304不銹鋼表面黑色線狀缺陷分析

黃磊

摘 ? 要：采用掃描電鏡及能譜等分析方法對(duì)304熱軋酸洗鋼卷表面黑色線狀缺陷進(jìn)行了分析確認(rèn)了缺陷主要是碳化物的金屬合金。經(jīng)過(guò)生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果表明鋼卷表面黑色線狀缺陷是連鑄過(guò)程中液面波動(dòng)造成鑄坯表皮下卷入富碳雜質(zhì)經(jīng)加熱、軋制演變的結(jié)果。通過(guò)對(duì)連鑄結(jié)晶器液面波動(dòng)和保護(hù)渣的物化特性控制將缺陷改善。希望通過(guò)本文論述，為推進(jìn)不銹鋼制作質(zhì)量貢獻(xiàn)一份力量，推動(dòng)我國(guó)制造產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：黑色線狀缺陷 ?富碳層 ?液面波動(dòng) ?表面張力

中圖分類號(hào)：TG335.12 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）11（b）-0071-02

奧氏體不銹鋼是不銹鋼中最重要的鋼種之一，其中以304不銹鋼為代表應(yīng)用最為廣泛，304不銹鋼具有優(yōu)秀的耐蝕性、耐熱性、低溫強(qiáng)度和力學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用與電梯裝飾、廚房器具、醫(yī)療器械、化學(xué)工業(yè)及建筑裝飾等行業(yè)，這些行業(yè)對(duì)產(chǎn)品的外觀要求較為苛刻，但是鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)304不銹鋼的過(guò)程中經(jīng)常遇到表面色差、夾雜等缺陷，影響產(chǎn)品的成材率和表面質(zhì)量，在日益競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)環(huán)境下，嚴(yán)重影響企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。因此，從源頭上控制產(chǎn)品的缺陷，是304不銹鋼生產(chǎn)過(guò)程中急需解決的問(wèn)題。

1 ?現(xiàn)狀

某不銹鋼廠304不銹鋼采用高爐鐵水→AOD→LF→CC冶煉工藝，高爐鐵水直接兌入AOD中進(jìn)行脫碳、脫硫、合金化，在LF中進(jìn)行溫度調(diào)整和軟吹鎮(zhèn)靜等精煉操作，達(dá)到要求的鋼水經(jīng)鋼包吊運(yùn)至連鑄平臺(tái)進(jìn)行澆鑄。連鑄坯熱送熱裝進(jìn)行軋制，熱軋卷經(jīng)過(guò)固溶、酸洗處理后成為冷軋?jiān)稀?04不銹鋼的主要成分見(jiàn)表1。

熱軋不銹鋼卷經(jīng)固溶、酸洗后，經(jīng)常在板帶表面出現(xiàn)黑色線條狀的缺陷，缺陷寬度20～100mm，長(zhǎng)度200～1000mm，主要分布在距離兩個(gè)側(cè)面寬度不等的范圍內(nèi)。此類缺陷在鋼卷的上下表面均有發(fā)生，呈無(wú)規(guī)律的分布，缺陷深度較淺，經(jīng)輕度打磨即可消除。其形貌特征如圖1所示。

2 ?成因分析

2.1 黑色線條狀缺陷電鏡能譜分析

使用線切割方式切取304鋼卷表面黑色線條狀缺陷較嚴(yán)重的部位作為分析試樣，對(duì)試樣使用掃描電鏡進(jìn)行形貌和能譜分析，缺陷部位表面微觀形貌如圖2所示，在白色鋼基體上分布則黑色物質(zhì)，經(jīng)能譜分析發(fā)現(xiàn)缺陷部位（區(qū)域A）存在含有碳化物的金屬合金，其與正?；w（區(qū)域B）的化學(xué)成分如表2所示。缺陷區(qū)域較正常區(qū)域有更高的碳含量。

2.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)缺陷形貌和缺陷程度，判斷該缺陷可能是由鑄坯帶來(lái)，在鑄坯中夾雜的異物，經(jīng)熱軋延伸變長(zhǎng)后暴露在鋼卷的表面，在酸洗過(guò)程中未能完全去除，造成表面質(zhì)量的異常。通過(guò)組織試驗(yàn)計(jì)劃，按照相同工藝進(jìn)行連澆生產(chǎn)，對(duì)同一澆次隨機(jī)選取30塊板坯進(jìn)行全磨處理，板坯上下表面按照5mm的深度進(jìn)行研磨、其余板坯按正常流程進(jìn)行表面檢查，經(jīng)熱軋、酸洗后檢查對(duì)比，全磨板坯軋制的鋼卷表面均未發(fā)現(xiàn)有黑色線條狀缺陷發(fā)生，未修磨板坯有36%產(chǎn)生黑色線條狀缺陷。

