節(jié)鎳型冷軋不銹鋼管表面短條狀缺陷分析

 浙江至德鋼業(yè)有限公司對發(fā)生在節(jié)鎳型冷軋不銹鋼管表面短條狀缺陷進行顯微結(jié)構(gòu)、能譜分析，并結(jié)合其冶煉、熱軋、冷軋、熱處理生產(chǎn)工藝，得出缺陷的實質(zhì)是熱軋過程中吸入的氧化鐵皮經(jīng)過冷軋后的表現(xiàn)形式。通過對不同加熱溫度的統(tǒng)計對比、材料的熱塑性分析以及熱軋板氧化鐵皮結(jié)構(gòu)的分析，得出加熱溫度過高會影響材料的熱塑性，導(dǎo)致加熱和軋制過程出現(xiàn)微裂紋，熱軋完成后演變?yōu)橐胧窖趸F皮缺陷。冷軋不銹鋼管熱處理溫度控制在1215℃以下可以有效降低缺陷發(fā)生率。

節(jié)鎳型不銹鋼管是一種以錳、氮代替貴金屬鎳的奧氏體不銹鋼管，具有優(yōu)良的機械性能，磨削和拋光效果佳，被廣泛應(yīng)用于弱腐蝕環(huán)境下的建筑裝飾面板領(lǐng)域。此鋼種由于鎳含量低，較常規(guī)的奧氏體不銹鋼管制備難度大，尤其是冷軋表面的缺陷發(fā)生率較高，且缺陷具有一定深度，經(jīng)研磨和拋光無法去除，嚴重影響其拋光后的表面效果。由于缺陷主要發(fā)生在不銹鋼管表面，而在熱軋表面無法發(fā)現(xiàn)。至德鋼業(yè)選用冷軋不銹鋼管為研究對象，并結(jié)合從冶煉—連鑄—加熱—粗軋—精軋—退火酸洗—冷軋—退火酸洗等一貫制生產(chǎn)工藝，對節(jié)鎳型冷軋不銹鋼管表面短條狀缺陷采用數(shù)量統(tǒng)計和實驗測試分析，開展工序原因排查，得出該缺陷的本質(zhì)和形成原因，對提高產(chǎn)品質(zhì)量有重大意義。

一、缺陷特征及檢驗分析

 1. 缺陷形貌及分布

  缺陷外觀形貌表現(xiàn)為短條狀黑線，方向和帶鋼軋制方向一致，長度小于10ｍｍ，寬度約0.2～0.8ｍｍ，密集發(fā)生，有一定的深度。在帶鋼寬度方向主要分布在帶鋼兩側(cè)100ｍｍ以內(nèi)，在100～150ｍｍ之間偶有發(fā)生，而帶鋼中部不會發(fā)生缺陷。在軋制方向，集中發(fā)生在頭尾，具體發(fā)生比例如圖所示。

 2. 缺陷表面分析

  為了進一步研究缺陷形貌信息，對缺陷處進行掃描電鏡分析，缺陷微觀形貌如圖所示。圖顯示在長度方向的寬度不均勻，是一端細小一端粗大的線缺陷，具有單向軋制的特征；缺陷沿長度方向存在兩邊不同，一邊比較平直，另一邊有彎曲，平直一側(cè)的一層金屬覆蓋向彎曲一側(cè)，存在如圖所示局部“重皮”的現(xiàn)象，表示缺陷處帶鋼受到過側(cè)向軋制力的作用。

  帶鋼缺陷表面形貌的分析表明，缺陷具有單向軋制和帶側(cè)壓軋制的特征，和熱軋生產(chǎn)工藝相符。此缺陷為熱軋缺陷經(jīng)過冷軋后的表現(xiàn)形式，缺陷的形成工序為熱軋工序。

 3. 缺陷的截面及能譜分析

  為了進一步掌握缺陷深度和成分，對截面方向進行掃描電鏡和能譜分析，結(jié)果如圖所示。圖表明缺陷截面處存在明顯不同于基體的一層“異物”，厚度約為6～10μｍ。結(jié)合圖的能譜分析，圖的“異物”主要為鐵、鉻、錳的氧化物，即為典型的節(jié)鎳型不銹鋼氧化鐵皮成分。該層氧化鐵皮的厚度為6～10μｍ，且吸入不銹鋼管坯料的基體之中，說明不是退火過程形成的表層氧化鐵皮，而是熱軋加熱過程中形成的咬入式氧化鐵皮。通過截面顯微結(jié)構(gòu)和能譜分析可知缺陷為熱軋加熱工序產(chǎn)生咬入式氧化鐵皮，而非煉鋼工序的夾雜物。

