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310S耐熱不銹鋼中厚板表面翹皮缺陷分析

來源:至德鋼業 日期:2019-12-09 01:49:39 人氣:60

  浙江至德鋼業有限公司利用掃描電鏡和金相顯微鏡對310S耐熱不銹鋼中厚板表面翹皮缺陷進行了分析。結果表明,引起翹皮的主要原因是在澆鑄過程中保護渣的卷入及軋制過程中氧化鐵皮的壓入,翹皮缺陷沿表層向基體呈現不同的形態及分布,缺陷內部以鉻的氧化物夾雜為主,表層以鐵、硅的氧化物夾雜為主。


  奧氏體不銹鋼310S(06Cr25Ni20)不銹鋼是高鉻鎳奧氏體耐熱不銹鋼,因其良好的抗氧化性能和高溫力學性能,被廣泛應用于耐蝕和高溫部件,是常用的爐用及化工設備用高溫材料。至德鋼業不銹鋼中板工序前期軋制了一批厚度規格為20~30mm,寬度為1500~2000mm的310S不銹鋼板,酸洗后,部分鋼板表面出現了翹皮(起皮)缺陷,缺陷根部與基體相連,呈現連續開口狀,以上表面居多,且以20mm×2000mm鋼板較嚴重。對于熱軋板面翹皮(起皮)缺陷,因每次表象和原因不同,多位學者也進行了不同的研究。為了更好地析本次缺陷產生原因,對缺陷較嚴重的鋼板取樣進行了試驗分析。


一、生產工藝及試驗材料方法


1.1 試驗材料


     試驗材料為酸洗后有翹皮缺陷的310S中厚板,厚度為20mm,主要化學成分如表所示。


1.2 軋制工藝


     板坯入爐→加熱→粗除鱗→軋制(精除鱗)→冷卻1(快冷)→矯直→冷卻2(空冷)→上下表面檢查→切邊、切頭尾、定尺→退火酸洗→標印→檢驗、入庫。


1.3 試驗取樣及分析


    對有翹皮缺陷的310S不銹鋼板按軋制方向取樣,尺寸為20mm×20mm×20mm,取樣數量3個。其中:對1個試樣進行表面掃描電鏡(含EDS)分析后再進行垂直于缺陷方向的斷面顯微組織和電鏡分析;對1個試樣進行沿軋制方向斷面的顯微組織分析;另1試樣備用。

2試驗結果


二、缺陷處表面形貌分析


    圖為缺陷處掃描電鏡形貌及能譜結果,從圖可看出,鋼板表面夾雜物較多,缺陷處的表面形貌有明顯的分層,而且疏松、不致密,但有別于剝落;缺陷部位存在大量夾雜物,且周圍彌散分布著大量灰色小顆粒,經EDS分析,黑色狀物質主要為O、Fe、Ca、Na、Si、S、Ti等元素,灰色小顆粒除O、Fe、Na、Ca等元素外,含有一定的硅,可以確定黑色狀物質及灰色小顆粒等夾雜物主要為Fe、Si、Na、Ca、Mg、Al的氧化及硫化物。這些成分元素和結晶器保護渣的成分相近,由此可斷定在澆鑄過程中結晶器保護渣有可能卷入鑄坯表層,在板坯修磨過程中沒有修磨徹底,在后續的中板軋制過程中受到反復軋制碾壓是形成表面翹皮缺陷的原因之一。


