面进行腐蚀，以显示其组织和奥氏体晶界，然后在EPMA1610电子探针上对试样进行面扫描，以检测试样的成分偏析情况，结果见图2、图3。

图2 20LH不锈钢Cu、Mn、Cr元素面扫描结果Fig.2 Checking Results of Elements such as Cu,Mn and Cr in 20LH Stainless Steel by Scanning

图3 20L11不锈钢Cu、Mn、Cr元素面扫描结果Fig.3 Checking Results of Elements Such as Cu,Mn and Cr in 20L11 Stainless Steel by Scanning

由图2、图3可见，20LH和20L11不锈钢边部试样中，无论是晶粒内部还是晶界处，均未出现Cu、Mn、Cr元素偏析现象，说明20LH和20L11不锈钢中Cu、Mn、Cr元素分布比较均匀，控制较好，热轧板边裂缺陷不是Cu、Mn、Cr元素偏析引起的。

2.3 加热制度对边裂的影响分析

2.3.1 加热温度对边裂的影响

加热温度主要影响奥氏体不锈钢晶粒的大小，影响钢的热塑性，直接决定奥氏体不锈钢的热加工性能、表面质量和力学性能。若奥氏体晶粒度控制不佳，会直接造成热加工过程中的边裂和表面缺陷。生产中，不锈钢的加热温度超过1 220℃时，产生边裂的比例明显增大，在此条件下，随着热变形总量的加大和轧制温度的降低，边裂比例增大的可能性也要增加。表3为不同厚度20LH不锈钢铸坯出炉温度与热轧后钢板边裂的关系。

表3 不同厚度20LH不锈钢铸坯出炉温度与热轧后钢板边裂的关系Table 3 Relationship between Temperature of Casting Blanks of 20LH Stainless Steel Discharged from Heating Furnace and Edge Cracks of Steel Sheets with Different Thickness after Hot Rolling

由表3看出，厚度为1.75 mm和1.85 mm的热轧薄板铸坯出炉温度越高，边裂比例越大。但是温度太低轧制过程中的温降会影响带尾的轧制。为保证加工时的热塑性，加热温度不应高于1 220℃。

2.3.2 加热时间对边裂的影响

在相同的加热温度下，随着加热时间的延长，奥氏体晶粒度相应增大，会造成轧制过程发生边裂缺陷，同时产生氧化严重、氧化铁皮难去除等问题，因此，选择合适的在炉时间非常重要。 图 4为20LH不锈钢铸坯晶粒度与在炉时间的关系。

图4 20LH不锈钢铸坯晶粒度与在炉时间的关系Fig.4 Relationship between Grain Sizes of Casting Blanks of 20LH Stainless Steel and Their Heating Time

由图4可见，在炉时间增长，晶粒变大。由此推断，钢的热塑性随在炉时间的增加而降低，从而导致热轧板的边裂缺陷。

图5 为20LH薄板的边裂比例与在炉时间的关系。由图5可见，随着在炉时间的增长，边裂比例明显增大。鞍钢联众(广州)不锈钢有限公司在20LH和20L11不锈钢生产中，铸坯在炉加热时间基本达到了260 min以上，并且各段炉气温度较高。据此判断，在炉时间过长并且加热温度偏高是导致边裂的重要原因。因此，需要对加热制度进行优化，避免边裂现象的出现。

图5 20LH薄板的边裂比例与在炉时间的关系Fig.5 Relationship between Ratio of Edge Cracks of 20LH Stainless Steel Sheets and Their Heating Time

2.4 20LH和20L11不锈钢热塑性分析

为了进一步分析和研究20LH和20L11不锈钢的热塑性，取厚度为26 mm的中间坯试样，在Gleeble-3800热模拟试验机上进行了热-力模拟试验，在700～1 200℃温度区间进行高温拉伸试验，根据试验结果分析试样的热塑性。20LH和20L11不锈钢热塑性曲线见图6。

图6 20LH和20L11不锈钢热塑性曲线Fig.6 Thermoplastic Curves of 20LH and 20L11 Stainless Steels

由图6可见，20LH钢断面收缩率随温度的增加呈现出上升的趋势，但过程不稳定，仅在970～1 120℃范围内断面收缩率在60%以上，表现出了良好的塑性；而低于970℃时，随着温度的降低，塑性急剧恶化；温度为1 120～1 200℃范围内时，断面收缩率均低于60%，塑性先降低后升高，塑性不高。20L11钢断面收缩率与20LH钢类似，但整体好于20LH，850～1 200℃范围内断面收缩率大于60%，表现出良好的塑性，在950℃时塑性最好，断面收缩率达到了83.19%，950～1 200℃范围内时，塑性先降低后升高，在1 000℃时塑性较差，断面收缩率仅为60.31%；而低于850℃时，随着温度的降低，塑性恶化严重。

上述分析后得出结论，20LH钢试样在700～1 200℃范围内，抗拉强度随温度升高而降低，在970～1 120℃范围内，断面收缩率维持在相对较好的水平 （但也仅为60%～69%）。20L11钢试样在850～1 200℃范围内，断面收缩率维持在相对较好的水平（为62%～83%）。热塑性曲线虽为热轧态，晶粒度细小，但热塑性能较差，该钢种铸态下的热塑性会更差。

3 控制措施及效果

根据上述的分析结果优化了加热制度，双炉生产薄板时要求单炉入料，铸坯在炉时间控制在200～240 min；铸坯在炉升温过程缓慢加热，出炉温度控制在（1 210±5）℃。加热制度优化后，20LH和20L11不锈钢的热塑性曲线见图7。

图7 20LH和20L11不锈钢优化后热塑性曲线Fig.7 Thermoplastic Curves of 20LH and 20L11 Stainless Steels after Optimization

由图7可以看出，优化后的20LH和20L11不锈钢热塑性得到了明显改善。20LH钢在800～1 200℃范围内断面收缩率均大于60%，在900～1 050℃范围内达到 80%以上；20L11钢在800～1 100℃范围内断面收缩率达到了75%以上，在900～1 000℃范围内达到80%以上。两个钢种均表现出了良好的塑性。

表4 为优化前后20LH热轧板边裂比例、切除的卷数及重量的对比。由表4可见，优化后边裂切除的卷数和重量都明显减少，边裂比例下降，2019年4～6月份边裂比例已降至3%以下，控制比较稳定。

表4 优化前后20LH热轧板边裂比例、切除的卷数及重量的对比Table 4 Comparison of Ratio of Edge Cracks,Numbers of Excision Rolls and Cutting Weight of 20LH Hot Rolled Sheets before and after Optimization

4 结语

针对20LH和20L11不锈钢热轧板边裂缺陷问题分析了铸坯夹杂物、Cu和Mn等元素偏析以及加热制度对边裂缺陷的影响，认为加热制度不合理导致高温热塑性较差是热轧板边裂的直接原因。通过优化加热制度，铸坯出炉温度从1 220℃降低到（1 210±5）℃，双炉生产薄板时单炉入料,使铸坯在炉加热时间由260 min降至200～240 min，20LH和20L11不锈钢热轧板边裂比例稳定降至3%以下，铸坯质量得到提高。