2.3 黑色線條狀缺陷與保護(hù)渣的關(guān)聯(lián)性

不銹鋼連鑄均采用保護(hù)澆鑄的方式生產(chǎn)，連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣的主要功能包括：使結(jié)晶器壁與鑄坯殼之間保持潤(rùn)滑;控制結(jié)晶器與鑄坯之間的熱交換;保持結(jié)晶器頂部處于絕熱狀態(tài);防止鋼水二次氧化;吸收鋼水中上浮到液面的夾雜物。實(shí)踐表明保護(hù)渣對(duì)不銹鋼板坯表面質(zhì)量有直接的影響和明顯的作用[1]，由于不銹鋼的合金元素的作用，使得不銹鋼鑄坯的凝固特性和高溫性能與普碳鋼存在較大的差異，在連鑄過(guò)程中鑄坯表面容易出現(xiàn)凹陷、深振痕等缺陷，嚴(yán)重影響后續(xù)產(chǎn)品質(zhì)量，保護(hù)渣的物化性能選擇則需要充分考慮鋼種的特性，既要保證連鑄坯的表面質(zhì)量也要避免產(chǎn)生卷渣的問(wèn)題，需要嚴(yán)格控制保護(hù)渣的堿度、熔化溫度、粘度等性能。

多數(shù)情況下結(jié)晶器中鋼水表面的保護(hù)渣的熔融結(jié)構(gòu)為3層[2]：液渣層、燒結(jié)層和粉渣層，液渣層一般厚度6～15mm，在結(jié)晶器液渣層和燒結(jié)層之間有一層0.3～3mm的富集碳層，其含碳量甚至高于粉渣1.5～5倍[3]，在澆鑄過(guò)程中，結(jié)晶器液面發(fā)生波動(dòng)時(shí)，鋼液就容易與富碳層接觸，造成富碳層雜質(zhì)卷入，鋼水澆鑄成板坯，經(jīng)軋制酸洗后，該富碳雜質(zhì)暴露在基體表面，形成黑線缺陷。

3 ?缺陷控制

3.1 提高結(jié)晶器液面穩(wěn)定性

結(jié)晶器液面的劇烈波動(dòng)可造成卷渣、氣孔等缺陷，影響鑄坯質(zhì)量[4]。拉速不穩(wěn)、塞棒失控及操作不當(dāng)?shù)热菀自斐山Y(jié)晶器液面波動(dòng)大，同時(shí)要保證合適的浸入式水口，插入深度和出口傾角，插入深度過(guò)深時(shí)容易造成坯殼生長(zhǎng)不均勻，容易產(chǎn)生縱裂甚至漏鋼;過(guò)淺容易引起液面波動(dòng)加劇;出口傾角太小，容易引起液面紊流;出口傾角太大，角部沖刷嚴(yán)重，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中通過(guò)調(diào)整浸入式水口角度、水口插入深度、穩(wěn)定拉坯速度，保證液面波動(dòng)在±3mm以內(nèi)，避免出現(xiàn)保護(hù)渣卷入現(xiàn)象。

3.2 適當(dāng)提高保護(hù)渣體系表面張力

結(jié)晶器保護(hù)渣表面張力是保護(hù)渣的重要特性之一，直接影響鋼渣分離和液渣吸附夾雜物的能力，當(dāng)熔渣表面張力越大，鋼渣粘附功越小，則熔渣不容易卷入鋼水中，因而提高保護(hù)渣熔渣的表面張力可以減少卷渣[5]。根據(jù)熔渣離子溶液模型的理論，保護(hù)渣是由氧化物組成的離子結(jié)構(gòu)熔體，因此保護(hù)渣的表面張力與各熔體的表面張力有關(guān)[6]，保護(hù)渣中CaF2、SiO2、Na2O、K2O、FeO等組元為表面活性物質(zhì)，可降低熔渣的表面張力;而隨著CaO、Al2O3、MgO含量的增加，熔渣的表面張力增大。通過(guò)調(diào)整保護(hù)渣的組分，提高保護(hù)渣體系的表面張力，降低鋼渣卷混現(xiàn)象產(chǎn)生的可能性，降低鋼液與富碳層接觸的幾率。表3為調(diào)整前后的保護(hù)渣成分。

4 ?實(shí)施效果

通過(guò)以上措施在連鑄過(guò)程中的實(shí)行，黑色線條狀缺陷改善效果顯著，缺陷發(fā)生率逐步降低，由最高41.36%降至0.29%。

5 ?結(jié)語(yǔ)

（1）304不銹鋼表面黑色線條狀缺陷主要是含有碳化物的金屬合金。

（2）黑色線條狀缺陷是由于保護(hù)渣富碳層卷入鋼液，經(jīng)軋制延伸后形成，通過(guò)控制結(jié)晶器液面波動(dòng)，調(diào)整保護(hù)渣表面張力，可以有效地降低黑線缺陷的發(fā)生率。

參考文獻(xiàn)

[1] 王文學(xué).不銹鋼連鑄坯表面缺陷與保護(hù)渣性能的選擇[J].連鑄，2006（6）：28.

[2] 盧盛意.連鑄保護(hù)渣的選用[J].連鑄，1998（2）：43.

[3] 董福勝.超低碳鋼增碳過(guò)程中連鑄結(jié)晶器保護(hù)渣的作用[J].商品與質(zhì)量·學(xué)術(shù)觀察，2013（1）：108.

[4] 任磊.基于PIV技術(shù)的板坯連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼水流動(dòng)行為研究[J].工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，38（10）：1393-1403.

[5] 劉振.表面張力對(duì)保護(hù)渣設(shè)計(jì)及選用的影響[J].山東冶金，2005，27（1）：38-39.

[6] 毛裕文.冶金熔體[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1994.