    為了更好地分析鋼板表面起皮缺陷產生的原因、起皮處夾雜物分布及起皮缺陷長度,對上述存在起皮缺陷的試樣進行端面金相分析,并測試了缺陷長度和深度(測試過程中為了更好地定位表層缺陷,在端面分析時,在缺陷處粘貼一小塊定位薄鋼板),并再次對缺陷進行了形貌和能譜分析,結果如圖所示。圖為起皮缺陷處的斷面金相和對應的掃面電鏡照片,在光學顯微鏡下測得缺陷長度為1107μm,缺陷最深處距表面251μm,如圖所示。另從光學顯微鏡下觀察,缺陷部位在長度方向上顏色存在差異,缺陷最深處顏色較淺,為淺灰色,而缺陷距離表面處為深黑色,結合圖2處EDS結果,說明缺陷部位夾雜物類型存在異常,為此,對斷面缺陷處進行了掃描電鏡定位,并進行了能譜分析(在缺陷長度方向上分取a、b、c、d四個部位),結果見圖。由圖看出,缺陷沿長度方向各個不同位置元素含量存在差異,表現為EDS分析中峰值強度不同。圖為缺陷頂端表面形貌和EDS分析結果,從圖表面形貌看,缺陷為條帶狀分布的黑色物質,周圍沒有發現彌散分布的細小顆粒,EDS分析結果表明黑色物質主要含有Cr、Ni、Fe、O、Si等元素,且Cr峰值強度遠高于Fe峰值強度,說明此時缺陷處主要為鉻的偏析伴隨氧化鐵及少量氧化硅形成的夾雜;越往缺陷始端(板材表面),一方面缺陷深度加深,另一方面夾雜物形態發生明顯變化,表現為元素峰值強度發生變化,Cr峰值強度和Fe峰值強度幾乎均等。此時缺陷較頂端深,且伴隨灰色小顆粒狀物質出現,EDS分析表明,此時缺陷處的主要元素為Cr、Fe、O、Si等元素,且鉻的偏析降低,鐵和硅的氧化物夾雜增加;此時缺陷深度更深,EDS分析表明,鐵的氧化物夾雜增加。圖為缺陷處沿軋制方向斷面金相顯微組織照片。310S不銹鋼顯微組織除芯部有少量鐵素體組織外,基本上全為奧氏體組織,組織方面未見異常。


   浙江至德鋼業有限公司通過對310S不銹鋼缺陷試樣表面和斷面形貌結合能譜分析表明,缺陷的產生主要由起初澆鑄過程中保護渣的卷入引起并由于310S不銹鋼導熱性差在夾渣周圍形成微裂紋。由于此類鋼中鉻含量較高,資料研究表明,在1000℃時,鋼中的鉻容易形成FeO·Cr2O3、FeO·Fe2O3和尖晶石結構(FeCr2O4、NiCr2O4)等保護性氧化膜,筆者也曾研究證明,在1200℃,310S不銹鋼中氧化膜主要以Cr2O3、尖晶石結構的NiCr2O4和少量SiO2為主,而310S不銹板坯在爐內加熱和均熱溫度為1250~1230℃,此時一方面在板坯表面形成了大量的致密Cr2O3、SiO2及鎳鉻氧化物,另一方面爐內耐火材料等氧化物有可能在加熱過程中掉落于板坯表面,這樣在軋制過程中,氧化物的清除不徹底和卷入的保護渣形成共生夾雜,經后續軋制過程軋輥反復碾壓夾雜物沿微裂紋進入基體表層和內部,形成翹皮缺陷;可通過改善表面除鱗效果,來減少熱軋板表面殘留的氧化物。另310S不銹鋼開軋溫度在1090℃,此時雖形成的鉻氧化物較多,但隨著軋制道次增加,如果鋼坯表面或邊角部位有裂紋或者開裂現象,加熱過程中這些縫隙中保留有少量空氣,鋼坯裂紋和空氣接觸,使得鋼坯中的Si、Mn等易氧化元素會出現不同程度的氧化,因而在氧化鐵皮周圍出現了二次氧化后被軋合而遺留在熱軋板表面,形成表面翹皮缺陷,表現為鐵和硅的氧化物夾雜增加,但由于這些氧化物夾雜不致密,在酸洗過程中形成腐蝕小坑,出現圖中的表面形貌。


   310S不銹鋼中厚板表面翹皮的主要是由于澆鑄過程中保護渣的卷入及軋制過程中氧化物的壓入,防止結晶器水口破壞導致保護渣卷入鋼坯內部及適當加大除鱗效果可減少翹皮現象的發生。310S不銹鋼板表面翹皮缺陷沿表層向基體呈現不同的形態及分布,缺陷內部以鉻的氧化物夾雜為主且較為致密,表層以鐵、硅的氧化物夾雜為主,可通過適當改善酸洗(速度、拋丸等)工藝或對翹皮嚴重的鋼板通過二次酸洗改善板面質量。


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本文標簽:310S不銹鋼 

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