二、缺陷形成機理分析

  經(jīng)過以上分析，判定冷軋不銹鋼管缺陷是熱軋過程中產(chǎn)生的氧化鐵皮，經(jīng)過冷軋后形成。節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼管由于鎳含量比常規(guī)奧氏體低，奧氏體穩(wěn)定性總體較低。當加熱到一定溫度將產(chǎn)生高溫鐵素體，管坯的熱塑性降低，晶間結(jié)合力降低，甚至最終出現(xiàn)微裂紋。以下通過對熱軋過程參數(shù)，以及相關(guān)的試驗研究進一步分析冷軋板缺陷在熱軋工序形成的原因。

 1. 不同加熱溫度下缺陷發(fā)生率的統(tǒng)計對比

  為了研究加熱溫度與缺陷發(fā)生率之間的關(guān)聯(lián)性，選取一定時間段連續(xù)生產(chǎn)的鋼卷實績作為統(tǒng)計對象。統(tǒng)計對比了在1200～1230℃之間缺陷情況。從圖回歸擬合的結(jié)果看加熱溫度與缺陷發(fā)生率存在正相關(guān)，即加熱溫度越高，缺陷發(fā)生率越高。

 2. 加熱溫度對節(jié)鎳型不銹鋼熱塑性的影響

  為了研究加熱溫度對材料高溫下的變形情況，開展材料的高溫熱塑性行為試驗。材料在800～1350℃的高溫塑性如圖所示。

  圖的試驗結(jié)果表明，隨著材料溫度的升高，材料的塑性逐步改善，當溫度達到1100～1180℃時材料的熱塑性最佳。當材料溫度高于1180℃，溫度繼續(xù)上升，材料的塑性逐步惡化，且溫度超過1300℃時，熱塑性急劇下降，說明1180℃之后高溫鐵素體開始產(chǎn)生，且隨著溫度的升高，高溫鐵素體的影響越來越大，此時可能形成微裂紋。由于不銹鋼管加熱過程中受加熱爐內(nèi)燒嘴的布置及氣流的影響，頭部和邊部的溫度要高于板坯的平均實績溫度，導(dǎo)致板坯頭部邊部的熱塑性比其他部位差。帶鋼熱變形過程中塑性差異導(dǎo)致帶鋼不同部位變形速率不一致，帶鋼出現(xiàn)二次微裂紋。加熱溫度過高產(chǎn)生的一次微裂紋以及熱變形過程中產(chǎn)生的二次微裂紋，最終會導(dǎo)致熱軋完成后在帶鋼表層形成咬入式氧化鐵皮。

三、鋼管不同位置的氧化鐵皮結(jié)構(gòu)分析

  為了驗證不銹鋼管邊部和中部的氧化鐵皮差異性，選取不同寬度位置進行截面顯微結(jié)構(gòu)分析，如圖所示。

  從圖中看出冷軋不銹鋼管在距離邊部100ｍｍ以內(nèi)存在之前中提到的氧化鐵皮咬入情況，越靠近邊部氧化鐵皮咬入情況更嚴重。在正常的酸洗條件下，無法去除咬入帶鋼基體的氧化鐵皮，咬入的氧化鐵皮經(jīng)過冷軋軋制后便成為“短條狀”缺陷。通過以上分析，板坯加熱過程中溫度過高導(dǎo)致帶鋼冷軋后表面出現(xiàn)“短條狀”缺陷。采取嚴格將不銹鋼管加熱溫度控制在1215℃以下，避免加熱過程溫度過高的加熱制度，冷軋表面邊部“短條狀”缺陷發(fā)生率大幅減少。

四、結(jié)論

  1. 冷軋不銹鋼管表面“短條狀”缺陷實質(zhì)是熱軋鋼管邊部的咬入式氧化鐵皮。

  2. 管坯加熱溫度過高以及溫度過高導(dǎo)致熱塑性差異，造成熱軋時冷軋不銹鋼管產(chǎn)生微裂紋，熱軋完成后形成咬入式氧化鐵皮缺陷。

  3. 不銹鋼管熱處理溫度控制在1215℃以下可以減少鋼管邊部咬入式氧化鐵皮，從而降低冷軋表面“短條狀”缺陷發(fā)生率。